基于PLC的造纸污水处理自动化控制系统研究.pdf

第卷 第期造 纸 科 学 与 技 术 年月 作 者 简 介：王 永 强，生 于年，硕 士，副 教 授，主 要 从 事 电 气 控 制 技 术 研 究。：基于的造纸污水处理自动化控制系统研究王 永 强（宝 鸡 职 业 技 术 学 院，陕 西 宝 鸡，）王 永 强 先 生摘要：造 纸 企 业 为 国 民 经 济 发 展 带 来 了 可 观 数 据，但 制 浆 造 纸 排 放 污 水 也 引 发 了 不 可 小 觑的 生 态 环 境 问 题。目 前 造 纸 污 水 处 理 系 统 依 旧 依 赖 于 人 工 经 验 控 制，自 动 化 水 平 相 对 偏 低。为 实 现 造 纸 业 可 持 续 发 展，科 学 处 理 制 浆 造 纸 污 水，造 纸 企 业 需 根 据 实 际 需 求 引 进自 动化 控 制 系 统，以 改 善 优 化 造 纸 污 水 处 理 控 制 体 系。据 此，通 过 阐 释 造 纸 污 水 来 源 及 污 水 处 理关 键 技 术，分 析 造 纸 污 水 处 理 控 制 难 点，由 控 制 模 式、硬 件 软 件、监 控 程 序、通 信 设 计 多 层 面 深入 解 析 了 基 于的 造 纸 污 水 处 理 自 动 化 控 制 系 统，以 期 能 够 为 造 纸 企 业 实 现 污 水 自 动 化 处理 提 供 参 考 依 据。关 键 词：；造 纸 污 水；污 水 处 理；自 动 化；控 制 系 统中 图 分 类 号：文 献 标 识 码：文 章 编 号：（）：引 文 格 式：王 永 强基 于的 造 纸 污 水 处 理 自 动 化 控 制 系 统 研 究 造 纸 科 学 与 技 术，（）：（，）：，：；引 言造 纸 污 水 主 要 来 源 为 废 纸 制 浆 污 水 与 造 纸 白水，污 染 物 主 要 包 括、固 体 悬 浮 物（）、有 机 污 染物（）、生 物 需 氧 量（）、氨 氮 含 量（）等，其 中 预 处 理、厌 氧、好 氧 系 统 多 以 荷 兰 原 装 进 口设 备 为 载 体。造 纸 生 产 污 水 重 铬 酸 钾 耗 氧 量 与 生 物需 氧 量 浓 度 相 对 较 高 时，选 择 厌 氧 与 好 氧 相 结 合 的处 理 工 艺。可 靠 性 高、编 程 便 捷、开 发 周 期 短，比 较 适合 接 触 器 控 制 系 统 改 造 优 化。本 文 基 于 触 摸 屏 为人 机 交 互 媒 介，为 主 控 单 元，多 种 传 感 器 与 执行 机 构 为 辅 助 的 造 纸 污 水 处 理 自 动 化 控 制 系 统 进行 了 详 细 分 析，此 系 统 集 中 电 气 设 备 控 制 单 元，操作 便 捷，且 单 独 配 置 启 停 按 钮，不 仅 可 保 障 系 统 运行 稳 定 性 与 可 靠 性，还 可 提 高 设 备 实 用 性。因 此造 纸 污 水 处 理 中 引 进自 动 化 控 制 系 统 势 在必 行。第期王 永 强：基 于的 造 纸 污 水 处 理 自 动 化 控 制 系 统 研 究 基 于的 自 动 化 控 制 系 统 概 述即 可 编 程 逻 辑 控 制 器，是 基 于 工 业 生 产 设计 打 造 的 数 字 化 运 算 操 作 控 制 系 统，功 能 层 面 选 用可 编 程 存 储 设 备，而 内 部 可 有 序 实 现 顺 序 控 制、逻 辑运 算、数 据 运 算 等 多 元 化 复 杂 操 作，且 在 系 统 影 响 下可 集 成 化 处 理 各 种 数 据，并 以 输 入 输 出 接 口 进 行 模拟 信 号 传 输，从 而 实 现 系 统 处 理 全 过 程 控 制。在 数 据 运 算 等 多 数 据 处 理 中 获 得 了 技 术 性 突 破。首 先，技 术 具 备 理 想 化 数 据 处 理 功 能，特 别是 数 据 采 集 层 面 性 能 优 越，且 可 筛 选 系 统 运 行 时 存在 的 异 常 数 据，以 独 立 分 析 从 而 针 对 性 处 理 异 常 数据。因 此 基 于技 术 可 在 很 大 程 度 上 提 升 智 能 化水 平。其 次，技 术 可 有 效 控 制 系 统 顺 序，控制 系 统 可 详 细 记 录 系 统 运 行 数 据，并 以 模 板 分 析 法分 析 数 据，切 实 控 制 系 统 运 行 阶 段 各 个 环 节，所 以 功能 层 面 可 精 细 划 分 细 节 功 能。再 次，技 术 具 有开 关 控 制 功 能，以 直 接 控 制 系 统 运 行 开 关 全 面 控 制信 号 输 入 输 出 全 过 程，从 而 确 保 系 统 运 行 稳 定 性 的同 时 保 障 复 杂 环 境 下 系 统 运 行 效 率。造 纸 污 水 处 理 所 用自 动 化 控 制 系 统 可 划 分为，一 是 基 于系 统 所 提 供 数 据 采 集 系 统 实 时 采集 污 水 处 理 过 程 中 生 成 的 各 式 各 样 数 据，并 以 识 别数 据 动 态 变 化 评 估 污 水 处 理 效 果；二 是 合 理 利 用 全自 动 化 控 制 系 统，以自 动 化 控 制 系 统 全 程 数 据信 息 采 集，全 方 位 控 制 污 水 处 理 过 程，保 障 整 个 系 统运 行 稳 定 性。造 纸 污 水 来 源 及 污 水 处 理 关 键 技 术 来 源 及 成 分造 纸 污 水 来 源 于 生 产 全 过 程，但 是 多 数 污 水 由蒸 煮 液、中 段 水、纸 机 白 水 环 节 产 生，具 体 如 图所 示。蒸 煮 液 包 括 黑 液 与 红 液 两 种 废 液，二 者 有 机 物含 量 均 很 高，几 乎 高 达 造 纸 水 污 染 的；中 段 水 是提 取 黑 液 之 后 的 蒸 煮 浆 料 在 洗 涤、筛 选、漂 白、打 浆等 过 程 中 所 排 出 的 废 水，排 量 很 大；纸 机 白 水 则 是 抄纸 时 生 成 的。三 种 废 水 属 性 不 同，具 体 如 表所 示。图造 纸 污 水 来 源表造 纸 废 水 属 性蒸 煮 液中 段 水纸 机 白 水成 分木 质 素、半 纤 维 素、纤 维素、有 机 酸、色 素木 质 素、纤 维 素、有机 酸细 小 纤 维、抄 纸 填料、溶 解 物、胶 体 物、悬 浮 物属 性：；：；：；：；：；：；：；：；：关 键 工 艺 技 术一 是 厌 氧 技 术。居 多，、居 少，在节 水 环 保 理 念 逐 渐 深 入 的 趋 势 下，清 水 用 量 骤 减，回用 水 用 量 增 加，排 水 量 缩 减，污 水 内 有 机 污 染 物 负 荷 增加，高 达 状 态 时 需 添 加 厌 氧 流 程，低 于 状 态 时 尽 量 不 添 加 厌 氧；二 是 好 氧 生 化 技术。以 工 艺 为 主，也 就 是 以 升 级 改 良、氧化 沟 为 主；三 是 深 度 处 理 技 术。芬 顿 为 主；四 是 中 水回 用 技 术。膜 处 理 技 术 为 主。造 纸 污 水 处 理 关 键 技术 工 艺 流 程 具 体 即 物 化、生 化、芬 顿、膜 处 理，具 体如 图所 示。造 纸 科 学 与 技 术第卷图造 纸 污 水 处 理 关 键 技 术 工 艺 流 程造 纸 污 水 处 理 控 制 难 点 分 析造 纸 污 水 处 理 相 关 控 制 系 统 规 模 大，工 艺 流 程复 杂，各 加 工 环 节 地 理 位 置 相 对 分 散，不 仅 多 变 量、多 通 路，且 大 滞 后、非 线 性。造 纸 污 水 处 理 控 制 系 统超 调 量 巨 大、控 制 过 程 短 暂、工 序 互 锁 关 系 密 切，但部 分 负 责 检 测 在 线 参 数 的 仪 器 滞 后 性 显 著 且 误 差 较大，使 得 控 制 实 时 性 与 精 确 性 把 握 难 度 较 大。对 此深 入 探 究 造 纸 污 水 处 理 控 制 对 象 特 征，筛 选 相 适 应控 制 参 数，确 保 控 制 效 率 与 质 量 已 是 必 然 趋 势。造纸 污 水 处 理 会 涉 及 生 化 反 应 过 程，例 如 污 水 曝 气 过程 属 于 大 滞 后 过 程，选 择 可 确 保 控 制 效 果 但 不 太 复杂 的 控 制 策 略 则 值 得 深 究。造 纸 污 水 处 理 控 制 系 统网 络 通 信 问 题 也 较 为 突 出，怎 样 实 现 高 通 信 速 率 与质 量，采 取 开 放 式 通 信 接 口，构 建 健 全 且 可 靠 稳 定 的自 动 化 控 制 系 统 也 亟 待 商 榷。基 于的 造 纸 污 水 处 理 自 动 化 控 制 系 统 控 制 模 式为 了 促 使 先 进 工 艺 有 效 发 挥 最 佳 作 用，以 及 系统 稳 定 性 与 可 靠 性 显 著 提 升，基 于的 造 纸 污 水处 理 自 动 化 控 制 系 统 设 计 了 三 种 控 制 模 式，可 就 实际 操 作 需 求 与 现 场 操 作 柱 灵 活 切 换 不 同 模 式，以 获得 最 优 成 效。一 是 就 地 控 制 模 式。就 地 控 制 模 式下，与 上 位 机 只 可 描 述 设 备 运 行 状 态，但 不 可 加以 控 制，需 通 过 操 作 柱 操 控 设 备，负 责 应 对 调 试 系 统与 处 理 突 发 事 件；二 是 远 程 手 动 控 制 模 式。若 是 单独 控 制 设 备，需 基 于监 控 界 面 以 手 动 方 式 进行 设 备 操 控，远 程 点 可 发 挥 现 场 设 备 控 制 作 用，负 责应 对 调 试 系 统 与 处 理 故 障；三 是 远 程 自 动 控 制 模 式。系 统 调 试 完 成 后，控 制 系 统 准 备 充 分，可 再 次 调 整 到自 动 控 制 状 态，全 部 设 备、仪 表、处 理 环 节 等 均 应 根据 设 定 程 序 运 转。对 此 系 统 运 行 以 上 位 机 实 时 监控，无 需 人 工。为 消 除 控 制 切 换 所 造 成 不 良 影 响，可基 于加 以 优 化 设 计，以 保 障 系 统 运 行 稳 定 性与 安 全 性。硬 件 选 择以 集 中 管 理 与 分 散 控 制 为 原 则 的 分 布 式 网 络 自动 化 控 制 系 统 结 构 主 要 基 于 上 位 机、主 控 制 器将布 置 于 控 制 中 心，以 负 责 集 中 监 控、自 动 控制、全 面 显 示、数 据 管 控 电 机 及 其 他 相 关 设 备。为 实时 监 控 系 统 自 动 化 控 制 整 个 过 程 并 发 出 相 应 的 操 作指 令，基 于的 造 纸 污 水 处 理 自 动 化 控 制 系 统 配置 了 上 位 机。这 主 要 是 由 于 造 纸 污 水 处 理 体 系 环 境比 较 差，系 统 工 艺 也 很 复 杂，对 于 安 全 性 与 可 靠 性 要求 非 常 高，因 此 出 于 可 扩 展 性、性 价 比、点 数 统计 等 多 层 面 因 素，选 择 西 门 子。联 网 模 式具 体 为 基 于 通 信 模 块 直 接 组 网；基 于 通 信 模 块 与组 网，构 成 以 现 场 总 线 为 载 体 的 网 络。现 场 总线 即 具 备 高 度 数 字 化、离 散 化、智 能 化、联 通 化、数 据化 的 通 信 网 络，组 网 方 式 可 简 化 通 信 网 络 结 构，节 省由 于 安 装 与 维 护 造 成 的 设 备 与 材 料 成 本。其 中 闸 门电 机 则 需 以 控 制 闸 门 升 降 高 度 的 方 式 有 效 控 制 污 水出 水 量，所 以 对 位 置 控 制 要 求 非 常 高，以 此 选 择 交 流伺 服 电 机。格 栅 电 机 则 负 责 控 制 角 度 位 移，但 是 精度 要 求 不 高，基 于 成 本 因 素 选 用 步 进 电 机。提 升 泵电 机 基 于 变 频 器 控 制 选 择 三 相 异 步 电 动 机。栅 渣 输送 电 机 只 需 推 动 带 轮 且 可 控 制 转 速 即 可，基 于 造 价与 成 本 选 择 双 速 电 机。基 于的 造 纸 污 水 处 理 自动 化 控 制 系 统 结 构具 体 如 图所 示。图造 纸 污 水 处 理 自 动 化 控 制 系 统 结 构第期王 永 强：基 于的 造 纸 污 水 处 理 自 动 化 控 制 系 统 研 究 软 件 设 计一 是 下 位 机 选 择 西 门 子软 件 以 实 现程 序 设 计。二 是 组 态 软 件 选 用 西 门 子软 件，易 于 与通 信、联 网，功 能 完 善 且 具 备 可 视 化 操 作界 面；可 分 布 式 存 储 告 警 数 据 与 历 史 数 据，以 监 控 造纸 污 水 处 理 整 个 过 程，可 监 控 实 时 趋 势，并 全 面 告 警整 个 处 理 过 程。就 造 纸 污 水 处 理 特 点 针 对 性 设 计 组态 界 面，具 体 即 系 统 预 处 理、厌 氧、好 氧、化 学 品、沼气 设 备 控 制、污 泥、好 氧 厌 氧 数 据、趋 势 分 析、告 警 记录、好 氧 厌 氧 告 警 设 置 等 等。其 中，预 处 理 负 责 针 对新 进 造 纸 污 水 以 机 械 格 栅、斜 绿 塔 进 行 过 滤 并 沉 淀刮 泥，再 进 入 调 节 池；厌 氧 负 责 针 对 调 节 池 内 污 水 与工 艺 污 水 进 行值 调 节，并 输 送 至 厌 氧 塔 内 发 生 反应；增 氧 负 责 将 反 应 之 后 的 污 水 与 工 艺 污 水 进 行 好氧 处 理，以 及 二 次 沉 淀；化 学 品 负 责 制 备 营 养 盐 液、氢 氧 化 钠 液、聚 合 物 液 体；沼 气 设 备 控 制 负 责 收 集、稳 压、分 配 处 理 厌 氧 反 应 产 品 所 产 生 沼 气；污 泥 负 责处 理 生 化 淤 泥 与 化 学 淤 泥；好 氧 厌 氧 数 据 负 责 搜 集整 合 厌 氧 与 好 氧 环 节 相 关 数 据；趋 势 分 析 负 责 基 于好 氧 厌 氧 数 据 加 以 处 理 分 析；告 警 记 录 负 责 详 细 记录 污 水 处 理 系 统 所 生 成 告 警 信 息；好 氧 厌 氧 告 警 设置 即 就 污 水 进 水 量 变 化 对 好 氧 厌 氧 环 节 变 化，针 对监 控 数 据 告 警 设 置。监 控 程 序上 位 机 监 控 程 序 以 组 态 软 件 设 计，监 控 画 面 所具 备 功 能 与 按 钮 具 体 包 括 工 艺 流 程 图、告 警 记 录、实时 趋 势 图、历 史 趋 势 图、报 表、参 数 设 定 等。主 画面 工 艺 流 程 控 制 图 可 实 时 观 察 分 析 造 纸 污 水 处 理 中各 个 测 点 具 体 值，呈 现 各 个 液 位、液 位 差、混 合 液 悬浮 固 体 浓 度 值 等 等。基 于 点 击 设 备 图 标 查 看 设 备 运行 状 态 并 加 以 控 制。在 设 备 运 行 过 程 中，控 制 盘 会动 态 化 提 示 设 备 具 体 状 态，设 备 颜 色 则 会 转 变 成 绿色，代 表 设 备 运 行；在 设 备 故 障 时，故 障 设 备 颜 色 为红 色 闪 烁，弹 出 告 警 窗 口，提 醒 故 障 发 生；在 设 备 未运 行 且 未 故 障 时，设 备 颜 色 为 灰 色。值 得 注 意 的 是告 警 发 生 时 画 面 会 自 动 弹 出 提 示 窗 口，并 以 告 警 声提 醒，关 闭 窗 口 之 后 点 击 故 障 设 备 在 控 制 盘 状 态 栏上 可 清 晰 观 察 故 障 状 态，例 如 电 气、过 载、漏 水 漏 油等 故 障。此 外 历 史 告 警 记 录 详 细 记 录 了 所 有 告 警 信息，为 了 便 于 查 询 浏 览，划 分 成 设 备 故 障 告 警 与 参 数告 警。通 信 设 计和 设 备 基 于 点 对 点、方 式 实 现 通 信。就 多 数 阀 门、泵、电 动 调 节 阀 等设 备 而 言，不 论 模 拟 量 或 者 开 关 量，均 可 尝 试 以 点 对点 硬 接 线 方 式 就 近 接 入的 模 块 中。就 造 纸污 水 处 理 所 用 特 殊 设 备 则 可 尝 试 以 、方 式 通 信。在 和 高 压 变 频 器 通 信 时，可 以 方 式 通 信，基 于模 块 安 装 于主站 机 架 槽 上，以 电 缆 通 信。为 统 计整 体 出 水 流 量，出 水 管 道 采 用流 量 计，以 及 通 信 协 议，以模 块 安 装 于 主机架 槽 上，通 过总 线 电 缆 通 信。结 论综 上 所 述，自 动 化 控 制 系 统 在 造 纸 污 水 处理 中 的 应 用 充 分 展 现 了 其 高 性 能 优 势，其 不 仅 可 以有 效 提 升 造 纸 污 水 处 理 整 体 效 果，促 使 污 水 处 理 更加 便 捷 简 单，还 可 以 在 很 大 程 度 上 提 高 造 纸 污 水 处理 效 率 与 质 量。所 以 未 来 应 深 度 探 索自 动 化 控制 系 统 在 造 纸 污 水 处 理 中 应 用 的 全 新 路 径，不 断 优化 健 全 系 统 数 据 处 理 功 能，促 使 系 统 可 充 分 采 集 处理 相 关 数 据，以 切 实 提 升 污 水 处 理 综 合 效 果，从 而 为社 会 可 持 续 发 展 与 绿 色 环 保 理 念 落 实 而 服 务。参 考 文 献杨 朝，崔 俊 云制 革 污 水 智 能 处 理 方 法 及 清 洁 化 生 产 技 术 研 究中 国 皮 革，（）：吴 玉 坤基 于的 污 水 处 理 控 制 系 统 设 计 信 息 技 术 与信 息 化，（）：张 思 远，李 建 莉，曾 楠对自 动 控 制 系 统 在 污 水 处 理 中 的运 用 初 探 现 代 盐 化 工，（）：闫 一 野，乔 丽 洁新 型 分 离 方 法 在 造 纸 污 水 处 理 中 的 应 用 湖 南 造 纸，（）：庞 鹏 远造 纸 污 水 处 理 关 键 技 术 及 运 营 模 式 的 现 状 与 未 来中 华 纸 业，（）：石 永 丰 自 动 控 制 系 统 在 污 水 处 理 中 的 应 用 电 声 技术，（）：唐 娜 娜基 于的 污 水 处 理 控 制 系 统 设 计 南 方 农 机，（）：何 叶，潘 彩 霞，张 蒙 蒙基 于的 污 水 处 理 自 动 控 制 系 统 设计 无 线 互 联 科 技，（）：周 丽 琴，叶 远 坚 与在 造 纸 污 水 处 理 自 动 控制 系 统 中 的 应 用 装 备 制 造 技 术，（）：曾 繁 明基 于的 污 水 处 理 控 制 系 统 设 计 现 代 制 造 技术 与 装 备，（）：唐 俊 涛，郑 萍，刘 会 勇，等基 于的 大 型 污 水 处 理 控 制 系统 仪 表 技 术 与 传 感 器，（）：方 雨 昊，陶 丽 萍基 于与 组 态 的 智 能 污 水 处 理 控 制 系 统设 计 科 技 创 新 与 生 产 力，（）：