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              污水處理的自動化控制系統

              來源: 時間:2017/6/23 11:42:06 瀏覽數:10599次
              一、污水處理自動控制系統

              污水處理廠自控系統通常由污水廠與廠外泵站兩部分組成。污水處理自動化系統的核心是監控系統的PLC與通訊網絡,其性能對于污水處理自動化系統具有決定性作用,PLC與通訊網絡的選擇要符合污水處理自動化實際監控需求,這是確保污水處理自動化系統性能的關鍵。



              1、 
              通信網絡
                  
              國內污水處理自動化系統結構通常采用監控總中心、區域監控分中心與監控站三級管理體制。

               監控站由于不能直接控制污水處理廠的外場設備,所以工程界通常把監控系統劃按系統結構劃分為信息層、控制層與設備層三層。
                 信息層主要承擔不同廠家設備間的信息傳輸,目前常用
              工業以太網作為信息網絡,而且目前絕大部分PLC廠商都支持該網絡,并基于原有的TCP/IP協議基礎上研發出更高實時性的產品。因Eth-ernet具有的高信息量優勢,在污水處理廠自動化系統中各個控制分站與監控中心的大量數據傳輸主要通過以太網實現。
                  控制層主要基于現場總線構成的隧道區域控制器網絡,由于選用標準總線進行組網,不僅在通信中具有較好的實時性,接口還兼容標準的開放協議,可在總線上很容易連接外場設備,便于監控系統擴展。目前污水處理廠自動化系統中主要應用LonWorks、Con-trollerLink、Inetrtbus等總線,由于其傳輸高速、可靠性高,能夠滿足PLC與
              計算機、PLC之間及其它設備間進行大量數據高速傳輸。為提高系統可靠性,控制層網絡多采用線纜和光纖作為傳輸介質的環網結構。設備層通常通過DeviceNet、Modbus等總線進行現場設備與PLC、遠程I/O端口及儀表間的通訊,DeviceNet由于已成為業界標準總線而被廣泛應用。

              近來年由于以太網應用的廣泛而使人們更關注現場總線,以太網最終能否取代現場總線一直爭論不休。畢竟在某些主要性能指標上現場總線有明顯優勢。以太網的CSMA/CD訪問方式本質上沒有現場總線所采用的令牌環和令牌總線訪問方式的實時性高,因此協議封裝、分時訪問控制等方式還不能實現本質改變。目前的技術還不夠成熟,比較穩妥的方法是將現場總線應用于控制層。隨著以太網技術的發展,在不遠的將來在控制層上還是有可能取代現場總線的。



              2、 
              監控分中心及上位監控軟件

              監控分中心通常設置多臺工控機用于水廠調度系統、加氯間、濾站、送水泵房等監控,實現污水廠內設備狀態顯示、自動控制、分析報表等工作。而且還設置多臺服務器實現與監控中心的通訊。

              3、 
              選擇PLC

              污水處理自動控制系統要求PLC有更高的性能,首先,PLC也是污水處理自動控制系統的控制器核心,要具有穩定可靠的優勢,能夠預處理數據并進行集中傳輸,故障保護能力較高;
                 第二,控制分站中的控制器要具有能夠獨立控制分區各項任務的能力,當監控站或者監控中心意外停止運行時,相鄰區域控制器也可以進行數據信息交換;
                 第三,某控制站中的控制量如發生變化,就要按預定
              方案采取適宜措施,對相關區域設備進行相應調整。
                 所以,一定要具有實現集中或獨立工作方式,特別是可以在獨立控制時實現與相鄰控制器進行數據交換數據采集存儲處理、容錯等功能模塊。對整個監控系統性能及運營周期等因素綜合考慮后選擇適宜的設備,特別在氣候環境條件惡劣情況下以及相對規模較大的污水處理廠,一定要選用如Schneider的2Quantom系列等性能更高的雙機熱備冗余PLC。

              通常環境下或規模相對較小的污水處理廠,一般多采用Quan-tom140系列標準機型作為現場控制器,對工業以太網與多種現場總線的支持性、系統開放性及兼容性都較好,采用遠程智能分布式結構控制方式,能夠滿足污水處理自動控制系統對信號處理的不同要求。

              二、應用
               

               
              1、污水處理控制裝置構成

               
                該裝置計算機監控系統為主機選用DELL工業計算機,分站選用西門子S7-400型可編程控制器(PLC)的集散型自動化控制系統。軟件為通用電氣 Ifix4.5 平臺開發的專用軟件包。
               
              自動檢測裝置包括電能、進水流量、pH值、溶解氧、氧化還原、回流污泥流量、剩余污泥流量及水位、水溫等八類過程自動檢測儀表,其輸出均為模擬量信號(4~20mA)。 
               
                該污水處理電氣自控系統基本控制思想是:功能和危險分散,監督和管理集中。


              圖片
               
               
                1.1 電氣受控對象構成 
               
                受控對象包括鼓風機、水下推進器和大部分泵共計45臺設備,其輸出狀態信號均為開關量。 
               
                1.2 系統工作原理 
               
                現場自動檢測儀表對生產中各個參數自動、連續地進行檢測,同時將信號反饋給現場PLC和中心控制室計算機,并在中控室模擬屏和計算機顯示器上顯示出來;PLC和計算機比較程序中設定的工藝參數,自動地調節某臺設備的工況(啟動、停止或調速),從而自動滿足生產過程需要。
               
                2 污水處理自控系統功能 
               
                2.1 污水處理人機界面及功能 
               
                人機界面是操作者和系統交互聯系的平臺,它直接面向操作者,是用戶認識評價一個系統的首要部分。本系統采用在DOS環境下運行的AQUAMONITOR7軟件包把圖形、文字有機地結合在一起,立體感強,操作簡便,直觀舒適。操作者可用鼠標完成對軟件的全部操作,包括菜單選擇、畫面切換、實時數據顯示、歷史數據前/后翻頁、報表生成及打印、故障查詢及復位、文件管理、參數設定等等,每頁圖形均固定有即時報警信息欄、向上翻頁、回到主菜單、打開報警顯示屏,操作人員姓名注冊顯示、故障/維修/模擬報警實時顯示等功能。本軟件包不足之處在于它采用的是英文界面,而在現在的給排水引進項目中,一般都預先提出使用中文界面軟件,外方也能滿足。 
               
                2.2 污水處理自動控制過程 
               
                (1)選定所有受控對象運行模式為自動。 
               
                (2)輸入或選擇有關模擬量上、下限值等。 
               
                2.2.1 進水泵 
               
                在全自控狀態,5#進水泵為備用,其余4臺泵根據泵房液位高低和各自累計工作時間多少決定自動開停順序。將設定的進水泵房液位高度,如6m定為100%,2m定為0%,則液位高度在0~25%時,第1臺泵啟動,25%~50%時,第2臺泵啟動,50%~75%時,第3臺泵啟動,75%~100%時,第4臺泵啟動。反之,當液位從75%~100%降到75%以下,則1臺泵先停,隨著液位逐漸下降到0,其余3臺泵相繼停機。 
               
                2.2.2 粗格柵 
               
                進水泵前粗格柵根據設定的柵前后液位差(如ΔH=10cm)或定時(如ΔT=5min)開停機。 
               
                2.2.3 細格柵 
               
                進水泵后細格柵自動工作原理同粗格柵。 
               
                2.2.4 刮砂橋和砂泵 
               
                細格柵后一道工序--沉砂池刮砂橋,則根據設定的運行周期(如每隔8h啟動1次)自動控制開機,砂泵也同時運行,待砂橋在池上往返運動一個來回后,砂橋、砂泵自動停機。 
               
                2.2.5 進水流量和pH計 
               
                從沉砂池出來的污水流經巴氏計量槽,此處的超聲波流量計記錄瞬時流量和累計流量,瞬時流量如超過設定的上、下限值則報警;計量槽后的pH計可同時自動檢測進水pH值和水溫,如這兩個模擬量超出測量范圍也會報警。 
               
                2.2.6 水下推進器 
               
                厭氧池和缺氧/好氧池水下推進器設定為"自動"運行狀態后將連續運行,除非故障或手動停機。 
               
                2.2.7 羅茨鼓風機 
               
                鼓風機為污水生化處理的關鍵性設備。傳統的羅茨鼓風機旋轉活塞片呈"8"字型,存在著噪音大,出口風壓風量均為定值,不可調節之缺點。本工程共引進GM130L型羅茨鼓風機5 臺(1#、2#為一組,4#、5#為另一組,3#風機備用),風機活塞片側面近似呈三片夾角為120℃的橢圓,其中1#、5#風機設有變頻調速裝置用于調整風機的轉速,起到調節風量大小的作用。供氣干管共2根,每組風機各供1根,3#風機兼作備用,并與2根主管連通。每根供氣干管對應1座缺氧/好氧池,PLC根據每組缺氧/好氧池出水口溶解氧計自動檢測到的溶解氧值比較決定各組風機的開、停或1#、5#變頻調速羅茨鼓風機的轉速,以保證池中溶解氧滿足工藝要求。 
               
                2.2.8 回流污泥泵 
               
                5#回流污泥泵為備用,其余4臺泵工作程序同進水泵;不同的是,它們的開停除受回流污泥泵房液位高低控制外,還受進水流量大小變化控制。每臺泵在以上任一開機控制條件滿足后即可開機。反之,當兩個關機控制條件同時滿足后才會停機。 
               
                2.2.9 二沉池刮泥橋和浮渣泵 
               
                從2座缺氧/好氧池出來的泥水混合物都進入一座中心配水周邊積泥的結合井,并通過結合井將污水均勻配至4個二沉池;二沉池采用中心進水、周邊出水輻流式沉淀池,每池設1臺 2/3式機械刮泥橋和1臺依浮渣井液位高低自動開/停的浮渣泵,浮渣泵將刮泥橋上附有的浮渣刮板從池面刮入浮渣井的浮渣輸送到剩余污泥泵房。由于比重不同,在二沉池中停留一段時間的泥水混合物即進行分離,上清液溢進出水槽作為尾水排放到廠外農渠,而沉降后污泥則依自重流向回流污泥泵房。 
               
                2.2.10 剩余污泥泵 
               
                剩余污泥泵房底部通過閥門與回流污泥泵房連通,3臺剩余污泥泵依時間程序定時開機,直至將設定體積的泥、渣排至濃縮池待處理。 
               
                2.3 系統的調試完善過程 
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