基于S7-1200PLC的脫硫廢水處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言

現(xiàn)階段,船舶排放法規(guī)愈加嚴(yán)格,對(duì)于船舶柴油機(jī)廢氣鈉堿法海水閉式洗滌系統(tǒng),當(dāng)洗滌循環(huán)水密度過(guò)大時(shí),需要對(duì)洗滌液進(jìn)行分流處理。國(guó)際海事組織(IMo)對(duì)該洗滌水排放法提出了嚴(yán)格要求,需要對(duì)分流廢水進(jìn)行處理方可排出艙外。

在鈉堿法海水脫硫系統(tǒng)中,使用NaoH作為吸收柴油機(jī)煙氣中So2的脫硫劑,煙氣中的So2與洗滌液中的NaoH在洗滌塔中發(fā)生反應(yīng),從而達(dá)到脫硫效果。脫硫系統(tǒng)中洗滌液在管路中循環(huán)的同時(shí),為了使洗滌液的密度維持在一定水平,當(dāng)洗滌液密度過(guò)大時(shí),循環(huán)系統(tǒng)中的部分廢水需要被分流到廢水處理系統(tǒng)中。這部分排出的廢水即脫硫廢水,分流的脫硫廢水中含有乳化油和燃燒產(chǎn)物,pH值近似為中性。廢水需要處理合格,方可按要求排出艙外。本系統(tǒng)有三個(gè)控制目標(biāo):pH值、PAH和濁度,以保證處理后的脫硫廢水滿足國(guó)際海事組織(IMo)洗滌水排放法規(guī)要求。

針對(duì)上述脫硫廢水控制目標(biāo),設(shè)計(jì)了基于S7-1200PLC與組態(tài)軟件WinCC的廢水處理控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)處理過(guò)程的自動(dòng)化控制與監(jiān)視。S7-1200是西門子最新的PLC控制器,采用集中式布局,同時(shí)可以向外擴(kuò)展模塊,主要用于簡(jiǎn)單的自動(dòng)化系統(tǒng),因此采用西門子S7-1200可以實(shí)現(xiàn)良好的自動(dòng)控制與經(jīng)濟(jì)效益。

1系統(tǒng)工藝介紹

脫硫廢水處理工藝流程如圖1所示,系統(tǒng)主要包含以下部分:廢液緩沖箱、供給泵、1臺(tái)攪拌電機(jī)、1臺(tái)供堿泵、2臺(tái)計(jì)量泵、空壓機(jī)、溶氣罐、溶氣泵、氣浮分離池和刮渣機(jī)、過(guò)濾池、二級(jí)緩沖罐、回流泵、動(dòng)力泵、pH檢測(cè)儀和濁度及PAH檢測(cè)儀。

脫硫廢水處理系統(tǒng)工藝包括NaSo3氧化、化學(xué)浮選、活性炭過(guò)濾、檢測(cè)排放等過(guò)程。

(1)NaSo3氧化:洗滌液分流出的廢水進(jìn)入廢液緩沖箱,通過(guò)氧化風(fēng)機(jī)強(qiáng)制曝氣,使洗滌水中脫硫中間產(chǎn)物NaSo3氧化,形成NaSo4,同時(shí)降低洗滌水的CoD值。

(2)化學(xué)浮選:氧化后的廢水進(jìn)入浮選槽,調(diào)節(jié)廢水的pH值高低后使用加藥計(jì)量泵加入混凝劑和絮凝劑進(jìn)行攪拌。然后在浮選槽的底部通入溶氣水,產(chǎn)生的大量的微氣泡與廢水中的懸浮物上浮到廢水表面,懸浮層分離,用刮渣設(shè)備將懸浮層收集到儲(chǔ)泥槽中,存儲(chǔ)并上岸處理,實(shí)現(xiàn)無(wú)害排放。

(3)活性炭過(guò)濾:經(jīng)過(guò)化學(xué)浮選的廢水在進(jìn)入活性炭過(guò)濾之前,溶氣泵抽取一部分水到溶氣罐,作為溶氣水,余下的大部分水經(jīng)過(guò)活性炭過(guò)濾后,進(jìn)入二級(jí)緩沖罐。

(4)檢測(cè)排放:經(jīng)上述各功能模塊處理后的廢水,經(jīng)檢測(cè)裝置檢測(cè)后,若達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)則排放,否則回到廢液緩沖罐重新處理。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1設(shè)計(jì)原則

脫硫廢水處理系統(tǒng)的主要任務(wù)是:在保持船舶脫硫主系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件下,保證脫硫廢水經(jīng)處理后達(dá)標(biāo)排放。

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則為:(1)洗滌塔分流出來(lái)的廢水進(jìn)入廢水處理系統(tǒng)后,通過(guò)上述工藝處理,在保證處理后的廢水滿足IMo排放法規(guī)要求的同時(shí),又使各子系統(tǒng)處于最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài),節(jié)約藥品的用量及能源消耗。(2)當(dāng)脫硫系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生改變時(shí),洗滌塔分流進(jìn)入廢水處理系統(tǒng)的水質(zhì)發(fā)生變化,處理系統(tǒng)應(yīng)及時(shí)響應(yīng),迅速消除干擾,使處理后的廢水達(dá)到排放要求。

2.2硬件設(shè)計(jì)

脫硫廢水處理控制系統(tǒng)主要由一臺(tái)西門子工業(yè)計(jì)算機(jī)作為上位機(jī),配有顯示器、打印機(jī)、鍵盤等:硬件還包括西門子S7-1200PLC(包括電源(PS)、CPU1214C、儲(chǔ)存卡等)、3個(gè)AI8×13位模擬量輸入模塊、1個(gè)AO4×14位模擬量輸出模塊、1個(gè)DO8×24V數(shù)字量輸出模塊、電磁閥、傳感器等。其中傳感器主要包括監(jiān)測(cè)水質(zhì)pH值、PAH、濁度的傳感器,各個(gè)泵進(jìn)出口壓力傳感器,液位傳感器等。

2.3軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件采用西門子TIA博途軟件編寫,開發(fā)環(huán)境友好,可以管理和組態(tài)項(xiàng)目中所有的設(shè)備(如PLC、HMI和其他設(shè)備)。PLC控制軟件采用模塊化編程。模塊化編程就是將程序根據(jù)功能分為不同的邏輯塊,每個(gè)邏輯塊完成不同的功能,在主循環(huán)OB1中可以根據(jù)條件調(diào)用不同的功能或者功能塊,其特點(diǎn)是易于分工合作,調(diào)試方便[3]。根據(jù)脫硫控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),系統(tǒng)采用一個(gè)組織塊(OB)、六個(gè)功能塊(FC)和一個(gè)數(shù)據(jù)塊(DB)。功能塊(FC)主要實(shí)現(xiàn)曝氣、化學(xué)浮選、過(guò)濾和排放系統(tǒng)的啟停、報(bào)警指示。

PLC控制系統(tǒng)軟件主要實(shí)現(xiàn)以下功能:

(1)采集控制系統(tǒng)所用傳感器信息,對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算,并轉(zhuǎn)換為上位機(jī)顯示所需要的浮點(diǎn)數(shù)據(jù)類型:

(2)采集控制系統(tǒng)所有開關(guān)量信息、電磁閥的反饋信息:

(3)控制現(xiàn)場(chǎng)所有的可執(zhí)行設(shè)備,包括氧化風(fēng)機(jī)、攪拌機(jī)、計(jì)量泵、供給泵、電磁閥、刮渣設(shè)備等:

(4)通過(guò)檢測(cè)緩沖罐氧化后水質(zhì)的pH值、PAH、濁度,計(jì)算出需加入藥品的量:

(5)檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài),并發(fā)送狀態(tài)、報(bào)警信息至上位機(jī),驅(qū)動(dòng)相應(yīng)指示燈和蜂鳴器等。

上位機(jī)監(jiān)控軟件采用西門子TIA博途W(wǎng)inCC組態(tài)軟件。此款軟件是數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)SCADA(supervisorycontrolanddataacquisition)的軟件平臺(tái)工具,是西門子全集成自動(dòng)化(TIA)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。脫硫廢水處理自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能有:

(1)與現(xiàn)場(chǎng)PLC控制器進(jìn)行通信:

(2)控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)WinCC軟件編譯后在監(jiān)控界面上顯示:

(3)顯示控制系統(tǒng)泵、空壓機(jī)等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài):

(4)查看報(bào)警信息:

(5)歷史數(shù)據(jù)的歸檔。

3結(jié)語(yǔ)

基于S7-1200PLC的脫硫廢水處理控制系統(tǒng)具有運(yùn)行可靠、控制性能優(yōu)越的特點(diǎn),同時(shí),利用WinCC的控制系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)各個(gè)部分的運(yùn)行狀態(tài),控制系統(tǒng)的各種檢測(cè)數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)顯示于上位機(jī)界面,操作員可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障,取得了良好的監(jiān)控效果。該系統(tǒng)可用于船舶柴油機(jī)尾氣鈉堿法脫硫系統(tǒng)的廢水處理,實(shí)現(xiàn)廢水處理的自動(dòng)化,減小廢水排放對(duì)海洋環(huán)境的影響,取得良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。