鄧志東

(揚(yáng)州佳境環(huán)境科技股份有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225008)

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電鍍廢水膜濃縮自動(dòng)控制系統(tǒng)

鄧志東

(揚(yáng)州佳境環(huán)境科技股份有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225008)

介紹了廢水處理中運(yùn)用膜技術(shù)進(jìn)行重金屬離子高比例回用時(shí)濃縮倍數(shù)的自動(dòng)控制的基本原理，從實(shí)用角度分析了運(yùn)用該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)膜濃縮倍數(shù)自動(dòng)控制所采取的主要控制策略。系統(tǒng)綜合應(yīng)用了可編程邏輯控制器(PLC技術(shù))， 并在實(shí)際運(yùn)用中取得了良好效果。

PLC技術(shù); 電導(dǎo)率值控制; 閥組件控制; 變頻控制

引言

在電鍍廢水處理過(guò)程中，對(duì)含重金屬離子(如鎳、鉻、銅等)的清洗水，為實(shí)現(xiàn)高比例回用，膜濃縮倍數(shù)非常關(guān)鍵，由于原水的水質(zhì)不斷發(fā)生變化，以電導(dǎo)率為例，變化范圍為0.05～2s/m，如果按固定的壓力運(yùn)行膜系統(tǒng)，膜運(yùn)行的效率不會(huì)在最佳狀態(tài)，電能浪費(fèi)嚴(yán)重，膜的使用時(shí)間也會(huì)大幅降低。本文通過(guò)實(shí)際案例分析，通過(guò)裝在膜系統(tǒng)進(jìn)水口電導(dǎo)率變化與泵出口的壓力傳感器的數(shù)值變化及濃水流量上下限報(bào)警開關(guān)值的變化，運(yùn)用PLC技術(shù)調(diào)整泵的轉(zhuǎn)速及濃水端電動(dòng)閥門的大小，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制并使膜系統(tǒng)運(yùn)行在最佳狀態(tài)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

膜濃縮控制系統(tǒng)由PLC集散控制層和電子設(shè)備執(zhí)行層組成控制層，采用西門子S7-200SMART系列的PLC作為核心控制部件，控制1臺(tái)高壓泵和2只電動(dòng)閥門。

系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)EC102電導(dǎo)率值和PI103壓力值及濃水流量上下限報(bào)警開關(guān)F103值，其中EC102值控制在2s/m以內(nèi)，PI103值控制在3.80MPa以內(nèi)。通過(guò)建立閉環(huán)控制系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓泵浦HP102-1轉(zhuǎn)速與閥組件電動(dòng)慢開閥ME103-1與智能電動(dòng)閥ME103-2D的流量控制，進(jìn)而自動(dòng)控制膜濃縮倍數(shù)，使膜系統(tǒng)運(yùn)行在最佳狀態(tài)。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中。用電導(dǎo)率儀將廢水中的電導(dǎo)率值與壓力傳感器及F103電信號(hào)轉(zhuǎn)換為相對(duì)應(yīng)的電流或電壓值，通過(guò)數(shù)據(jù)線送給模擬量輸入模塊，經(jīng)模數(shù)換算后得到與輸入值相對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，由PLC與事先的設(shè)定值進(jìn)行比較，并按PID控制算法對(duì)誤差進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果由PLC送到數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)模擬量輸出通道1路傳輸至變頻器進(jìn)而控制高壓泵轉(zhuǎn)速，1路傳輸至閥組件，進(jìn)而控制流量大小。

控制系統(tǒng)主要由PLC、在線檢測(cè)儀表、變頻器、高壓泵和閥組件等組成，整個(gè)系統(tǒng)控制流程見圖1。

圖1 控制流程圖

2 系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成及軟件

2.1 設(shè)備構(gòu)成

PLC采用西門子S7-200SMART系列，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，性價(jià)比好，比較適合本系統(tǒng)處理控制系統(tǒng)。模擬量輸入輸出模塊選用EMAM06(6ES7288-3AM06-0AA0)模塊。EC102電導(dǎo)率儀選用TOu1200型(測(cè)試范圍0-20s/m，信號(hào)輸出為隔離式DC4-20mA及485通訊接口)。閥組件選用電動(dòng)慢開閥(AC220V,動(dòng)作t為60s)和智能電動(dòng)閥(AC220V 4～20mA)。HP102-1(3相4.0kW)；HP102-2(3相4.0kW)；電接點(diǎn)壓力表SP103(AC220V)；壓力傳感器PI103(DC24V)；警報(bào)開關(guān)(AC220V)。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

2.2.1 邏輯關(guān)系

PI103、EC102、ME103-2、HP102-2和F103五者的邏輯關(guān)系為：在不同的電導(dǎo)率情況下(EC102)，需要不同的壓力(PI103)，通過(guò)控制泵(HP102-2)工作頻率和閥門的開度(ME103-2)來(lái)共同達(dá)到此需求。為防止閥門(ME103-2)的開度控制的過(guò)小而由此提高到需求壓力(PI103)，采用F103下限流量報(bào)警來(lái)限制閥門的開度(ME103-2);為防止閥門(ME103-2)的開度較大，HP102-2頻率提升上去達(dá)到的需求的壓力，采用F103上限流量報(bào)警來(lái)控制泵(HP102-2)的調(diào)控頻率。

EC102控制要求為：工況點(diǎn)1，EC102電導(dǎo)=2s/m(可調(diào)，觸發(fā)值)，PI103壓力=1.47MPa(可調(diào)，初始值)。工況點(diǎn)2：EC102電導(dǎo)=10s/m(可調(diào)，終端值)，PI103壓力=3.72MPa(可調(diào)，終點(diǎn)值)。EC102電導(dǎo)值與PI103壓力值線性擬合，PI103的有效區(qū)間為0～3.72MPa。壓力和電導(dǎo)率相互關(guān)系見圖2。曲線用于控制泵HP102-2、閥門ME103-2工作參數(shù)。

圖2 壓力與電導(dǎo)率曲線圖

HP102-2、ME103-2閥門的開度兩者的控制匹配壓力PI103，控制方式為：F103流量≥F103上限時(shí)，優(yōu)先關(guān)小ME103-2開度直至上限解除，再HP102-2調(diào)整頻率匹配需求壓力PI103；F103上限>F103流量>F103下限時(shí)，ME103-2閥、泵HP102-2同時(shí)動(dòng)作，匹配需求壓力PI103；F103流量≤F103下限時(shí)，優(yōu)先開大ME103-2開度直至下限解除，再HP102-2調(diào)整頻率匹配需求壓力PI103。

ME103-1控制要求為：HP102-1泵運(yùn)行30min(可調(diào))，ME103打開沖洗2min(可調(diào))后緩慢關(guān)閉。高壓泵HP102-1、2控制方式分為三檔：自動(dòng)控制、手動(dòng)控制和零位。

程序控制中時(shí)間參數(shù)可由觸摸屏或文本顯示器改變。

2.2.2 PLC的輸入、輸出點(diǎn)功能

模擬輸入信號(hào)包括進(jìn)口水電導(dǎo)率值和泵出口壓力值用于指示進(jìn)出水特征和壓力大小，同時(shí)收集濃水端上下限流量信號(hào)。

模擬輸出信號(hào)輸出用于控制高壓泵轉(zhuǎn)速和閥組件。PLC根據(jù)運(yùn)算結(jié)果輸出2路4～20mA的電流信號(hào)，1路控制變頻器再控制高壓泵轉(zhuǎn)速，另1路控制閥組件閥門的大小控制濃水流量。以使膜系統(tǒng)運(yùn)行在最佳效果。

2.2.3 軟件介紹

自動(dòng)控制軟件組成見圖3～圖6。

圖3 電導(dǎo)率模數(shù)轉(zhuǎn)換

圖4 電導(dǎo)與壓力轉(zhuǎn)換

圖5 智能閥角度數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量

圖6 PID控制單元

3 實(shí)際效果

2015年3月在對(duì)蘇州某電鍍分廠退鍍鎳清洗水處理中，膜系統(tǒng)濃縮倍數(shù)設(shè)計(jì)要求10倍左右，考慮到來(lái)水電導(dǎo)率變化較大因素，采用了本系統(tǒng)方案。

在實(shí)際運(yùn)行中，根據(jù)來(lái)水電導(dǎo)率及壓力變化自動(dòng)調(diào)節(jié)泵及閥組件運(yùn)行狀態(tài)。在1年多的使用中，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)正常，處理效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求，膜濃縮倍數(shù)大于10倍，電能節(jié)約10%左右，膜元件運(yùn)行至今未有更換。圖7為膜系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的部分參數(shù)值。

圖7 現(xiàn)場(chǎng)PLC文本顯示器

4 結(jié) 論

通過(guò)進(jìn)水口電導(dǎo)率儀、泵出口的壓力傳感器及濃水流量上下限報(bào)警開關(guān)值的變化，運(yùn)用PLC技術(shù)來(lái)調(diào)整泵的轉(zhuǎn)速及濃水端電動(dòng)閥門的大小，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制，提高了膜系統(tǒng)運(yùn)行效率及膜系統(tǒng)濃縮倍數(shù)，同時(shí)節(jié)省了電能，延長(zhǎng)了膜元件的使用期限，取得了很好效果。

Membrane Concentration Automatic Control System for Electroplating Wastewater

DENG Zhidong

(YANGZHOU INGREENTREE TECHNOLOGY CO.,LTD,Yangzhou 225008,China)

This paper introduces the basic principle of the automatic control of the concentration multiple when the membrane technology is used in the wastewater treatment.Besides,it analyzes the main control strategy of the automatic control of the membrane concentration multiple from the practical point of view.The system integrates programmable logic controller (PLC) and has achieved good results in practical application.

PCL; conductivity value control; valve assembly control; frequency Control

2016-09-11

2016-10-04

10.3969/j.issn.1001-3849.2016.12.010

X703

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