电镀废水膜浓缩自动控制系统

邓志东

(扬州佳境环境科技股份有限公司，江苏 扬州 225008)



电镀废水膜浓缩自动控制系统

邓志东

(扬州佳境环境科技股份有限公司，江苏 扬州 225008)

介绍了废水处理中运用膜技术进行重金属离子高比例回用时浓缩倍数的自动控制的基本原理，从实用角度分析了运用该系统实现膜浓缩倍数自动控制所采取的主要控制策略。系统综合应用了可编程逻辑控制器(PLC技术)， 并在实际运用中取得了良好效果。

PLC技术; 电导率值控制; 阀组件控制; 变频控制

引言

在电镀废水处理过程中，对含重金属离子(如镍、铬、铜等)的清洗水，为实现高比例回用，膜浓缩倍数非常关键，由于原水的水质不断发生变化，以电导率为例，变化范围为0.05～2s/m，如果按固定的压力运行膜系统，膜运行的效率不会在最佳状态，电能浪费严重，膜的使用时间也会大幅降低。本文通过实际案例分析，通过装在膜系统进水口电导率变化与泵出口的压力传感器的数值变化及浓水流量上下限报警开关值的变化，运用PLC技术调整泵的转速及浓水端电动阀门的大小，实现系统的自动控制并使膜系统运行在最佳状态。

1 系统设计方案

膜浓缩控制系统由PLC集散控制层和电子设备执行层组成控制层，采用西门子S7-200SMART系列的PLC作为核心控制部件，控制1台高压泵和2只电动阀门。

系统通过检测EC102电导率值和PI103压力值及浓水流量上下限报警开关F103值，其中EC102值控制在2s/m以内，PI103值控制在3.80MPa以内。通过建立闭环控制系统以实现对高压泵浦HP102-1转速与阀组件电动慢开阀ME103-1与智能电动阀ME103-2D的流量控制，进而自动控制膜浓缩倍数，使膜系统运行在最佳状态。在闭环控制系统中。用电导率仪将废水中的电导率值与压力传感器及F103电信号转换为相对应的电流或电压值，通过数据线送给模拟量输入模块，经模数换算后得到与输入值相对应的数字量，由PLC与事先的设定值进行比较，并按PID控制算法对误差进行运算，运算结果由PLC送到数模转换模块，经模拟量输出通道1路传输至变频器进而控制高压泵转速，1路传输至阀组件，进而控制流量大小。

控制系统主要由PLC、在线检测仪表、变频器、高压泵和阀组件等组成，整个系统控制流程见图1。

图1 控制流程图

2 系统设备构成及软件

2.1 设备构成

PLC采用西门子S7-200SMART系列，体积小，结构紧凑，性价比好，比较适合本系统处理控制系统。模拟量输入输出模块选用EMAM06(6ES7288-3AM06-0AA0)模块。EC102电导率仪选用TOu1200型(测试范围0-20s/m，信号输出为隔离式DC4-20mA及485通讯接口)。阀组件选用电动慢开阀(AC220V,动作t为60s)和智能电动阀(AC220V 4～20mA)。HP102-1(3相4.0kW)；HP102-2(3相4.0kW)；电接点压力表SP103(AC220V)；压力传感器PI103(DC24V)；警报开关(AC220V)。

2.2 软件设计

2.2.1 逻辑关系

PI103、EC102、ME103-2、HP102-2和F103五者的逻辑关系为：在不同的电导率情况下(EC102)，需要不同的压力(PI103)，通过控制泵(HP102-2)工作频率和阀门的开度(ME103-2)来共同达到此需求。为防止阀门(ME103-2)的开度控制的过小而由此提高到需求压力(PI103)，采用F103下限流量报警来限制阀门的开度(ME103-2);为防止阀门(ME103-2)的开度较大，HP102-2频率提升上去达到的需求的压力，采用F103上限流量报警来控制泵(HP102-2)的调控频率。

EC102控制要求为：工况点1，EC102电导=2s/m(可调，触发值)，PI103压力=1.47MPa(可调，初始值)。工况点2：EC102电导=10s/m(可调，终端值)，PI103压力=3.72MPa(可调，终点值)。EC102电导值与PI103压力值线性拟合，PI103的有效区间为0～3.72MPa。压力和电导率相互关系见图2。曲线用于控制泵HP102-2、阀门ME103-2工作参数。

图2 压力与电导率曲线图

HP102-2、ME103-2阀门的开度两者的控制匹配压力PI103，控制方式为：F103流量≥F103上限时，优先关小ME103-2开度直至上限解除，再HP102-2调整频率匹配需求压力PI103；F103上限>F103流量>F103下限时，ME103-2阀、泵HP102-2同时动作，匹配需求压力PI103；F103流量≤F103下限时，优先开大ME103-2开度直至下限解除，再HP102-2调整频率匹配需求压力PI103。

ME103-1控制要求为：HP102-1泵运行30min(可调)，ME103打开冲洗2min(可调)后缓慢关闭。高压泵HP102-1、2控制方式分为三档：自动控制、手动控制和零位。

程序控制中时间参数可由触摸屏或文本显示器改变。

2.2.2 PLC的输入、输出点功能

模拟输入信号包括进口水电导率值和泵出口压力值用于指示进出水特征和压力大小，同时收集浓水端上下限流量信号。

模拟输出信号输出用于控制高压泵转速和阀组件。PLC根据运算结果输出2路4～20mA的电流信号，1路控制变频器再控制高压泵转速，另1路控制阀组件阀门的大小控制浓水流量。以使膜系统运行在最佳效果。

2.2.3 软件介绍

自动控制软件组成见图3～图6。

图3 电导率模数转换

图4 电导与压力转换

图5 智能阀角度数字量转换为模拟量

图6 PID控制单元

3 实际效果

2015年3月在对苏州某电镀分厂退镀镍清洗水处理中，膜系统浓缩倍数设计要求10倍左右，考虑到来水电导率变化较大因素，采用了本系统方案。

在实际运行中，根据来水电导率及压力变化自动调节泵及阀组件运行状态。在1年多的使用中，设备运行状态正常，处理效果达到设计要求，膜浓缩倍数大于10倍，电能节约10%左右，膜元件运行至今未有更换。图7为膜系统运行过程中的部分参数值。

图7 现场PLC文本显示器

4 结 论

通过进水口电导率仪、泵出口的压力传感器及浓水流量上下限报警开关值的变化，运用PLC技术来调整泵的转速及浓水端电动阀门的大小，实现系统的自动控制，提高了膜系统运行效率及膜系统浓缩倍数，同时节省了电能，延长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

B