1.引言
近年來(lái)，我國(guó)小型冷軋鋼廠發(fā)展速度較快。這些冷軋鋼廠大多為鄉(xiāng)鎮(zhèn)民營(yíng)企業(yè)，年產(chǎn)冷軋鋼材30萬(wàn)噸以?xún)?nèi)，生產(chǎn)過(guò)程中排放酸洗廢水主要為熱軋鋼材酸洗除銹過(guò)程中余酸清洗廢水，通常與少量板卷表面處理過(guò)程中產(chǎn)生含油堿性廢水混合排放。綜合廢水污染物濃度高，呈暗棕色，含鐵鹽、油及表面活性物質(zhì)酸霧凈等，酸腐蝕性較強(qiáng)。普遍缺少污染治理措施，小型冷軋鋼廠排污問(wèn)題給方環(huán)保工作造成一定壓力。
本文介紹江西某鋼廠廢酸水處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。眾所周知，以PLC為主體控制系統(tǒng)與單片機(jī)、牛頓數(shù)據(jù)采集模塊相比，具有運(yùn)行穩(wěn)定可靠，控制功能強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)化等優(yōu)點(diǎn)，成為工業(yè)控制應(yīng)用主流。本工程采用歐姆龍公司CPM2AH型小型可編程控制器，上位工控機(jī)組成控制系統(tǒng)。上位機(jī)監(jiān)控制軟件采用北京亞控科技發(fā)展有限公司6.5“組態(tài)王”組態(tài)軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)廢酸水處理系統(tǒng)過(guò)程監(jiān)控及數(shù)據(jù)處理。
2.廢酸水處理工藝
本工程對(duì)酸性廢水處理采用石灰中和法，而廢酸液含硫酸和硫酸亞鐵，可以采用回收工藝。廢酸液產(chǎn)出量較小，采用回收工藝投資大，設(shè)備維修率高，回收產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。從投入產(chǎn)出比看，回收工藝投資大，運(yùn)行成本高，回收產(chǎn)出低，經(jīng)濟(jì)性差，不采用。

3.廢酸水處理控制系統(tǒng)特點(diǎn)及控制指標(biāo)
3.1 PH控制過(guò)程特點(diǎn)
酸堿中和過(guò)程通常呈現(xiàn)嚴(yán)重非線性和滯后性，主要表現(xiàn)為PH值中和點(diǎn)附近增益很大，此時(shí)添加中和劑略有變化，就能引起PH值較大幅度變化，而當(dāng)PH值遠(yuǎn)離中和點(diǎn)時(shí)增益很小，PH值變化較緩慢，加入大量中和劑才能使PH值上升或下降。加上處理過(guò)程一般大容器和循環(huán)管路中進(jìn)行,使系統(tǒng)存較大時(shí)滯，給PH值控制帶來(lái)極大困難，浪費(fèi)大量中和劑，為此PH值被公認(rèn)為比較難控制變量之一,
3.2 控制目標(biāo)
一級(jí)中和反應(yīng)，出口PH控制為：5～6；
二級(jí)中和反應(yīng)，出口PH控制為：7～8；
比較終廢水排放PH值控制7～8，COD控制150mg/L，廢水排放指標(biāo)符合國(guó)家污水綜合排放二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
4.控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
4.1 硬件結(jié)構(gòu)
工藝要求，整個(gè)系統(tǒng)采用二級(jí)計(jì)算機(jī)控制方式，基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)采用歐姆龍公司比較新推出CPM2AH系列PLC，實(shí)現(xiàn)各種工作泵啟、停和聯(lián)鎖控制；實(shí)現(xiàn)對(duì)PH值、石灰乳槽液位進(jìn)行控制。監(jiān)控級(jí)為臺(tái)灣研華生產(chǎn)工業(yè)控制機(jī)，完成對(duì)系統(tǒng)組態(tài)、監(jiān)控、報(bào)警、制表等功能。
（1）系統(tǒng)檢測(cè)點(diǎn)配置
4～20mA輸入5點(diǎn)，4～20mA輸出2點(diǎn);繼電器輸入信號(hào)：30點(diǎn)，繼電器輸出信號(hào)：30點(diǎn)。
（2）監(jiān)控級(jí)配置
監(jiān)控級(jí)配置臺(tái)灣研華工控機(jī)一臺(tái)，運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)組態(tài)和監(jiān)控軟件， 以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)組態(tài)與監(jiān)測(cè)。運(yùn)行環(huán)境為WINDOWS2000，并配置打印機(jī)一臺(tái)，交流穩(wěn)壓電源和UPS電源各一臺(tái)。
（3）基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)配置
基礎(chǔ)自動(dòng)化配置CPM2AH系列PLC一套，2個(gè)I/O擴(kuò)展模塊，北京宏拓 PC-7413板卡、PC-7423板卡各一塊。運(yùn)行I/O控制站軟件，完成對(duì)I/O信號(hào)采集以及各種工作泵聯(lián)鎖和控制，由通訊電纜將各工位狀態(tài)信號(hào)送往工控機(jī)，并接收監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)；

4.2 監(jiān)控系統(tǒng)
監(jiān)控系統(tǒng)完全實(shí)現(xiàn)了工藝提出功能要求 ,可以實(shí)現(xiàn)“手動(dòng)”和“自動(dòng)”操作兩種控制模式，其中“手動(dòng)”又分為“現(xiàn)場(chǎng)操作”與“就柜操作”兩種手動(dòng)控制，控制模式原理如圖4所示，處何種控制模式，都可對(duì)工藝參數(shù)越限進(jìn)行報(bào)警?？刂葡到y(tǒng)處于自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)可操作人員設(shè)定指令自動(dòng)開(kāi)、停提升泵，泵開(kāi)關(guān)具有順序鎖定作用，防止誤操作，達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)加石灰水量,更好控制廢酸水品質(zhì)目。
上位機(jī)采用研華工控機(jī)，CPU為PIV2.4G、256Ｍ內(nèi)存、80Ｇ硬盤(pán)、32Ｍ顯存、19英寸大屏顯示器。上位監(jiān)控軟件采用亞控6 .5版“組態(tài)王”256點(diǎn)運(yùn)行態(tài)軟件,負(fù)責(zé)廢酸水處理系統(tǒng)監(jiān)控界面顯示、數(shù)據(jù)處理、保存、信息交流等。上位機(jī)Modbus協(xié)議與PLC進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交流。上位機(jī)可讀取PLC采集泵啟停狀態(tài)，可輸出開(kāi)關(guān)量控制信號(hào)給PLC。上位軟件可對(duì)加藥實(shí)行遠(yuǎn)程手動(dòng)CRT操作及遠(yuǎn)程自動(dòng)、就手動(dòng)CRT全程監(jiān)控。具有歷史曲線、報(bào)表、報(bào)警等界面。其中：SB1～SBS1：手動(dòng)模式時(shí)，中控室電氣柜面板上停止與啟動(dòng)按鈕。
SB2～SBS2：手動(dòng)模式時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)機(jī)旁控制箱面板上停止與啟動(dòng)按鈕。
KM：接觸器及接觸器常開(kāi)觸點(diǎn)。
KA：中間繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)（自動(dòng)控制時(shí)，由計(jì)算機(jī)控制中間繼電器是否電）。
4.3　PLC控制單元
PLC控制單元是自動(dòng)控制核心部分,采集加藥計(jì)量泵、廢水提升泵等泵運(yùn)行工作狀態(tài)信號(hào)，同時(shí)上傳到上位機(jī)。并實(shí)時(shí)執(zhí)行上位機(jī)輸出指令，控制泵起、停。
5.控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
5.1 軟件功能描述
軟件包括上位機(jī)監(jiān)控軟件與下位機(jī)軟件。上位監(jiān)控軟件采用亞控6.5版“組態(tài)王”256點(diǎn)運(yùn)行態(tài)軟件,負(fù)責(zé)廢酸水處理系統(tǒng)監(jiān)控界面顯示、數(shù)據(jù)處理、保存、信息交流等。上位計(jì)算機(jī)中人機(jī)界面是以圖形畫(huà)面方式顯示控制系統(tǒng)平面圖及工藝流程圖，有動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)參數(shù)值顯示，如水流量、PH值等，實(shí)時(shí)顯示各泵運(yùn)行狀和事故報(bào)警信息列表以及電氣運(yùn)行狀態(tài)顯示等可切換動(dòng)態(tài)畫(huà)面，對(duì)工藝參數(shù)值做出實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線和歷史數(shù)據(jù)趨勢(shì)曲線同時(shí)，組態(tài)王軟件系統(tǒng)還可以與EXCEL、ACCESS等數(shù)據(jù)庫(kù)管軟件進(jìn)行DDE通訊，將數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)庫(kù)中，以備將來(lái)移植到他系統(tǒng)中供調(diào)度員分析比較，找出污水廠比較佳運(yùn)行規(guī)律；可以自動(dòng)生成生產(chǎn)報(bào)表（班、日、月），定時(shí)或需要進(jìn)行打印，供生產(chǎn)管理之用；上位機(jī)Modbus協(xié)議,與PLC進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交流。上位機(jī)可讀取PLC采集泵啟停狀態(tài),可輸出開(kāi)關(guān)量控制信號(hào)給PLC。上位機(jī)可對(duì)加藥實(shí)行遠(yuǎn)程手動(dòng)CRT操作及遠(yuǎn)程自動(dòng)、就手動(dòng)CRT全程監(jiān)控。下位機(jī)主采集泵啟停狀態(tài)，接收上位機(jī)指令控制泵啟停。
上位機(jī)與下位機(jī)所用開(kāi)發(fā)工具如下所示：
上位機(jī)：操作系統(tǒng)：Windows 2000，開(kāi)發(fā)工具：組態(tài)王6.5，
支持軟件：Microsoft office2000。
下位機(jī)：開(kāi)發(fā)工具：CX-programmer 3.10。
5.2 軟件設(shè)計(jì)
上位機(jī)主利用了組態(tài)軟件來(lái)構(gòu)筑整個(gè)系統(tǒng)，具體實(shí)現(xiàn)不多描述，下面重點(diǎn)描述下位機(jī)（PLC）軟件設(shè)計(jì)。工藝流程要求，PLC中編制出符合現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行規(guī)范工藝控制程序，進(jìn)行相應(yīng)自動(dòng)調(diào)節(jié)和信息反饋，具體控制依據(jù)及各工藝流程需要設(shè)備簡(jiǎn)述如下：
（1）各相獨(dú)立單元設(shè)備啟動(dòng)控制
•PAM制備單元：0108A設(shè)備加水、投加藥劑后啟動(dòng)攪拌機(jī)A按鈕，攪拌約30分鐘停止，起動(dòng)0109A、B中一臺(tái)泵開(kāi)始供藥。此時(shí)0108B設(shè)備加水、投加藥劑后啟動(dòng)攪拌機(jī)B按鈕，攪拌約30分鐘停止，待0108A設(shè)備中藥劑完畢后人工切換（閥門(mén)操作）到0108B設(shè)備供藥。如此循環(huán)作業(yè)。0109A、B設(shè)備一臺(tái)作業(yè)一臺(tái)備用。
•壓濾機(jī)單元：0112A、B設(shè)備液壓油泵起動(dòng)，壓緊濾框（約10分鐘）此時(shí)0112A壓濾機(jī)可以進(jìn)料，由011A、B中一臺(tái)設(shè)備中供料，約1小時(shí)，人工切換（閥門(mén)操作）到0112B壓濾機(jī)進(jìn)料。0112A壓濾機(jī)液壓油泵啟動(dòng)，集料斗閘門(mén)關(guān)閉，松開(kāi)濾框，自動(dòng)拉扳機(jī)啟動(dòng)，人工卸渣，約25分鐘，0112A壓濾機(jī)液壓油泵啟動(dòng)壓緊濾框，準(zhǔn)備下一回作業(yè)。運(yùn)渣車(chē)到達(dá)時(shí)，集料斗閘門(mén)打開(kāi)，振打電機(jī)啟動(dòng)，卸料完畢振打電機(jī)停，集料斗閘門(mén)關(guān)閉。0112A、B設(shè)備按此循環(huán)作業(yè)。
•石灰乳制備單元：0105A石灰消化器啟動(dòng)，0118A斗式提升機(jī)給料同時(shí)0114濾液泵向石灰消化器供水，當(dāng)0106A設(shè)備液位到達(dá)要求時(shí)（上限報(bào)警），人工切換（閥門(mén)操作到0106B設(shè)備），當(dāng)0106B設(shè)備液位到達(dá)要求時(shí)（上限報(bào)警）停0118A斗式提升機(jī)和0114濾液泵，此時(shí)消化器中剩余物料供至0106A設(shè)備，當(dāng)0105A石灰消化器中無(wú)物料時(shí)停0105A、0117螺桿泵。0105B和0118B設(shè)備為備用設(shè)備。
（2）故障停車(chē)順序
壓濾機(jī)故障：停0101、0107、0102、0103、0104、0109、0110、0111
石灰乳制備單元故障：停0101、0107、0102、0103、0104、0109、0110、0111、0112
（3）PLC端口分配表

（4）PLC軟件設(shè)計(jì)
PLC軟件用歐姆龍公司CX-programmer 3.10編程軟件設(shè)計(jì),梯形圖編程,模塊化結(jié)構(gòu),由一個(gè)主程序和多個(gè)子程序組成。主程序流程如圖6所示。
6.結(jié)束語(yǔ)
本文從工程應(yīng)用實(shí)際出發(fā)，基于組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，采用常用PLC作為控制器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大時(shí)滯、非線性、強(qiáng)干擾污水處理中和過(guò)程控制。實(shí)際運(yùn)行表明：該系統(tǒng)具有控制精度高、運(yùn)行可靠、操作簡(jiǎn)單、抗干擾和適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，完全可以滿(mǎn)足污水中PH值控制工藝需要。創(chuàng)新點(diǎn)：采用了組態(tài)軟件和PLC結(jié)合來(lái)對(duì)廢酸水PH值處理，系統(tǒng)簡(jiǎn)單、可靠！