国产欧美日韩精品a在线观看-国产欧美日韩精品一区二区三区-国产欧美日韩精品综合-国产欧美中文字幕-一区二区三区精品国产-一区二区三区精品国产欧美

                             

    作者簡介：劉海峰（1960-），男，吉林九臺人，現(xiàn)任中國市政工程東北設(shè)計研究總院，咨詢公司副經(jīng)理。

    摘要：本文針對城市污水處理自動控制系統(tǒng)進行研究，開發(fā)設(shè)計了一套基于PLC，并通過工業(yè)以太網(wǎng)和PROFIBUS總線聯(lián)網(wǎng)的污水處理自控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用改良型A2/O工藝，在長春市北郊污水處理廠實現(xiàn)了污水處理的全自動控制，實際運行穩(wěn)定，效果良好。

    關(guān)鍵詞：PLC； A2/O；Profibus-DP；污水處理自動控制系統(tǒng)

    1 引言

    水污染是我國城市面臨的嚴(yán)重環(huán)境問題，它不僅危害人民的身體健康，還抑制了我國經(jīng)濟的發(fā)展，破壞了生態(tài)平衡，并容易導(dǎo)致水荒的發(fā)生。城市污水處理設(shè)施的建設(shè)是現(xiàn)代化城市經(jīng)濟發(fā)展和水資源保護不可缺少的組成部分，工業(yè)污水由于成分復(fù)雜，有害污染物多，處理難度大，一直是企業(yè)發(fā)展壯大的瓶頸。為了實現(xiàn)污水處理的過程能在惡劣的環(huán)境中（溫差大、污水水質(zhì)水量變化大、電網(wǎng)電壓波動大、電氣干擾嚴(yán)重）連續(xù)、穩(wěn)定、可靠、準(zhǔn)確地工作，對控制系統(tǒng)的要求有著比一般的過程控制系統(tǒng)更高的要求。

    隨著計算機控制技術(shù)的發(fā)展，可以對污水處理實現(xiàn)日常的信息化管理。本文針對長春市北郊污水處理廠的污水再生利用處理系統(tǒng)，結(jié)合了北京和利時自動化驅(qū)動技術(shù)有限公司的相關(guān)項目經(jīng)驗，設(shè)計了一套基于工業(yè)以太網(wǎng)和PROFIBUS總線的污水處理自控系統(tǒng)，對污水處理過程進行自動控制和遠程監(jiān)視。

    2 工程概況

    長春市北郊污水處理廠升級改造及污水再生利用工程設(shè)計規(guī)模為污水39萬噸/日，中水回用10萬噸/日，處理工藝為改良型A2/O工藝+生物濾池，主要處理來自市中心、二道、南湖、小南和八里堡五個排水區(qū)的生活用水和工業(yè)廢水，經(jīng)過處理后的污水可以直接排到伊通河內(nèi)，不會污染伊通河水質(zhì)，能有效改善沿岸周邊居民的生活環(huán)境。回用水深度水處理設(shè)施可以用于熱電廠的循環(huán)水，以緩解長春市用水緊張的局面。

    3 自控系統(tǒng)設(shè)計

    長春市北郊污水處理廠的自動化控制系統(tǒng)是基于現(xiàn)代先進的控制思想，采用以PLC為主的集中與分散相結(jié)合的計算機控制系統(tǒng)，它集成了當(dāng)代計算機技術(shù)、高性能控制器及智能化儀表的各自特點于一身，使其在污水處理廠的運行管理方面發(fā)揮了巨大作用。

                     

    由可編程序控制器（PLC），遠程I/O (RIO)及自動化儀表組成檢測控制系統(tǒng)——現(xiàn)場控制站，以控制分區(qū)為對象，具有獨立的區(qū)域控制能力，能接受中央控制的調(diào)控，但不依賴中央控制的存在，對污水處理廠各過程進行分散控制；再由中央控制室，對全廠實行集中管理。現(xiàn)場控制站及遠程I/O根據(jù)污水處理廠所采用的工藝和構(gòu)筑物的平面分布，設(shè)置在控制對象和信號源相對集中的建筑物中。

    工廠網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用客戶/服務(wù)器模式，環(huán)形拓撲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，光纖網(wǎng)，客戶/服務(wù)器(Client/Server)模式的分布式實時關(guān)系數(shù)據(jù)庫，100Mbps傳輸速率，全雙工通信，網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)有光纜、通訊同軸電纜，主網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)布線、子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)布線統(tǒng)一考慮、綜合利用，配置網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)及相關(guān)應(yīng)用軟件。

    各現(xiàn)場控制站與中央控制室之間由工業(yè)以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信，通訊介質(zhì)為光纜；現(xiàn)場控制站與遠程I/O之間由標(biāo)準(zhǔn)的Profibus現(xiàn)場總線進行數(shù)據(jù)通信，通訊介質(zhì)為總線電纜或光纜（視距離遠近而定）；現(xiàn)場控制站及遠程I/O與現(xiàn)場測控儀表的連接采用24VDC電壓數(shù)字信號及標(biāo)準(zhǔn)4~20mA模擬信號通訊，通訊介質(zhì)為控制電纜及信號電纜；現(xiàn)場控制站及遠程I/O與工藝設(shè)備電控裝置的連接采用現(xiàn)場總線方式或采用24VDC電壓數(shù)字信號及標(biāo)準(zhǔn)4~20mA模擬信號通訊，通訊介質(zhì)為總線電纜或控制電纜及信號電纜；測量儀表、在線式分析儀表、電動執(zhí)行器是具有微處理器的智能設(shè)備。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

   4 工藝設(shè)計方案

    長春市北郊污水處理廠升級改造及污水再生利用工程主要包括粗格柵、提升泵房、細格柵、旋流沉砂池、改良型A2/O生化池、變配電間、配水井及污泥泵房、二沉池、紫外線消毒池、鼓風(fēng)機房和污泥濃縮脫水機房等主要工藝生產(chǎn)設(shè)施。

    4.1污水預(yù)處理流程

    4.1.1 格柵自動控制

    格柵自動控制采用水位差控制和時間控制。通過液位差測量儀檢測格柵前后水位差值，當(dāng)水位差值大于設(shè)定值時，啟動格柵。當(dāng)格柵距上次運行的時間超過設(shè)定值時，啟動格柵。啟動時，先啟動輸送機和柵渣壓實脫水機，格柵停止后延遲一段時間再停輸送機和柵渣壓實脫水機。任何一臺格柵啟動時，均啟動輸送機和柵渣壓實脫水機。通過監(jiān)控管理系統(tǒng)和現(xiàn)場控制系統(tǒng)的操作屏可以設(shè)定水位差值，格柵距上次運行的時間間隔及格柵的運行周期。

    4.1.2水泵自動控制

    根據(jù)吸水井液位控制取水泵的開啟。當(dāng)水位升高時，控制水泵依次逐臺啟動，水泵的啟動順序按累計的水泵運行時間從小到大排列。當(dāng)水位降低時，控制水泵依次逐臺停止，順序與之相反。同時自動累積水泵運行時間，實現(xiàn)水泵的自動輪值，保證水泵總是處在最佳運行狀態(tài)。當(dāng)水位降低到干運轉(zhuǎn)保護水位時，水泵全停。通過監(jiān)控管理系統(tǒng)和現(xiàn)場控制系統(tǒng)的操作屏，可以設(shè)定水位值。

    4.1.3旋流沉砂池的控制

    旋流沉砂池自動運行時，旋流沉砂池攪拌葉輪連續(xù)運行，由控制系統(tǒng)定時啟動排砂過程，同時控制砂水分離器等設(shè)備的聯(lián)動運行。

    旋流沉砂池、排砂泵、沖洗水、排砂閘門、砂水分離器等由PLC連鎖控制，自動順序啟動或順序停止。

    4.1.4初沉池排泥控制

    初沉池的排泥可以根據(jù)裝在改造貯泥池內(nèi)的超聲波液位計來控制排泥管上排泥閥的開停。排泥有二種控制方式：超聲波液位計設(shè)定值進行自動排泥，按定時實現(xiàn)自動排泥。

    初沉污泥濃度由改造貯泥池內(nèi)的污泥濃度計測量。
    排泥泵所在的集泥井內(nèi)配置了超聲波液位計和浮球液位開關(guān)，作為排泥泵的啟停控制和干運轉(zhuǎn)保護。

    4.2污水二級處理流程

    4.2.1鼓風(fēng)機房

    在鼓風(fēng)機房出口空氣總管上裝設(shè)溫度傳感器、壓力傳感器和氣體流量計，鼓風(fēng)機總管壓力將作為控制鼓風(fēng)機運行的控制參數(shù)。

    根據(jù)空氣總管壓力自動控制鼓風(fēng)機的開機臺數(shù)和各鼓風(fēng)機的有關(guān)風(fēng)閥，調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機的導(dǎo)葉片角度，保持空氣總管壓力的恒定，在保證生物池內(nèi)空氣需求量和滿足曝氣管最低壓力值的前提下，盡可能地節(jié)省能耗。每臺鼓風(fēng)機的運行時間被累積記錄，保證各臺鼓風(fēng)機的運行時間均勻。

    4.2.2改良A2/O生物池

    每座生物池的好氧段設(shè)置一套曝氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，根據(jù)溶解氧值自動調(diào)節(jié)曝氣量，并測量空氣流量，最經(jīng)濟有效地滿足生物反應(yīng)的氧需求。 

    生物池的曝氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)和鼓風(fēng)機房的壓力控制系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)，相互影響，最終使生物池的生物處理過程處在最佳狀態(tài)，實現(xiàn)生物池曝氣量的自動調(diào)節(jié)，保證生物池中的生物處理過程能夠順利進行。

    根據(jù)生產(chǎn)負荷，實現(xiàn)潛水?dāng)嚢杵鳌?nèi)回流泵的運行控制。

    4.2.3 二沉池集配水井及污泥泵站

    污泥泵站設(shè)置超聲波液位計，浮球液位開關(guān)，控制及保護回流污泥泵和剩余污泥泵運行；設(shè)置污泥濃度計，測量污泥濃度。在剩余污泥總管上設(shè)置電磁流量計，計量進入污泥處理系統(tǒng)的污泥流量。在回流污泥總管上設(shè)置電磁流量計，測量回流到生物池的回流污泥流量，根據(jù)生產(chǎn)負荷，實現(xiàn)回流泵的運行控制。

    4.2.4接觸池

    二級處理出水的監(jiān)測點設(shè)在接觸池，內(nèi)容有余氯（CL2）、濁度（SS）、酸堿度/溫度（pH/T）、COD、BOD、NH3-N等，采用在線式檢測分析儀表。污水廠二級處理出水水質(zhì)狀況數(shù)據(jù)，作為本廠污水處理效果的評價指標(biāo)，同時作為排放水質(zhì)評價依據(jù)。

    另外，還設(shè)置有自動取樣器，自動進行進水取樣，供化驗室分析和存樣。

    在每座接觸池上設(shè)置1座流量計量槽，采取超聲波明渠流量計，計量二級處理出水流量, 為比例加氯控制提供參數(shù)。

    4.2.5 加氯加藥間

    加藥系統(tǒng)、加氯系統(tǒng)的運行控制：采取電磁流量計，計量加藥點的投加量。接觸池加氯為流量比例投加控制，清水池加氯為流量、余氯復(fù)合環(huán)控制。加藥均為流量比例投加控制。

    4.2.6污泥濃縮脫水機房

    在各污泥脫水機進泥管和加藥管設(shè)置電磁流量計，數(shù)據(jù)送入污泥控制系統(tǒng)，為污泥脫水機進行比例加藥控制提供參數(shù)。
脫水機的開機或停機過程及相關(guān)設(shè)備的聯(lián)動、連鎖由總控制箱協(xié)調(diào)，每臺設(shè)備的運行時間被累積記錄，保證各臺離心脫水機的運行時間均勻。

    4.3回用水處理流程

    4.3.1中途提升泵房

    泵房吸水井設(shè)置超聲波液位計，控制和保護水泵的運行。出水總管上設(shè)置壓力變送器，配水井后設(shè)兩臺電磁流量計對水泵進行輪值控制，并均衡各泵的運行時間。同時兩臺電磁流量計的檢測值，為濾前的比例加藥控制提供參數(shù)。配合生產(chǎn)需要，對相關(guān)閥門進行控制。

    4.3.2小網(wǎng)格反應(yīng)池和小間距斜板沉淀池

    設(shè)置濁度計測量濾池進水濁度。

    4.3.3濾池

    濾池是污水深度處理工藝過程的核心部分，濾池控制的主要任務(wù)是要自動的控制濾池的運行和反沖洗。

    濾池的過濾控制：
    根據(jù)每格濾池的水位自動控制出水閥門的開啟度，水位下降到設(shè)定低限時，減小閥門的開啟度，反之，加大閥門的開啟  度，使得濾池內(nèi)的水位在過濾過程中保持恒定。保證濾池有一個相對恒定的濾速，從而保證濾池正常、穩(wěn)定的過濾。
    濾池的反沖洗控制：
    濾池反沖洗有三種方式：分別為定時沖洗、水位沖洗、強制沖洗。每種沖洗方式設(shè)有允許／禁止選擇按鈕。
 
    4.3.4清水池

    設(shè)置有水位、余氯（由復(fù)合環(huán)加氯機設(shè)備配套供貨）監(jiān)測儀。進水管路上設(shè)有電磁流量計，為濾后的復(fù)合環(huán)加氯控制提供參數(shù)。

    4.3.5送水泵房

    泵房吸水井設(shè)置超聲波液位計，控制和保護水泵的運行。出水管路上設(shè)置電磁流量計和壓力變送器，對水泵進行輪值控制，并均衡各泵的運行時間。深度處理出水設(shè)置水質(zhì)分析監(jiān)測點，內(nèi)容有余氯（CL2）濁度（SS）、酸度/溫度（pH/T）。還設(shè)置有自動取樣器，自動進行進水取樣，供化驗室分析和存樣。

    5 電力監(jiān)控與管理

    1#變電站綜合保護系統(tǒng)計算機提供一個100Mbps工業(yè)以太網(wǎng)接口；2#變電站、主要配電及用電設(shè)備上配置帶總線接口的多功能電力儀表；電氣數(shù)據(jù)通過以上方式上傳至中央控制室進行顯示、記錄、存檔。

    6 結(jié)論

    該套自動化集中監(jiān)控系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：①先進的全開放、分布式結(jié)構(gòu)；②擴展靈活；③中文操作界面友好，操作人員容易掌握。

    PLC控制系統(tǒng)作控制站、最優(yōu)的工控組態(tài)軟件及工控機作操作站，實現(xiàn)了對污水處理廠現(xiàn)場的集中監(jiān)控；實現(xiàn)了良好的人機對話，方便操作人員在控制室里了解現(xiàn)場電機、水泵、攪拌器和電動閥等設(shè)備的運行狀況，并可通過操作站實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的遠程操作，同時通過PLC控制系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)鎖控制保護現(xiàn)場設(shè)備；維護人員可以直接從操作站上靈活組態(tài)和方便查找現(xiàn)場設(shè)備故障原因，達到了既顯示直觀又節(jié)省費用的目的。本設(shè)計經(jīng)北京和利時自動化驅(qū)動技術(shù)有限公司具體實施實現(xiàn)，已得到了非常好的實際應(yīng)用效果。

    參考文獻

    [1] 蔡曉萍.PLC控制系統(tǒng)在污水處理廠的應(yīng)用[J].杭氧科技.
    [2]  劉宇、彭力.基于PLC的城市污水處理控制系統(tǒng)設(shè)計[J].PLC、工控機與集散控制系統(tǒng).
    [3] 周為民.施耐德Premium PLC在首鋼污水處理廠自控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].國內(nèi)外機電一體化技術(shù).
    [4] 顧戰(zhàn)松.可編程控制器原理與應(yīng)用 [M].國防工業(yè)出版社