基于S7-1200PLC的脱硫废水处理控制系统设计

引言

现阶段,船舶排放法规愈加严格,对于船舶柴油机废气钠碱法海水闭式洗涤系统,当洗涤循环水密度过大时,需要对洗涤液进行分流处理。国际海事组织(IMo)对该洗涤水排放法提出了严格要求,需要对分流废水进行处理方可排出舱外。

在钠碱法海水脱硫系统中,使用NaoH作为吸收柴油机烟气中So2的脱硫剂,烟气中的So2与洗涤液中的NaoH在洗涤塔中发生反应,从而达到脱硫效果。脱硫系统中洗涤液在管路中循环的同时,为了使洗涤液的密度维持在一定水平,当洗涤液密度过大时,循环系统中的部分废水需要被分流到废水处理系统中。这部分排出的废水即脱硫废水,分流的脱硫废水中含有乳化油和燃烧产物,pH值近似为中性。废水需要处理合格,方可按要求排出舱外。本系统有三个控制目标:pH值、PAH和浊度,以保证处理后的脱硫废水满足国际海事组织(IMo)洗涤水排放法规要求。

针对上述脱硫废水控制目标,设计了基于S7-1200PLC与组态软件WinCC的废水处理控制系统,实现对处理过程的自动化控制与监视。S7-1200是西门子最新的PLC控制器,采用集中式布局,同时可以向外扩展模块,主要用于简单的自动化系统,因此采用西门子S7-1200可以实现良好的自动控制与经济效益。

1系统工艺介绍

脱硫废水处理工艺流程如图1所示,系统主要包含以下部分:废液缓冲箱、供给泵、1台搅拌电机、1台供碱泵、2台计量泵、空压机、溶气罐、溶气泵、气浮分离池和刮渣机、过滤池、二级缓冲罐、回流泵、动力泵、pH检测仪和浊度及PAH检测仪。

脱硫废水处理系统工艺包括NaSo3氧化、化学浮选、活性炭过滤、检测排放等过程。

(1)NaSo3氧化:洗涤液分流出的废水进入废液缓冲箱,通过氧化风机强制曝气,使洗涤水中脱硫中间产物NaSo3氧化,形成NaSo4,同时降低洗涤水的CoD值。

(2)化学浮选:氧化后的废水进入浮选槽,调节废水的pH值高低后使用加药计量泵加入混凝剂和絮凝剂进行搅拌。然后在浮选槽的底部通入溶气水,产生的大量的微气泡与废水中的悬浮物上浮到废水表面,悬浮层分离,用刮渣设备将悬浮层收集到储泥槽中,存储并上岸处理,实现无害排放。

(3)活性炭过滤:经过化学浮选的废水在进入活性炭过滤之前,溶气泵抽取一部分水到溶气罐,作为溶气水,余下的大部分水经过活性炭过滤后,进入二级缓冲罐。

(4)检测排放:经上述各功能模块处理后的废水,经检测装置检测后,若达到排放标准则排放,否则回到废液缓冲罐重新处理。

2系统设计

2.1设计原则

脱硫废水处理系统的主要任务是:在保持船舶脱硫主系统稳定运行的条件下,保证脱硫废水经处理后达标排放。

该系统设计原则为:(1)洗涤塔分流出来的废水进入废水处理系统后,通过上述工艺处理,在保证处理后的废水满足IMo排放法规要求的同时,又使各子系统处于最优运行状态,节约药品的用量及能源消耗。(2)当脱硫系统运行状态发生改变时,洗涤塔分流进入废水处理系统的水质发生变化,处理系统应及时响应,迅速消除干扰,使处理后的废水达到排放要求。

2.2硬件设计

脱硫废水处理控制系统主要由一台西门子工业计算机作为上位机,配有显示器、打印机、键盘等:硬件还包括西门子S7-1200PLC(包括电源(PS)、CPU1214C、储存卡等)、3个AI8×13位模拟量输入模块、1个AO4×14位模拟量输出模块、1个DO8×24V数字量输出模块、电磁阀、传感器等。其中传感器主要包括监测水质pH值、PAH、浊度的传感器,各个泵进出口压力传感器,液位传感器等。

2.3软件设计

系统软件采用西门子TIA博途软件编写,开发环境友好,可以管理和组态项目中所有的设备(如PLC、HMI和其他设备)。PLC控制软件采用模块化编程。模块化编程就是将程序根据功能分为不同的逻辑块,每个逻辑块完成不同的功能,在主循环OB1中可以根据条件调用不同的功能或者功能块,其特点是易于分工合作,调试方便[3]。根据脱硫控制系统结构,系统采用一个组织块(OB)、六个功能块(FC)和一个数据块(DB)。功能块(FC)主要实现曝气、化学浮选、过滤和排放系统的启停、报警指示。

PLC控制系统软件主要实现以下功能:

(1)采集控制系统所用传感器信息,对采集的数据进行运算,并转换为上位机显示所需要的浮点数据类型:

(2)采集控制系统所有开关量信息、电磁阀的反馈信息:

(3)控制现场所有的可执行设备,包括氧化风机、搅拌机、计量泵、供给泵、电磁阀、刮渣设备等:

(4)通过检测缓冲罐氧化后水质的pH值、PAH、浊度,计算出需加入药品的量:

(5)检测系统运行状态,并发送状态、报警信息至上位机,驱动相应指示灯和蜂鸣器等。

上位机监控软件采用西门子TIA博途WinCC组态软件。此款软件是数据采集监控系统SCADA(supervisorycontrolanddataacquisition)的软件平台工具,是西门子全集成自动化(TIA)系统的一个重要组成部分。脱硫废水处理自动监控系统的主要功能有:

(1)与现场PLC控制器进行通信:

(2)控制系统现场采集的数据经WinCC软件编译后在监控界面上显示:

(3)显示控制系统泵、空压机等设备的运行状态:

(4)查看报警信息:

(5)历史数据的归档。

3结语

基于S7-1200PLC的脱硫废水处理控制系统具有运行可靠、控制性能优越的特点,同时,利用WinCC的控制系统监控系统各个部分的运行状态,控制系统的各种检测数据可实时显示于上位机界面,操作员可以及时发现系统故障,取得了良好的监控效果。该系统可用于船舶柴油机尾气钠碱法脱硫系统的废水处理,实现废水处理的自动化,减小废水排放对海洋环境的影响,取得良好的经济和环境效益。