基于施耐德M580的膜法废水处理控制系统应用研究

0引言

目前,我国污水排放量不断增加,回收利用水资源、减少水资源污染迫在眉睫,国家也加大了对水处理工程的扶持。水处理可有效减少水污染,增加水资源的循环利用,所以,先进的水处理技术应用和推广能够保证水资源环境的可持续发展[1]。

中国污水处理行业在政策推动和技术升级背景下快速发展,其中膜法水处理技术因高效、节能和资源化优势,成为行业核心驱动力。并且膜法水处理技术具有模块化的优势,可适用于不同工艺环境,从生活用水到工业用水,膜法水处理工艺能够满足不同规模的处理要求。但是膜法水处理工艺自动化程度不高,在加药冲洗、水位平衡控制、污水检测化验等工艺段需要人工操作。

本项 目以焦化厂废水处理工艺流程为基础,以施耐德M580 PLC为依托,开发出膜法废水处理控制系统,提高了废水处理率和自动化水平。系统能提前预报膜污染,在药剂投加、各水池液位调节、污水处理量等方面实现自动控制,减少人工误操作,并响应企业减员增效的号召。

1膜法废水处理控制系统概述

膜法废水处理控制系统主要包括三个方面:1)设备自动控制,根据工艺流程顺序启动设备,设备故障时可自动跳出流程控制,设备启动后 自动监控和控制设备。2)自动化生产,当控制参数设定完成后,生产不需要人工干预。3)数据收集和存储,收集设备状态数据,存储生产参数。

系统通过集成式仪表、监测设备和 自动化逻辑控制算法,实现了废水处理过程中各项关键参数的检测,如液位、流量、PH值、浓度、压力等,并能自动调整处理工艺参数,确保废水处理过程始终在最优状态下运行[2]。例如,当检测到进水流量增加时,系统可以自动调整药剂投加量,以保持出水水质的稳定。这种控制方式不仅提高了废水处理率,还有效降低了处理成本,保证了产水率。

膜污染和破损是废水处理过程中的常见问题,它们会导致透膜质量下降、出水水质恶化,甚至引发设备故障。系统通过集成智能算法和先进的监测技术,能够提前预报膜污染的发生。具体来说,系统可以实时监测膜的压差、通量等关键指标,一旦发现这些指标出现异常波动,立即发出预警信号,并自动调整运行参数以减缓污染进程。系统还可以根据存储数据和检测数据,预测膜使用情况,为管理人员提供生产决策依据。

综上所述,该控制系统在膜法废水处理领域的应用,不仅提高了废水处理率和自动化水平,还增加了内膜检测和保护功能,增强了系统的整体性、可控性、可靠性。随着技术的不断改进和应用的推广,膜法废水处理控制系统将在废水处理领域发挥越来越重要的作用。

2膜法废水处理控制系统技术特点

2.1硬件配置及优点

废水处理系统主要硬件:三台戴尔工业计算机组成客户端和工程师站,配显示器、打印机等,下位机由施耐德冗余CPU2040组成。具备主备冗余功能,保证系统稳定运行;同时配有UPS不间断供电系统,达到停电后也能控制设备和保存数据的效果。

该控制系统CPU具有较高稳定性,能保证长期稳定运行。其内置的故障诊断和保护功能能够在系统出现故障时及时发出警报,并采取相应的保护措施,避免故障扩大化。此外,控制系统还支持远程监控、远程维护,方便用户随时了解水处理系统状态并进行必要的调整和维护。

施耐德M580可编程控制器具有以下优点:1)可调整性,工业废水种类很多,工艺技术复杂,控制要求多,施耐德M580根据现场情况或业主要求进行修改。2)可靠性强,施耐德M580是冗余CPU,稳定、可靠且故障率低,可有效提高污水处理效率和生产率。3)该系统可对设备运行状态及生产参数进行监控,具有故障查找功能,容易维护。

系统网络拓扑图如图1所示。

2.2 系统结构与功能描述

本系统由冗余CPU组成,系统组态六个分站,采用环网控制。上位机SCADA采用单机系统,满足操作站和工程师站功能。控制系统功能包括超滤控制、反渗透控制、加药控制、生产流程控制、数据采集。

1)超滤控制系统:包括三套超滤设备,每套设备可以单独启动,也可以同时启动三套设备。超滤系统按开机冲洗、正常运行、反洗气洗、反洗气水合洗、反洗水洗进行顺控控制,按设定时间要求自动循环,达到设置的周期次数进行碱洗或酸洗。

2)反渗透控制系统:包括三套反渗透设备,每套设备可以单独启动,也可以同时启动三套设备。反渗透系统按低压冲洗、设备正常运行、设备产水、设备停机、停机冲洗、进入备用进行顺控,按设定时间要求自动循环,达到需要药洗的时间进入药洗。

3)加药控制系统:加药品种有盐酸、氢氧化钠、次氯酸钠、还原剂、阻垢剂、非氧化杀菌剂。当三套超滤系统同时清洗时,系统排队进行清洗;当三套反渗透系统同时清洗时,系统排队进行清洗。排队清洗采用先进先洗、后进后洗的原则。

4)生产流程控制系统:将生产流程中的设备打到自动模式,设置好控制参数,按预先设定好的参数自动完成生产过程,中间不需要人工干预。完成生产任务或故障时退出自动生产流程。

5)数据采集功能:系统主要对生产数据和报警信息进行采集。生产数据的记录为生产决策者提供了大量数据支撑,为正确判断过往的生产情况及制定将来的生产计划提供了依据;报警信息的记录可为维护人员开展故障分析提供依据,方便快速准确查找故障原因。

3 系统控制分析

该控制系统分为三个模式:本地操作、远程操作、全自动生产。当系统检修或发生故障但需要操作设备时采用本地操作模式;当全自动生产联锁发生故障但需要保证生产时,可切换到远程操作;当系统正常生产时采用全自动生产模式,该模式生产效率高,人工干预少,事故率低。全自动生产流程如图2所示。

3.1超滤控制系统

超滤是一种高效的水处理技术,它利用超滤膜对液体进行过滤,以达到净化水质的目的。超滤系统基于物理筛分原理,其核心在于超滤膜的选择性透过性。超滤膜的孔径允许水分子及小分子溶质流经膜表面渗透过水膜,形成超滤水溶液;同时能够有效截留水中的悬浮物、胶体、细菌、病毒等大分子物质,使其被冲洗成为浓缩液,沉淀固体后和新的废水溶液混合再次经过超滤系统,形成污水处理的闭环[3]。

超滤控制系统共三套,每套系统可以单独控制。进入超滤前有两套过滤器对废水进行过滤,两套过滤器互为备用,系统通过仪表监测膜的压差、通量等关键指标,可以定时进行反洗,也可手动反洗。超滤系统的废水池液位联锁进水水泵,产水池液位联锁超滤系统。系统在自动模式时,满足联锁条件后启动设备,不满足条件后停止,恢复正常后继续进行流程。

超滤给水泵共三台,可互为备用泵,按设定的超滤产水量进行PID自动控制,当超滤原水池的液位低时报警,低低液位时自动停运超滤原水泵,并记录当前设备停运原因以及原水泵的运行时间,监控原水泵的电流。每套设备可以根据工艺要求和生产需要分别设定水量,对产水量和进水量进行产水率的分析计算,从而确定更换超滤膜的时间。

每套超滤控制系统共11个阀门,通过控制11个阀的开关顺序和时间,控制超滤系统一个流程的时间;监控各个流程运行时间、剩余时间、反洗次数。阀门采用进口阀门,以保证每天十几次的开关顺利进行。

3.2 反渗透控制系统

反渗透控制系统共三套,每套系统可以单独控制且分为两段设备。每套反渗透系统有一套保安过滤器过滤微小颗粒保护反渗透膜[4];反渗透系统安装高压泵,两段之间安装增压泵。当系统参数设定完毕,启动系统后自动调节高压泵的压力和产水流量。

反渗透高压泵控制分别以流量和压力控制为准,当压力过高时停止系统运行,压力在可控制范围内时高压泵频率按产水流量进行控制。同时,记录高压泵的运行时间,监控高压泵的电流。

段间增压泵控制分差压和压力两种控制方式:差压控制时压力过高停止系统运行,压力在控制范围内时段间增压泵通过差压控制段间泵的频率输出,记录反渗透段间增压泵的运行时间和电流。另一种控制方式是通过压力控制反渗透段间增压泵的频率。

3.3 加药控制系统

加药控制系统是系统的重要组成部分,超滤系统需要酸洗和碱洗,反渗透需要酸洗,根据设定的时间和次数进行自动清洗。加药控制自动完成,条件不满足时加药泵联锁停止不能启动,满足后进入顺控系统可启可停。每台加药泵实行一主一备机制,生产中主泵故障停机或人为停止时,在自动状态下备用泵自动启动,加药罐液位联锁控制加药泵的启停条件,当药加完时停泵,但不停系统,只报警显示液位低。RO清洗箱PH计和中和池PH计与加药泵进行PID控制,按加药时间和清洗水投加时间进行控制。

药洗的次数可自由设定,根据废水的水质不同,设定不同的药洗次数和时间,保证超滤系统和反渗透系统膜在安全使用范围内。

3.4生产流程控制系统

生产流程控制按自动生产完成,该控制功能是系统的主要功能,能够有效减少操作人员以及操作人员误操作的停机时间。将控制参数输入到系统中,如泵是按流量控制还是压力控制。启动前必须将控制参数设定好,启动后按控制参数自动生产。主要的控制参数有产水量、废水回收率、压力、流量、产水时间及清洗时间等。系统还监控生产的每一道工序,显示在监控画面中,出现故障也会显示在画面上。

3.5 数据采集功能

本系统添加了报警监控画面,对所有设备的数据进行实时监控显示、记录报警信息。报警信息保存时间为一个星期,根据需求可进行修改。根据报警等级显示不同的颜色,黄色为一般报警,红色为停机报警或者重故障报警,需要操作人员特别注意。

趋势是为了便于查询设备的状态信息,对不同时间不同设备的状态进行记录,为分析故障、查找原因、提高工艺质量提供依据。趋势画面可以随时添加设备的趋势,趋势保留一星期,保存时间可以修改。对于实时监控的设备做弹出页面,可实时在线监控趋势。

记录生产工艺数据,如超滤系统产水量、反渗透系统产水量、总产水量及废水回收率;记录系统控制参数,如泵的控制频率、PID控制参数、流量和压力联锁控制参数、液位联锁控制参数、酸洗的次数和时间、碱洗的次数和时间等。

4 结束语

膜法水处理PLC控制具有数据采集与处理精确,自动化、模块化控制灵活高效,可靠性和稳定性高,适应性强以及节能环保等特点,这就使得膜法水处理PLC控制系统在水处理领域具有广阔的应用前景和重要的实际意义。通过PLC的精确控制,膜法水处理系统能够实现节能降耗。例如,PLC可以根据水质变化自动调节处理工艺和参数,避免不必要的能耗和浪费。同时,膜法水处理本身作为一种高效、环保的水处理技术,也能够减少废水排放和环境污染。

[参考文献]

[1]刘海林,王庭有.基于PLC控制器的净水厂加药系统设计[J]. 自动化与仪器仪表,2024(3):123-126.

[2]张君.基于PLC控制的工业废水处理系统研究[J].中国设备工程,2023(22):241-243.

[3]史金卓.膜法水处理技术在工业污水回用中的应用[J].天津化工,2022,36(3):52-54.

[4] 尹琦,张天鹏.基于S7-1200 PLC的脱硫废水处理控制系统设计[J].机电信息,2019(24):140-141.

《机电信息》2025年第15期第9篇