一種生物廢水滅活系統的設計與實現

過琦芳

摘? ?要：生物廢水的直接排放不僅嚴重污染環境，而且浪費資源。針對目前制藥廠生物廢水處理的不足，本文設計了一種生物廢水滅活系統，該系統以西門子200系列PLC為核心控制器，并增加觸摸屏控制。PLC監測生物廢水的溫度、液位、流量、壓力等輸入模擬量，并根據反饋信息進行自動控制，從而達到生物廢水連續滅活的目的。本文詳細介紹了系統的軟硬件設計，經測試，該系統能夠滿足生物廢水連續滅活的要求，系統運行情況良好。

關鍵詞：生物廢水? 滅活? PLC? 觸摸屏

中圖分類號：X702? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）02（a）-0128-02

隨著制藥工業的發展，制藥廢水的處理已經成為環境保護的一大難題。制藥工業廢水主要包含抗生素類工業廢水、合成藥物生產廢水、中成藥生產廢水、各類制劑生產過程的沖洗水和沖洗廢水四大類[1]。這些廢水成分復雜，有機物含量高，毒性大，生化性很差，如果將生物廢水直接排放不僅嚴重污染環境，而且也浪費資源。

本文針對傳統滅菌系統采用手動控制、操作危險性大等問題，采用西門子PLC結合西門子觸摸屏實現生物廢水滅活系統整個工作過程的自動運行及可視化處理，不僅節約成本，而且提高了操作的安全性和可靠性，為生物制藥廢水處理實現自動控制提供參考。

1? 總體設計方案

整個系統設計方案如圖1所示，系統由PLC、觸摸屏、各種儀器儀表（溫度計、液位計、壓力傳感器、流量計）、水泵、熱交換器、閥門等組成。生物廢水通過排放管路收集到滅活水箱中，液位計測量水箱的液位并反饋給PLC，PLC根據反饋信息來控制水泵的啟動與停止，同時水泵會根據出水流量，自動調節水泵的頻率，確保達到正常流量，生物廢水經過水泵初次經過換熱器，由滅活溫度傳感器得到當前滅活水的溫度并反饋給PLC，經過系統處理后，按照比例開啟比例調節閥加入工業蒸氣對生物廢水進行加熱，當生物廢水的溫度達到85℃時，維持3min，達到殺滅活性菌體的目的。然后再次經過換熱器，形成二次溫度加熱，同時冷卻排放水的溫度，從而達到高效利用換熱器，高效使用熱能的目的。同時可以在觸摸屏上設置各種參數以及顯示當前閥門狀態和水泵狀態運行頻率，實現整個系統的靈活控制。

2? 系統硬件設計

本系統采用的PLC為西門子S7-226PLC，此PLC包含24路輸入，16路輸出，擁有充足的使用空間，并且仍然有備用空間，226配用2個PORT 端口，可以同時連接觸摸屏，以及連接電腦[2]。模擬量輸入采用西門子231EM231模塊， 此模塊擁有4路模擬量輸入，可以完全接收系統的溫度、壓力、液位、流量的4到20ma輸入，并且在EM231模塊上自帶穩定輸入信號的功能，使用也十分簡單。模擬量輸出采用西門子EM232模塊，主要讓PLC輸出信號給變頻器，讓變頻器按照PLC輸出信號，輸出頻率，用來調節水泵的頻率[3]。數字量輸出采用EM222，此模塊有8路DO，用來控制水泵開啟信號到中間繼電器的連接，同時連接報警器，在系統報警器起明示作用。

3? 系統軟件設計

整個系統的運行是由PLC來自動控制的，同時輔以觸摸屏進行手動控制，由于采用西門子s7-200PLC以及西門子觸摸屏TP1200，故開發平臺采用了V4.0 STEP 7Micro WIN SP9進行梯形圖編程以及TIA Portal V13進行觸摸屏程序的編寫。

3.1 PLC自動控制程序設計

（1）自動模式啟動程序。當液位大于滅活低液位時，水泵啟動，同時水泵會根據出水流量，自動調節水泵頻率，以達到正常使用流量，這些也可以通過觸摸屏進行設置。（參考值：1.0≤V≤2.0）。

（2）手動與自動模式互鎖程序。為防止程序錯誤，在程序設計時，把自動模式與手動模式做了互鎖，即：手動與自動模式在開啟的同時會把另外一個斷開，這樣既保證安全也不會因為錯誤觸發而引起不必要的損失。

（3）水泵保護程序。水泵的正常運行，缺少不了諸多安全措施，在水泵運行時，會因為水箱內沒有了需要處理的廢水，但是水泵依舊在空轉，這樣極易容易導致水泵的損壞，為防止這類事件的發生，所以要對水泵進行最低液位保護，即：當液位低于低液位時，系統通過液位傳感器得到當前液位，發出信號，PLC接收處理信號并發出指令，令水泵停止運行，從而保護水泵，避免損壞。

（4）根據流量調頻程序。水泵調頻程序是根據流量計得到瞬時流量，與設定值相比較，若低于平均值則會增加水泵頻率0.5Hz，若是大于中間值也會增加1Hz頻率，且為防止頻繁切換，使用了計時器，延時動作，這樣既穩定了系統，又保證了不會損壞閥門、水泵。而且在增加頻率時候，設置了最大頻率（≤49Hz），為防止滿頻運行影響水泵使用壽命。

（5）比例調節閥開度程序。 通過調節比例調節閥的開度來調節蒸汽進氣量，確保不是大量進入，使溫度過高，導致滅活系統不穩定。由溫度傳感器得到當前通過滅活水的溫度，反饋給PLC，經過系統的處理，按照比例開啟閥門，進行微小的調整，從而穩定系統溫度，達到標準的滅活流程。

3.2 觸摸屏界面設計

為了使觸摸屏和PLC成功通訊，首先需要對通信模式進行設置，其次就是界面設計以及各種按鍵功能進行設計。在此界面上可以對滅活液位、滅活溫度、滅活流量等參數進行設置，手動啟動及停止各個閥門及水泵，從而達到靈活控制生物廢水滅活系統的目的。

4? 結語

PLC和觸摸屏聯合控制，是當今流行的自動控制解決方案且安全可靠，相對于工控機、上位機控制，觸摸屏不會死機，能很好的保存記錄和運行狀況，而且相對來說價格也便宜一些。利用PLC對生物廢水進行溫度、液位、流量、壓力的控制，從而實現整個生物廢水滅活系統的自動運行，極大的減少了操作人員的工作量，避免了操作人員接觸，實現了自動控制，無人看守，節能減排，可持續性發展的大計。

參考文獻

[1] 宋鑫，任立人，吳丹，等.制藥廢水深度處理技術的研究現狀及進展[J].廣州化工，2012，40（12）：29-30.

[2] 鄭鳳翼.圖解西門子s7-200系列PLC入門[M].北京：電子工業出版社，2009.

[3] 吳東.PLC在廢水處理系統中的應用[J].大連民族學院學報，2011，13（3）：264-265.