摘 要: 本文介紹了朝陽(yáng)污水處理廠(chǎng)自控系統的構成方式、網(wǎng)絡(luò )結構、工藝流程、網(wǎng)絡(luò )通信方式、系統運行情況以及要解決的問(wèn)題。
關(guān)鍵字: 自動(dòng)控制 可編程邏輯控制器 網(wǎng)絡(luò ) 工藝流程
1 引言
南昌市朝陽(yáng)污水處理廠(chǎng)工程于2000年底全部竣工并投產(chǎn)，同期被南昌水業(yè)集團收購，現已成為日處理污水8×104m3的現代化污水處理廠(chǎng)。工廠(chǎng)建立了計算機自動(dòng)監測、控制和管理系統，實(shí)現了生產(chǎn)控制自動(dòng)化和管理自動(dòng)化，極大的提高了生產(chǎn)效率，減輕了勞動(dòng)強度。該套自控系統由上海市政工程設計院斯美自控公司設計，在系統調試過(guò)程中，工廠(chǎng)技術(shù)人員給予了相當大的技術(shù)支持，并在試運行過(guò)程中結合實(shí)際情況，提出了許多合理化建議。以下將對該系統各部分進(jìn)行介紹。
2 系統構成
工廠(chǎng)自控系統采用集中管理、分散控制的模式�？刂葡到y分為兩級:現場(chǎng)站和中央站。廠(chǎng)內設一個(gè)中央控制站、兩個(gè)現場(chǎng)控制站�，F場(chǎng)站獨立完成該區域有關(guān)工藝過(guò)程中參數檢測值的數據采集和設備控制，中央站主要完成全廠(chǎng)的數據顯示、控制和管理。
(1) PLC控制系統
本廠(chǎng)設2個(gè)PLC現場(chǎng)站，負責收集設備狀態(tài)信號及儀表測量值，并完成現場(chǎng)控制。1號PLC站設于進(jìn)水泵房，用于粗格柵及進(jìn)水泵站、細格柵及沉砂池的工藝過(guò)程參數采集和控制。2號PLC站設于配電間，用于對氧化溝、回流剩余污泥站、二沉池、排放泵站和脫水機房等主要設備狀態(tài)信號、儀表參數、工藝過(guò)程參數進(jìn)行采集和控制。其硬件框圖如圖1所示。
圖1 PLC控制系統硬件框圖
(2) 上位機及模擬屏監控系統
集中控制室配置互為熱備的集中監控計算機操作單元兩套、模擬屏一面。計算機與PLC采用了TCP/IP工業(yè)以太網(wǎng)通訊，構成全廠(chǎng)的監控網(wǎng)絡(luò )。模擬屏采用鑲嵌式彩色馬賽克，用于反映全廠(chǎng)污水處理工藝過(guò)程和主要工藝參數的動(dòng)態(tài)顯示。模擬屏與計算機采用RS232口通訊。上位機能完成各種數據的處理并將處理結果提交到中央數據庫進(jìn)行集中管理，可打印日、月報表及報警值，還可在人機界面中顯示各組相關(guān)數據、工藝流程的實(shí)時(shí)狀態(tài)以及歷史趨勢。
3 PLC控制方案
在介紹自控系統之前，先介紹一下朝陽(yáng)污水處理廠(chǎng)工藝流程(如圖2所示)。
圖2 工藝流程圖
現將根據工藝流程、系統各部分功能介紹如下：
3.1 進(jìn)水泵房
來(lái)自市政管網(wǎng)的污水先經(jīng)粗格柵去除較大的飄浮物后，再由潛污泵提升入污水處理廠(chǎng)。
泵房?jì)仍O潛污泵8臺(其中2臺備用)，正常情況下水泵由PLC根據超聲波液位計顯示液位啟動(dòng)，采用先開(kāi)先停，輪換開(kāi)泵，使泵開(kāi)啟時(shí)間均衡。在非常情況下(如城市遭受大暴雨襲擊等)，PLC可以執行應急控制程序，該控制程序能在極端情況下最大限度的控制設備運行，同時(shí)保證泵和配電設備的安全運行。由于進(jìn)水泵房是整座污水廠(chǎng)最重要的部分之一，故在現場(chǎng)控制箱二次回路中再增加低液位鎖定與高液位緊急啟動(dòng)，以確保在液位計故障的情況下，進(jìn)水泵房的設備能夠安全運行。PLC的應急控制程序與現場(chǎng)控制箱的高低液位鎖定構成了進(jìn)水泵房的雙保險。
以下是對進(jìn)水泵房各環(huán)節控制方案的簡(jiǎn)要介紹。
(1) 機械粗格柵控制方案
機械粗格柵正常情況下，每隔兩小時(shí)啟動(dòng)一次，但當粗格柵前后液位差大于200mm時(shí)，立即啟動(dòng)除污機。當液位差恢復正常時(shí)，除污機按正常程序工作。格柵與皮帶輸送機、壓榨機的聯(lián)動(dòng)由現場(chǎng)控制箱控制，格柵也可在現場(chǎng)手動(dòng)控制。
(2) 進(jìn)水泵控制方案
進(jìn)水泵房?jì)裙苍O8臺潛污泵(其中兩臺備用)，工作泵根據PLC送來(lái)的液位信號逐臺開(kāi)停，并根據累計運行時(shí)間自動(dòng)輪值，使各泵開(kāi)啟時(shí)間均衡，同時(shí)現場(chǎng)控制箱利用高、低液位開(kāi)關(guān)信號，低液位鎖定停泵及高液位緊急啟動(dòng)，并備有應急控制程序;進(jìn)水泵房集水井設超聲波液位計一套，測量進(jìn)水液位值，測量信號送1#PLC;設浮球開(kāi)關(guān)兩套，信號送1#PLC及現場(chǎng)控制箱，作高液位報警和水泵干運行保護。
最高報警液位 Hm=15.30 (33%)
高液位 H=14.75(23%)
低液位 L=14.45(17%)
最低報警液位 Lm=13.65(3%)
當液位Y:
Y≥Hm:執行應急控制程序
Hm>Y>H:為開(kāi)泵區，當液位再上升時(shí)增開(kāi)一臺泵
H>Y>L: 維持泵開(kāi)啟臺數不變
L>Y> Lm:為關(guān)泵區，當液位再下降時(shí)關(guān)閉一臺泵
Lm≥Y: 關(guān)閉所有泵。
PLC執行上述判別的時(shí)間為每5分鐘1次
(3) 細格柵除污機控制方案
機械細格柵正常情況下，每隔兩小時(shí)啟動(dòng)一次，但當細格柵前后液位差大于200mm時(shí)，應立即啟動(dòng)除污機。當液位差恢復正常時(shí)，除污機按正常程序工作。格柵與皮帶輸送機、壓榨機的聯(lián)動(dòng)由現場(chǎng)控制箱控制，格柵也可在現場(chǎng)手動(dòng)控制。細格柵前后各設超聲波液位計一套，測量細格柵前液位，測量信號送1#PLC。
(4) 沉砂池控制方案
沉砂池內攪拌板為連續運轉，砂泵可根據PLC由時(shí)間程序控制開(kāi)停，以節約能耗。具體運行時(shí)間根據進(jìn)水沙的含量來(lái)確定，砂水分離器的啟停與砂泵實(shí)行聯(lián)動(dòng)。
兩條沉砂池出水管各設一套電磁流量計，測量進(jìn)水流量，測量信號送1#PLC;沉砂池設pH測量?jì)x一套，測量進(jìn)水pH，測量信號送1#PLC。
3.2 氧化溝
沉砂池出水由底部進(jìn)入配水井，通過(guò)兩座調節堰門(mén)向回轉式氧化溝配水后與回流污泥一起進(jìn)入氧化溝。兩組氧化溝共設10臺葉輪表曝機。出水采用可調式堰板，每組氧化溝設2臺5m長(cháng)堰板。
每組氧化溝設4只溶解氧測定儀，氧化溝中溶解氧的分布是不均勻的，污水對氧的需求量與進(jìn)水流量、污水濃度等因素有關(guān)，因此僅僅靠溶解氧值控制表曝機不盡合理，上海市政工程設計院根據多年調試氧化溝的經(jīng)驗，總結了溶解氧與充氧量之間的關(guān)系，形成了“模糊技術(shù)自動(dòng)控制充氧量”的技術(shù)，該技術(shù)綜合了進(jìn)水流量、污水濃度、溶解氧的分布等情況來(lái)控制表曝機，使氧化溝出水水質(zhì)達到最佳狀態(tài)，同時(shí)使表曝機處于節能的運行狀態(tài)。
兩座氧化溝各設四套DO測量?jì)x，測量DO值，測量信號送2#PLC;同時(shí)各設兩套MLSS測量?jì)x，測量懸浮固體濃度，測量信號送2#PLC。
(1) 表曝機控制方案
當進(jìn)水流量大于1000m3/h時(shí)啟動(dòng)1#、2#、3#定速表曝機，1#變速表曝機由3#、4#溶氧儀控制，控制采用模糊控制技術(shù)，4#溶氧儀以2-3mg/l為最佳值，3#溶氧儀以3-4mg/l為最佳，2#變速表曝機由氧化溝溶解氧的平均值控制。
若溶解氧的平均值小于0.5mg/l，2#變速表曝機開(kāi)100%;
若溶解氧的平均值大于0.5mg/l，小于1mg/l:2#變速表曝機開(kāi)80%;
若溶解氧的平均值大于1mg/l，小于1.5mg/l:2#變速表曝機開(kāi)60%;
若溶解氧的平均值大于1.5mg/l，小于2mg/l:2#變速表曝機開(kāi)40%;
若溶解氧的平均值大于2mg/l，2#變速表曝機關(guān)閉。
(2) 堰門(mén)控制方案
根據氧化溝的運行狀況，可以由手動(dòng)調節出水堰門(mén)的高度。
3.3 二沉池單元
二沉池采用周邊進(jìn)水、出水輻流式沉淀池，直徑36m，共四座。單池內安裝周邊傳動(dòng)全橋雙臂式吸泥機一臺，沉淀污泥由吸泥機吸出后重力排至池邊污泥井，經(jīng)堰門(mén)調節后進(jìn)入回流污泥泵房。
兩座回流污泥泵房設浮球開(kāi)關(guān)兩套，作高低液位報警和水泵干運行保護，測量信號送2#PLC;同時(shí)設浮球開(kāi)關(guān)兩套，作高低液位報警和水泵干運行保護，測量信號送2#PLC;兩條回流污泥管各設一套電磁流量計，測量回流污泥量，測量信號送2#PLC;同時(shí)各設一套電磁流量計，測量剩余污泥量，測量信號送2#PLC。
該系統采用的控制方式為:連續運行，由PLC自動(dòng)顯示工作狀況，現場(chǎng)手動(dòng)控制開(kāi)停。
3.4 回流污泥泵站與剩余污泥泵站
兩座回流污泥泵站位于兩座沉淀池中間，每座泵站內設置3臺潛污泵(其中1臺備用)，用于提升回流污泥至回轉式氧化溝，保持氧化溝內微生物數量。
廠(chǎng)內設二座剩余污泥泵站，每座泵站內設置2臺潛污泵(其中1臺備用)，用于將剩余污泥提升至均質(zhì)池。當液位小于液位下下限時(shí)，PLC送出聯(lián)鎖信號停泵(回流污泥泵和剩余污泥泵);當液位大于液位上上限時(shí)，PLC送出聯(lián)鎖信號開(kāi)泵(回流污泥泵和剩余污泥泵)。
均質(zhì)池內設超聲波液位計一套，測量泥位，測量信號送2#PLC。
(1) 回流污泥泵控制方案
根據回流污泥井液位由PLC自動(dòng)控制水泵開(kāi)停(常開(kāi)2臺)，自動(dòng)切換，同時(shí)可采用遙控或現場(chǎng)手動(dòng)控制。
(2) 剩余污泥泵控制方案
根據剩余污泥井液位由PLC自動(dòng)控制水泵開(kāi)停(常開(kāi)1臺)，自動(dòng)切換，同時(shí)可采用遙控或現場(chǎng)手動(dòng)控制。
3.5 均質(zhì)池
均質(zhì)池內設水下攪拌器，為潛水葉輪結構，通過(guò)轉向手柄可在池內任一角度進(jìn)行攪拌，使池內污泥濃度均勻。
3.6 污泥脫水機
本工程采用一體化濃縮脫水機。經(jīng)過(guò)脫水后的污泥含水率低于80％，泥餅通過(guò)泥餅運輸系統送至污泥堆棚，然后裝車(chē)外運。濃縮脫水一體機共兩套，控制柜由設備供應商成套提供。
3.7 出水泵房
為減少污水廠(chǎng)日常運行費用，降低流程標高，在污水處理流程末端增設出水泵房。根據撫河水位，污水廠(chǎng)出水采用高水位泵排，低水位重力排放的運行方式，以達到節能的目的。泵房?jì)仍O潛污泵6臺(其中兩臺備用)。水泵由PLC根據液位啟動(dòng)，先開(kāi)先停，采用輪換開(kāi)泵，使各泵開(kāi)啟時(shí)間均衡。
4 運行情況總結
整套系統運行以來(lái)，基本上能達到設計要求，特別是對于運行班組的成員，可以更加全面及時(shí)的了解全廠(chǎng)設備的運行情況，及時(shí)處理運行時(shí)出現的各種問(wèn)題。
在氧化溝單元，由于對變速曝氣機實(shí)行了“模糊技術(shù)自動(dòng)控制充氧量”方案，根據溶氧值及進(jìn)水流量等參數對曝氣機的頻率進(jìn)行調節，使溶解氧值平穩地保持在一定范圍內，在較大程度上節省了電能，降低運行成本，取得了令人滿(mǎn)意的效果。
當然，在運行過(guò)程中，也發(fā)現了該系統存在的不足之處，例如:
(1) 在進(jìn)水泵房單元，由于市政管網(wǎng)的污水中含有大量泥砂和浮渣，泵在自動(dòng)運行一段時(shí)間后會(huì )被堵塞，必須強制停止一段時(shí)間后再繼續運行，這給自動(dòng)控制進(jìn)水泵的開(kāi)啟增加了一定的麻煩，建議在PLC程序中增加限制條件，使之運行一段時(shí)間后可強制停止水泵延時(shí)幾分鐘再繼續運行。
(2) 由于我廠(chǎng)剩余污泥泵房日排泥量有限，氧化溝內的濁度(MLSS)儀數值偏高，而溶氧值偏低，在此情況下，曝氣機處于全部啟動(dòng)狀態(tài)，從而使變配電間變電器的負荷較大。
(3) 由于我廠(chǎng)人員大多數來(lái)自水廠(chǎng)，對污水處理的工藝也是第一次接觸，且沒(méi)有接觸過(guò)PLC系統，這就要求生產(chǎn)技術(shù)人員除了要掌握自控操作的一般要求外，還必須掌握PLC的程序，熟悉程序設計思路，以便及時(shí)更改參數，并根據我廠(chǎng)實(shí)際工作需要修改程序，使之符合我廠(chǎng)工藝的要求。
5 污水廠(chǎng)自控系統建設的幾點(diǎn)建議
(1) 現代化污水處理廠(chǎng)應建立完整的現場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò )和生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò )
工廠(chǎng)雖然建立了自動(dòng)化控制系統，但它僅僅是一個(gè)對基層現場(chǎng)控制、管理的網(wǎng)絡(luò )系統，并沒(méi)有建立生產(chǎn)管理的計算機網(wǎng)絡(luò )，廠(chǎng)長(cháng)室、生產(chǎn)技術(shù)科、化驗室、中控室和機修車(chē)間的數據不能共享。因此在設計時(shí)應當把生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò )作為污水處理廠(chǎng)重要的硬件設施加以考慮。建立企業(yè)的信息化管理系統，可以協(xié)調各部門(mén)的工作，提高企業(yè)勞動(dòng)效率和企業(yè)的管理水平，并可實(shí)現辦公的無(wú)紙化。其次在建立了現場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò )和生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò )后，應當加強系統的管理，重點(diǎn)是建立歷史數據庫，積累工藝參數、測量數據、化驗數據和調度指令，它是運行管理經(jīng)驗的積累，也是科學(xué)研究的重要資料。
(2) 加強自控系統管理人員的培訓
污水處理廠(chǎng)調試結束投人運行，意味著(zhù)一個(gè)相對穩定的控制模式已經(jīng)建立和調試人員的撤離，但是污水廠(chǎng)的水質(zhì)水量不是一成不變的，隨著(zhù)水質(zhì)水量的變化，就應當建立一套與之相適應的控制模式，要求系統管理人員具備PLC編程的能力。另外目前的上值機往往與因特網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)或充當辦公設備，也會(huì )有感染病毒的可能，會(huì )造成死機或文件丟失，系統管理人員應當具備處理這類(lèi)問(wèn)題的能力。這些都對系統管理人員的業(yè)務(wù)水平提出很高的要求，筆者認為這些人員培訓的最佳機會(huì )是自控系統的調試階段，這個(gè)過(guò)程是最具針對性的，應當充分利用這一機會(huì )提高系統管理人員的業(yè)務(wù)水平。
(3) 加強儀表的維護和保養工作
污水處理廠(chǎng)自控系統的運作首先依賴(lài)于儀表，沒(méi)有正確的儀表指示，PLC無(wú)法進(jìn)行有效正確的自動(dòng)控制。儀表的維護和保養往往是污水處理廠(chǎng)管理的弱項。另外由于資金原因，過(guò)期的探頭得不到及時(shí)的更換，這些都是自動(dòng)控制系統的污水處理廠(chǎng)應當注意的。
6 結束語(yǔ)
經(jīng)過(guò)一年多的試運行，系統達到了設計要求并且取得了令人滿(mǎn)意的效果，實(shí)現了生產(chǎn)管理自動(dòng)化，使生產(chǎn)率大大提高。但該系統還存在一定的不足，需要工程設計人員和系統管理人員在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中不斷的探索。
地 址：桃苑住宅一區２１－Ａ
郵 編：330009
電 話(huà)：6507859
注冊日期：6/15/2001
行政區號：360111
職工人數：88
法 人：何洪
經(jīng)營(yíng)范圍：城市生活污水