某污水處理廠自控系統(tǒng)介紹
摘 要：根據(jù)某污水處理廠的工藝特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一套計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，采用了先進(jìn)的控制策略進(jìn)行pH 的區(qū)間控制，從而降低了生產(chǎn)成本。目前該處理廠已經(jīng)能經(jīng)濟(jì)可靠地運(yùn)行，處理后污水達(dá)到了國家標(biāo)準(zhǔn)。
關(guān)鍵詞：污水處理廠；自控系統(tǒng)；工控軟件；PLC控制
近年來，為了實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、低消耗、穩(wěn)定可靠的運(yùn)行，國內(nèi)外許多污水處理廠采用了現(xiàn)代先進(jìn)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，從而構(gòu)成計(jì)算機(jī)監(jiān)督、控制、管理系統(tǒng)，使系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行。
本文介紹的污水處理廠，采用了成熟先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，對污水處理的整個(gè)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督和控制，達(dá)到降低系統(tǒng)運(yùn)行成本，保證污水排放質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)少人/無人值守等目標(biāo)。考慮到酸堿中和過程是污水處理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對于污水處理的效果和效率有極大的影響，系統(tǒng)中采用了先進(jìn)的自動(dòng)控制策略，實(shí)現(xiàn)了污水pH區(qū)間控制，極大地降低了生產(chǎn)成本。
一、工藝流程簡述
由于該污水處理廠需要處理的污水水質(zhì)比較復(fù)雜，特別是來自工業(yè)區(qū)的污水COD濃度高，組分多變，處理難度大。為確保污水處理達(dá)標(biāo)、運(yùn)行管理可靠、處理費(fèi)用經(jīng)濟(jì)，采用了A/O +接觸氧化工藝，工藝流程見圖1。
圖1 A/O＋接觸氧化工藝流程
污水進(jìn)入污水處理廠后，經(jīng)格柵由提升泵提升至均質(zhì)池，池內(nèi)有攪拌機(jī)攪拌以防止懸浮物沉淀，并使水質(zhì)均勻。均質(zhì)池停留時(shí)間為24 h。當(dāng)進(jìn)水流量超過設(shè)計(jì)允許流量時(shí)，污水由均質(zhì)池溢流至事故調(diào)節(jié)池，若直接進(jìn)水水質(zhì)超過設(shè)計(jì)允許值(非正常)時(shí)，污水由提升泵提升至事故調(diào)節(jié)池。在來水流量正常時(shí)，將事故調(diào)節(jié)池內(nèi)的污水逐量回流至提升泵房吸水井。事故調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)時(shí)間為8 h ，池內(nèi)有潛水?dāng)嚢铏C(jī)攪拌，以防止懸浮物沉淀。當(dāng)來水pH短時(shí)非正常波動(dòng)時(shí)，加藥間酸、堿高位槽通過計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)向均質(zhì)池出水管上的靜態(tài)混合器投加酸或堿來調(diào)節(jié)pH。
經(jīng)過均質(zhì)后的污水進(jìn)入初沉池，以去除可沉的固體懸浮物及化學(xué)污泥。初沉池出水進(jìn)入活性污泥法缺/好氧生化池的缺氧段，缺氧段水力停留時(shí)間為6 h，缺氧段有攪拌機(jī)攪拌，使進(jìn)水與二沉池回流來的活性污泥及好氧段出水回流來的硝化液混合，并維持缺氧狀態(tài)。污水在缺氧段中去除部分有機(jī)物并促使回流液中所含硝態(tài)氮還原成氮?dú)馀懦�。為�?qiáng)化生化處理效果，引入生物鐵法處理技術(shù)。在投加少量鐵鹽的情況下，可有效提高微生物的活力，有利于維持生化系統(tǒng)較高的活性污泥濃度，生物鐵法對COD的去除率及對含難降解物質(zhì)的污水處理效果有明顯提高。經(jīng)缺氧段的污水進(jìn)入好氧段，好氧段水力停留時(shí)間為12 h。通過曝氣軟管和曝氣管對好氧段污水鼓風(fēng)曝氣，維持水中溶解氧2 mg/L以上，大部分有機(jī)物在該段中通過微生物的好氧生化作用降解去除，同時(shí)污水中有機(jī)氮及氨氮除微生物自身生長利用一部分外，其余部分大多被氧化成硝態(tài)氮。好氧段出水一部分回流至缺氧段，其余進(jìn)入二沉池進(jìn)行泥水分離，并將二沉池活性污泥回流至缺氧段。
二沉池出水進(jìn)入接觸氧化池進(jìn)一步降解污水中剩余的有機(jī)物。接觸氧化池水力停留時(shí)間為 6 h，池內(nèi)設(shè)TB/TA＋TH混合彈性波紋立體填料及組合填料，接觸氧化池出水進(jìn)入終沉池進(jìn)行泥水分離。
污泥濃縮采用重力濃縮方式。初沉池污泥、二沉池剩余污泥及終沉池污泥混合進(jìn)入濃縮池濃縮，濃縮后的污泥由螺桿泵提升至帶式壓濾機(jī)進(jìn)行脫水，同時(shí)投加聚丙烯酰胺絮凝劑。脫水后的泥餅通過膠帶運(yùn)輸機(jī)送至污泥堆棚外運(yùn)處置。濃縮池上清液及濾液排入廠區(qū)污水系統(tǒng)并進(jìn)入提升泵房集水池。
二、計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
根據(jù)該污水廠處理過程的工藝設(shè)備及流程特點(diǎn)，從可靠性、易維護(hù)性、經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，并根據(jù)管理集中、控制分散的原則，本控制系統(tǒng)采用了分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，即將整個(gè)控制結(jié)構(gòu)分為3層：第一層采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的中央控制層(操作站)，主要完成設(shè)定值的操作輸入(如流量設(shè)定值、pH控制設(shè)定值)、通訊、系統(tǒng)報(bào)警、運(yùn)行管理以及所有工藝參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的顯示；第二層為現(xiàn)場控制層(PLC)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、控制算法的實(shí)現(xiàn)、控制命令的下發(fā)以及工藝信號的連鎖等功能；第三層為執(zhí)行層，即各類傳感器、變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成上一層下發(fā)的所有控制命令和數(shù)據(jù)采集。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2。
圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
中控室操作站、加藥間一體化工控機(jī)、脫水機(jī)房一體化工控機(jī)、廠長室計(jì)算機(jī)、中控室PL C、加藥間PLC以及脫水機(jī)房PLC通過8口HUB組成一個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)。中控室操作站監(jiān)控污水處理和污泥處理的全過程，是整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的樞紐。加藥間一體化工控機(jī)監(jiān)控加藥區(qū)域的過程，脫水機(jī)房一體化工控機(jī)監(jiān)控濃縮池、脫水機(jī)房區(qū)域的處理過程。廠長室計(jì)算機(jī)系統(tǒng)僅有監(jiān)測功能，沒有控制功能，所監(jiān)測的是污水處理、污泥處理的全過程。
中控室操作站和模擬屏之間通過RS232進(jìn)行串行通信。上位機(jī)與上位機(jī)以及與PLC之間都是采用以太網(wǎng)通信方式。上位機(jī)只需插上普通網(wǎng)卡，裝上SOFTNET軟件，就可以通過工控軟件自帶的I/O SERVER軟件和西門子SIMATIC S7-300 PLC通信。PLC的編程語言是STEP 7，通訊模塊是CP340，它的I/O模塊通過繼電器隔離與現(xiàn)場信號連接。
三、系統(tǒng)應(yīng)用軟件功能
系統(tǒng)應(yīng)用軟件分為PLC軟件、InTouch工控軟件和用VB軟件開發(fā)的應(yīng)用軟件。
PLC軟件從現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)、控制流量和控制pH。InTouch軟件實(shí)現(xiàn)中控室的組態(tài)，并且通過 I/O SERVER 和其它上位機(jī)及PLC進(jìn)行通訊，傳送數(shù)據(jù)和報(bào)警信號。用VB軟件開發(fā)的應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)其它幾臺上位機(jī)的組態(tài)功能、與模擬屏通訊和產(chǎn)生數(shù)據(jù)報(bào)表等功能。
1、PLC軟件功能
PLC軟件實(shí)現(xiàn)一些簡單的控制算法、數(shù)據(jù)采集、與上位機(jī)通訊、控制指令下發(fā)和就地控制等�？刂扑惴ㄖ饕羞M(jìn)入初沉池流量的PID控制算法和混合器pH的模糊控制算法，參數(shù)由上位機(jī)給出。
因?yàn)槠貧獬刂泻醚蹙姆敝硨H大小有一定的要求，同時(shí)pH也會影響污水中氧化分解反應(yīng)的速度。一般要求pH的范圍保持在7.5～9.0左右?［2］。根據(jù)測量得到的混合器pH以及pH的設(shè)定值，采用模糊控制方法通過調(diào)節(jié)稀釋硫酸或稀釋氫氧化鈉管道上的電動(dòng)控制閥實(shí)現(xiàn)pH的區(qū)間設(shè)定控制。如果pH已滿足設(shè)定要求，控制系統(tǒng)自動(dòng)停止加藥，以節(jié)省運(yùn)行成本。模糊控制器結(jié)構(gòu)示意見圖3。
圖3 模糊控制器結(jié)構(gòu)示意
2、InTouch軟件功能
InTouch工控軟件實(shí)現(xiàn)了畫面組態(tài)，形象地反映污水處理實(shí)際現(xiàn)場工藝控制過程，動(dòng)態(tài)顯示數(shù)據(jù)，同時(shí)可以查看數(shù)據(jù)的歷史趨勢、實(shí)時(shí)趨勢和歷史報(bào)警表。報(bào)警上、下限參數(shù)的設(shè)定和PLC控制參數(shù)的設(shè)置也是通過它來進(jìn)行。
全廠工藝流程界面見圖4。
圖4 全廠工藝流程界面
歷史趨勢圖最多可以同時(shí)顯示8根曲線，操作人員可以隨意改變要顯示的變量和顯示的時(shí)間，并可打印�？梢灾甘井�(dāng)前值，一段區(qū)域內(nèi)的平均值、最大值和最小值。
報(bào)警系統(tǒng)包括故障報(bào)警和超限報(bào)警。有報(bào)警產(chǎn)生時(shí)，相應(yīng)部分的畫面變成紅色并不斷閃爍地報(bào)警，一直到異常情況消失為止，同時(shí)把報(bào)警產(chǎn)生的時(shí)間和報(bào)警的情況記錄下來。
四、結(jié)語
本系統(tǒng)在檢測儀表、PLC控制、上位機(jī)以及網(wǎng)絡(luò)上都選用了較為先進(jìn)、成熟和可靠的設(shè)備，并采用了先進(jìn)的控制策略進(jìn)行pH的區(qū)間控制。由于對控制工藝的比較了解，開發(fā)、調(diào)試等過程都比較順利，滿足了用戶的需求，實(shí)踐證明了本控制系統(tǒng)的優(yōu)越性。本控制系統(tǒng)的特點(diǎn)如下：
1、易維護(hù)，通過計(jì)算機(jī)的操作界面，很直觀地進(jìn)行系統(tǒng)的檢測和維護(hù)；
2、操作方便，利用人機(jī)工程學(xué)理論設(shè)計(jì)的操作界面充分考慮了操作的簡便。另外，所有現(xiàn)場的開關(guān)(包括電氣開關(guān))可以通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的操作界面實(shí)現(xiàn)其軟開關(guān)，從而對于一些簡單的維護(hù)、檢測等，可以直接在操作界面上完成，而不需要到現(xiàn)場或不需在儀表柜上操作開關(guān)(現(xiàn)場的電氣開關(guān)仍保留)。
3、高可靠性，系統(tǒng)采用了集中管理、分散控制的分布式控制技術(shù)，從而保證了系統(tǒng)具有較高的可靠性。
4、采用了先進(jìn)的控制策略來進(jìn)行pH的區(qū)間控制，節(jié)省了生產(chǎn)成本。
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