摘要  介紹啤酒廢水處理的工藝流程、特點(diǎn)以及S7-300可編程控制器在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，給出了一種經(jīng)濟(jì)、可靠、易于維護(hù)的控制系統(tǒng)方案，zui后討論了上位機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及其它系統(tǒng)與本系統(tǒng)的接口問題。
 
        引言

        隨著環(huán)境問題對(duì)人類生存的影響日趨加重，人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的意識(shí)也日益重視。特別是近10多年來(lái)，我國(guó)在環(huán)保方面的工作取得了一定的成績(jī)，使環(huán)境污染得到了一定的遏制。與此同時(shí)，環(huán)保產(chǎn)業(yè)也取得了很大的發(fā)展，許多地區(qū)競(jìng)相將其作為重點(diǎn)發(fā)展的領(lǐng)域之一。其中城市污水處理和工廠廢水處理，控制污水排放，都得到高度重視，污水處理行業(yè)已成為一個(gè)新興、熱門的行業(yè)。

        我國(guó)在《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978－88）中規(guī)定了各種工業(yè)廢水排入城市排水管網(wǎng)時(shí)，各類污染物的zui高允許排放濃度，以保證城市污水處理廠的正常運(yùn)行。由于各地城市污水的水源水質(zhì)不同，因此相應(yīng)采用的污水處理工藝方法也不同。

        1、工藝介紹

        1.1 啤酒廠廢水翠的主要工藝

        一般啤酒廠的廢水處理主要采用好氧處理、水解－好氧處理和厭氧－好氧聯(lián)合處理等幾種工藝技術(shù)。

         好氧處理工藝主要采用活性污泥法、高負(fù)荷生物過濾法和接觸氧化法等。水解－好氧處理主要利用水解反應(yīng)器使啤酒廢水中的大分子難降解有機(jī)物被轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿右捉到獾挠袡C(jī)物，出水的可生化性能得到改善。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，水解和好氧處理相結(jié)合，比*好氧處理更為經(jīng)濟(jì)。厭氧－好氧聯(lián)合處理技術(shù)是一種能有效去除有機(jī)污染物并使其礦化的技術(shù)，它將有機(jī)化合物轉(zhuǎn)變?yōu)榧淄楹投趸?，該處理技術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地面積小、便于運(yùn)行管理。

        目前，啤酒的廢水處理，一般采用厭氧－好氧處理技術(shù)，這是一種在處理效果、投入成本和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方面都較為合理、經(jīng)濟(jì)的方案。

        南京英特布魯啤酒廠廢水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)為：日處理能力為5000 /天，進(jìn)水指標(biāo)為：COD2500 、 、 及 ～12；經(jīng)過處理后，其排放指標(biāo)為：COD 、 、 及 。處理后的水質(zhì)達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。

        整個(gè)污水處理系統(tǒng)主要由集水井、調(diào)節(jié)池、預(yù)酸化池、IC塔、二沉池等設(shè)備和建筑物構(gòu)成，自動(dòng)控制系統(tǒng)配置一套SiemensS7－300PLC系統(tǒng)和一套上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

        1.2 工藝流程

        啤酒廠廢水處理的工藝過程如圖1所示。啤酒生產(chǎn)過程中的麥糟水、洗滌水等排放廢水，首*入集水井并流入調(diào)節(jié)池，進(jìn)行初步的物理處理，去除污水中的雜質(zhì)，在必要時(shí)進(jìn)行降溫處理。隨后進(jìn)入預(yù)酸化池進(jìn)行pH值等指標(biāo)調(diào)整，使其滿足在IC塔處理過程，在其處理過程中產(chǎn)生的沼氣，目前主要采用燃燒排放的方式（以后可以進(jìn)行沼氣利用處理）。在IC處理過程中，當(dāng)污水水質(zhì)達(dá)到一定要求后，廢水排放到曝氣池進(jìn)行好氧處理，隨后在二沉池進(jìn)一步沉淀、分離污泥，使排放水質(zhì)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，zui后才排放至附近河流或經(jīng)消毒后進(jìn)行2次利用。

                            圖1 工藝流程示意圖

        2、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

        本控制系統(tǒng)采用Siemens公司的S7－3000系列CPU315－2DP  PLC，配置輸入輸出點(diǎn)：DI32×6＝192點(diǎn)、DO32×3＝96點(diǎn)、AI8×4＝32點(diǎn)、A04×1＝4點(diǎn)；配置CP343－1以太網(wǎng)通信模塊及TS Adapter與上位機(jī)監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)采用Siemens工控機(jī)。

        2.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

        本控制系統(tǒng)由1個(gè)主站和1個(gè)遠(yuǎn)程站構(gòu)成，主站與遠(yuǎn)程站間采用Profibus-DP通信，通信速率zui高可達(dá)12Mbps。PLC通過以太網(wǎng)和上位機(jī)進(jìn)行通信，其通訊速率可以到10Mbps，并為其它計(jì)算機(jī)訪問本控制系統(tǒng)預(yù)留接口。為了方便工藝工程師對(duì)工藝參數(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控以及自控工程師對(duì)本PLC系統(tǒng)的遠(yuǎn)程維護(hù)，本系統(tǒng)配備了遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，通過公共網(wǎng)，工藝工程師及自控工程師可在異地監(jiān)控運(yùn)行參數(shù)及設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況，極大地提高了快速處理現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生故障地能力，節(jié)省了維護(hù)的費(fèi)用和企業(yè)的成本。其系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

                               圖2  系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

        本系統(tǒng)的配置具有實(shí)際使用性能合理、通信速率、性價(jià)比高的特點(diǎn)。在配置了TS  Adapter后，系統(tǒng)的遠(yuǎn)程服務(wù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，便于系統(tǒng)的維護(hù)和修改，特別適合應(yīng)用于缺乏技術(shù)骨干力量的企業(yè)中。

        2.3 PLC啤酒污水控制系統(tǒng)的幾個(gè)特點(diǎn)

         通過PLC程序來(lái)完成啤酒廢水處理系統(tǒng)的自動(dòng)控制，通過上位機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)的監(jiān)控、調(diào)整。這種控制方式雖然在實(shí)際應(yīng)用中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，但在具體項(xiàng)目中的應(yīng)用卻各有特點(diǎn)。一個(gè)系統(tǒng)要達(dá)到良好的控制效果，關(guān)鍵是控制系統(tǒng)的程序要適應(yīng)各種現(xiàn)場(chǎng)條件的變化，適合具體的工藝需要。

        2.3.1 季節(jié)性流量變化控制

        在啤酒生產(chǎn)中，由于產(chǎn)量與季節(jié)有很大的關(guān)聯(lián)性，其結(jié)果造成污水處理的負(fù)荷量，在一年中發(fā)生很大的波動(dòng)。這是季節(jié)性污水處理與城市污水處理有著明顯區(qū)別的地方。由于啤酒污水處理的關(guān)鍵是需要保證在厭氧、好氧處理中的活性污泥的能力。當(dāng)污水負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，適當(dāng)控制調(diào)節(jié)每天進(jìn)IC塔處理的污水量，通過PID調(diào)節(jié)廢水進(jìn)入閥的開度，進(jìn)行總量控制。在污水流量增大時(shí)，滿足zui大日處理要求；流量減少時(shí)，保證維持活性污泥的基本需要。

        2.3.2 IC塔的污水流量控制

        進(jìn)IC 塔的污水流量控制，是本控制系統(tǒng)的一個(gè)比較關(guān)鍵部分。由于進(jìn)水水質(zhì)、進(jìn)水流量等參數(shù)變化，污水在各個(gè)處理階段的條件、時(shí)間等都需要發(fā)生相應(yīng)的變化。

        系統(tǒng)中，將進(jìn)入IC塔的污水流量控制與預(yù)酸化罐的液位或產(chǎn)生的沼氣流量等參數(shù)相關(guān)聯(lián)。這是一個(gè)可選擇的控制條件。在預(yù)酸化罐的液位介于高和低之間，進(jìn)IC塔的廢水流量設(shè)定值等于正常流量設(shè)定值。流量、液位控制曲線如圖3所示。預(yù)酸化罐液位的設(shè)定值（液位低低、液位低、液位高、液位高高）和廢水流量的設(shè)定值（zui大流量設(shè)定值、正常流量設(shè)定值、zui小流量設(shè)定值）用于計(jì)算流量設(shè)定值。該計(jì)算公式是 ，其中： 代表流量； 代表液位。由圖3可知，可以通過預(yù)酸化罐液位，求出進(jìn)IC塔廢水流量設(shè)定值，再通過PID調(diào)節(jié)IC進(jìn)水調(diào)節(jié)閥的開度，使得IC塔的進(jìn)水流量接近并等于設(shè)定流量，從而達(dá)到控制IC塔每日進(jìn)水流量的目的。

                       圖3 流量/液位控制曲線

        2.3.3 沼氣流量控制

        在IC塔中產(chǎn)生的沼氣、受到IC塔中的溫度、厭氧污泥量和進(jìn)水污泥水質(zhì)等各種參數(shù)的變化而變化，產(chǎn)生的沼氣是一個(gè)波動(dòng)的過程。因此沼氣流量的積算，與普通流量積算有很大的區(qū)別。本系統(tǒng)中主要采用軟件數(shù)字積算方式進(jìn)行處理，使調(diào)節(jié)控制過程的性能達(dá)到預(yù)期的要求。

        3、上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

        采用西門子公司W(wǎng)incc5.0實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的上位機(jī)監(jiān)控，Wincc提供強(qiáng)大的項(xiàng)目組態(tài)功能，其模塊化的設(shè)計(jì)方法，極大地提高了項(xiàng)目設(shè)計(jì)的效率。同時(shí)Wincc對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的存取對(duì)用戶是透明的，應(yīng)用程序可使用標(biāo)準(zhǔn)的ODBC/SQL接口訪問WinCC數(shù)據(jù)庫(kù)，如有必要也可使用API應(yīng)用程序接口連接數(shù)據(jù)庫(kù)。這意味著所有Windows的應(yīng)用程序，不管是運(yùn)行在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上還是在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)終端上，都可以直接訪問WinCC數(shù)據(jù)庫(kù)。其它的客戶機(jī)系統(tǒng)，如運(yùn)行在Unix上的數(shù)據(jù)庫(kù)Oracle、In-formix或Ingres，也可使用數(shù)據(jù)庫(kù)查詢語(yǔ)言SQL和相應(yīng)的連接工具軟件連接WinCC數(shù)據(jù)庫(kù)。并且WinCC系統(tǒng)中集成了OPC接口，可以非常方便地用于連接其它符合OPC規(guī)范廠商的控制器驅(qū)動(dòng)程序。

        上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由主監(jiān)控畫面、分監(jiān)控畫面、設(shè)備操作畫面、參數(shù)設(shè)置、歷史趨勢(shì)、故障報(bào)警及運(yùn)行人員操作記錄組成。為了能形象地反應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行情況，采用動(dòng)、靜結(jié)合及平面和立體相結(jié)合的方式，建立上位機(jī)監(jiān)控畫面。監(jiān)控畫面直觀、實(shí)用、美觀。用戶可以實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制整個(gè)工藝流程的設(shè)備運(yùn)行情況、主要工藝參數(shù)，并可通過人員操作記錄文件，管理人員可以查詢何人、何時(shí)、所做的任何操作，便于事故負(fù)責(zé)分析和方便管理。

        4、結(jié)束語(yǔ)

        該系統(tǒng)從2003年6月設(shè)計(jì)調(diào)試完成并投入運(yùn)行至今,系統(tǒng)穩(wěn)定,工作可靠,使用方便,自動(dòng)化程度高,減少了運(yùn)行人員,提高了企業(yè)效率.同時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)維護(hù),設(shè)備調(diào)整及程序遠(yuǎn)程修改等方面,體現(xiàn)了一定的*性,得到了用戶的好評(píng).