PLC在MBR膜處理印染廢水系統中的應用

郭海林 周宇松 周春江 劉中親

(中國兵器科學研究院寧波分院，浙江 寧波 315103)

PLC在MBR膜處理印染廢水系統中的應用

郭海林 周宇松 周春江 劉中親

(中國兵器科學研究院寧波分院，浙江 寧波 315103)

為了使MBR膜處理印染廢水系統高效、穩定、連續運行，采用臺達PLC實現該系統的自動化控制。重點闡述了系統的硬件構成和軟件設計思路，具有自動/手動2種工作模式，根據MBR膜的運行壓力確定抽吸泵的間歇運行時間和清洗啟動時間，并整合了MBR膜的正反洗清洗模式。實際運行表明：該系統操作簡單，安全可靠。

PLC；印染廢水；MBR；自動控制系統

0 引言

印染污水具有有機物含量高、成分復雜等特點，是較難處理的工業廢水之一[1]。膜生物反應器(Membrane Bio-Reactor，MBR)以其優質穩定的出水水質被公認為當今世界前沿、高效的污水處理與資源化技術之一，隨著膜技術的發展和價格的下降，被越來越多地用于印染污水的處理[2]。

為了讓污水處理技術有效地實現，將自動控制技術應用于污水處理中以提高自動化水平成為關鍵。PLC是一種結構簡單、通用性好、功能完備的新型控制元件，特別適用于工業控制[3-4]。

針對紹興某印染企業采用MBR工藝的污水處理系統，設計了以PLC為控制核心、觸摸屏為人機界面的自動控制系統，該系統操作簡單，運行穩定，大大提高了污水處理工藝的效率[5]。

1 污水處理工藝流程

紹興某印染企業污水濃度高，負荷波動大，采用MBR膜處理工藝，每天處理3 000 t污水，工藝流程如圖1所示。污水經自動格柵去除較大顆粒后進入調節池，由污水提升泵將污水提升至反應池，絮凝反應后的上清液進入水解池水解酸化，出水進入好氧池，再由泵打入MBR池，MBR池通過抽吸泵的抽吸，出水經中間水箱后直接外排至污水管網。

圖1 污水處理工藝流程

2 控制系統硬件設計

根據項目的控制要求，各模塊有手動和自動2種操作模式。

(1) 格柵池的控制：調節池格柵采用周期性運行方式，開10 min，停60 min，定時去除污水中大的雜質。(2) 污水提升泵的控制：污水提升泵一用一備，受調節池和反應池的液位控制，在調節池液位接通且反應池液位未保護的情況下，開啟污水提升泵。(3) 水解池和反應池的排泥控制：需對反應池和水解池定時排泥，排泥時間和排泥間隔可根據實際情況設定，排泥需逐個進行，即在自動模式下不允許2個排泥閥同時排泥。(4) 羅茨風機的控制：羅茨風機四用一備，在運行的四臺風機中，每運行6 h自動切換一次。(5) MBR抽吸泵的控制：在MBR池高液位接通的情況下，開啟抽吸泵，抽吸泵采用間歇運行方式，開8 min，停2 min，且采用恒流控制，根據抽吸壓力自動調節抽吸泵的頻率。(6) MBR正反洗的控制：當抽吸泵壓力達到清洗時設定的值后，自動暫停產水，開啟清洗泵進行清洗，根據實際情況，選擇正洗和反洗模式，且正洗和反洗模式下的各參數可以設置。

針對項目的控制要求，采用臺達DVP48EH2型PLC和B系列觸摸屏構成的控制系統控制現場的加藥泵、電動閥、故障指示燈等執行機構。控制系統結構如圖2所示，運行參數通過觸摸屏設定。

圖2 控制系統結構圖

3 控制系統軟件設計

3.1 通信初始化

3.2 邏輯模塊設計

根據工藝過程的控制要求，將軟件分成4個模塊：絮凝加藥模塊、排泥模塊、MBR模塊、清洗模塊。

3.2.1 絮凝加藥模塊

絮凝加藥模塊主要完成污水提升泵、格柵的控制和絮凝反應的加藥控制。合適的pH值是影響反應效果的重要因素，因此需根據pH值控制加藥量，采用后反饋的PID算法控制pH值，臺達PLC支持PID指令，參數設置靈活，使用方便。將PID的比例增益、積分增益、微分增益設置好合適的值后，就可根據在線pH值控制計量泵的加藥量，從而獲得反應所需的pH值。

3.2.2 排泥模塊

3.2.3 MBR模塊

當好氧池達到指定液位，啟動好氧池提升泵給MBR池進水，MBR池達到產水液位時，開啟抽吸泵，抽吸泵開8 min，停2 min，此2個參數可以設置。抽吸泵采取恒流控制，控制流程如圖3所示。A/D模塊將采集到的電磁流量計4～20 mA電流信號轉換成數字信號，經過PLC的PID指令運算，將頻率信號輸出給變頻器，控制抽吸泵的轉速。

圖3 恒流控制流程

3.2.4 清洗模塊

MBR膜經過一定時間運行后，抽吸泵的抽吸壓力會升高，當達到一定的值后，需要清洗以保持通量。本系統有正洗和反洗2種清洗模式，每種模式有堿洗、鹽酸洗、檸檬酸洗、草酸洗、次氯酸鈉洗等清洗方式，清洗時間、加藥量、曝氣量各不相同，具體的清洗模式和清洗方式需根據膜的污堵情況確定，因此需編寫模塊化、自由組合的清洗程序。通過觸摸屏上的16位RCP功能，在控制命令里設置配方控制寄存器，包括組合數量、每種組合的參數，根據需要將清洗參數一次性寫入PLC，靈活調用配方。

3.3 人機界面設計

人機界面是操作者與PLC之間傳遞、交換信息的重要接口，便于用戶設置參數和集中監控控制系統。本文選用臺達DOP-B系列觸摸屏作為HMI，觸摸屏界面包括主監控畫面、參數修改界面和歷史報警畫面。主監控畫面顯示工藝流程中設備的運行狀況，包括流量顯示、pH顯示、液位顯示、泵/電動閥的啟停狀態等；參數修改界面主要根據運行要求設置相應運行參數，如設定額定流量、上下限壓力、PID參數等；歷史報警畫面主要包括運行參數記錄及故障發生的報警信息，并實時顯示運行曲線，用于評估項目運行狀況。

4 結語

MBR在印染行業有廣泛的應用前景，本文根據MBR工藝的控制要求，完成了以PLC為核心的自動控制系統設計，該控制系統運行穩定，操作簡單，已連續運行2年時間。

[1]徐敏達，韋彥斐，遲春娟.浙江省印染行業環保綜合整治對策研究[J].環境科學與管理，2011(9)

[2]王耀軍，周宇松，周春江，等.印染污水的資源化處理工藝與設備[J].新技術新工藝，2011(5)

[3]李建民，裴永清，董國軍，等.基于PLC與WinCC的污水處理自動監控系統的設計[J].工藝儀表與自動化控制，2010(2)

[4]徐世許.可編程序控制器：原理·應用·網絡[M].第2版.合肥：中國科學技術大學出版社，2008

[5]呂品.PLC和觸摸屏組合控制系統的應用[J].自動化儀表，2010(8)

2014-07-17

郭海林(1986—)，男，浙江嵊州人，助理工程師，研究方向：機電控制及印染污水資源化處理技術。