摘 要: 針對SBR工藝在小城鎮污水處理中的應用現狀,提出了以PLC為核心的控制系統,并對SBR工藝各階段進(jìn)行了控制標準模塊化設計。
關(guān)鍵詞: 小城鎮污水處理; SBR工藝; PLC控制系統; 模塊化設計
常規SBR工藝流程是由進(jìn)水、反應、沉淀、出水和閑置等5個(gè)過(guò)程組成。但常規SBR工藝存在著(zhù)周期長(cháng)、潷水器出水堰口短、出水流速大易帶泥等缺點(diǎn),故將其改良成新型SBR工藝。新型SBR工藝采用固定堰出水,其進(jìn)水與出水可同時(shí)進(jìn)行,以進(jìn)水(出水) 、生化反應、靜沉三個(gè)過(guò)程為一周期。上述過(guò)程都在一個(gè)設有曝氣系統的反應池內進(jìn)行,周而復始,達到生化降解的目的。為保證新型SBR工藝各工序過(guò)程正常循環(huán)運行并對運行參數進(jìn)行實(shí)時(shí)控制與調整,需依賴(lài)可靠的自動(dòng)控制系統和精確的過(guò)程儀表,由于PLC運行可靠、應用靈活便捷,因此在新型SBR工藝中得到廣泛應用。因水泵風(fēng)機的價(jià)格與電動(dòng)閥的價(jià)格相當,因此機電設備與處理池數一一對應,共用1臺備用設備,少用電動(dòng)閥,這樣既簡(jiǎn)化了控制環(huán)節又節省了投資。
1 PLC控制系統的選型及應用
111 工藝過(guò)程
根據污水量、水質(zhì)指標及對出水水質(zhì)的要求,采用以下工藝流程:
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其中:根據對實(shí)際出水的要求,可以適當對工藝的工序進(jìn)行增減,以達到最優(yōu)的性?xún)r(jià)比,如某污水處理站(1 000 m3 /d)由于將出水直接用作景觀(guān)水,對出水水質(zhì)要求較高,因此可選用全部工藝的工序;而某污水處理廠(chǎng)(5 000 m3 /d)處理出水只需滿(mǎn)足排放標準,則可適當減少處理工序。
112 控制系統的構成
根據以上工藝流程配備的設備和儀表,選取PC機+ PLC控制器構成全廠(chǎng)(站)的自動(dòng)控制系統。根據控制系統所控制的設備數量,確定I/O點(diǎn)數。主要設備包括進(jìn)水泵、鼓風(fēng)機、電動(dòng)閥門(mén)、過(guò)濾進(jìn)水泵和反沖洗水泵等,其中每臺水泵和風(fēng)機需數字輸入(D I) : 3點(diǎn)、數字輸出(DO) : 1點(diǎn),電動(dòng)閥門(mén)需D I: 4點(diǎn)、DO: 2點(diǎn)。另液位浮球根據需要每個(gè)需D I: 1點(diǎn)。模擬輸入(A I)點(diǎn)數根據選用的儀表數量確定,其控制點(diǎn)數一般少于500點(diǎn)。目前PLC技術(shù)發(fā)展迅速,其功能齊全,控制點(diǎn)數可擴展,并可帶各種通訊接口,為其在SBR工藝中應用提供了可靠保證。小城鎮或小區污水量少、構筑物布置緊湊、投資少,因此選用一個(gè)PLC站實(shí)現全部設備的監控,再配一臺帶以太網(wǎng)卡的PC就可實(shí)現全廠(chǎng)(站)的監控。
113 控制系統的設計目標
工程按照新型SBR工藝的要求,采用先進(jìn)的自控設備達到基本無(wú)人值守的目的,且現場(chǎng)具備良好的人機對話(huà)界面,控制程序標準化、模塊化。系統中主要控制設備PLC不僅能夠采集各水泵、風(fēng)機、電動(dòng)閥門(mén)、液位開(kāi)關(guān)的運行狀態(tài),檢測進(jìn)水流量,同時(shí)可按程序全自動(dòng)控制污水處理過(guò)程,并通過(guò)彩色觸摸屏顯示所有設備的運行狀態(tài),使整個(gè)運行操作更加簡(jiǎn)潔、方便。上位機可以對歷史記錄進(jìn)行存儲,包括用電量、處理量,并定時(shí)打印日報表、月報表及年報表,以備檢查和成本核算。
2 工藝過(guò)程控制要點(diǎn)
污水經(jīng)格柵自動(dòng)流入調節池,調節池內設起停液位控制,其高液位與低液位之間的污水體積等于水泵0. 5 h的流量,將液位控制信號與水泵控制相連,同時(shí)也將液位信號傳到上位機等待處理命令。根據新型SBR工藝各工序的特點(diǎn),編制了主程序及標準子程序。主程序分為SBR 主程序和濾池主程序。
標準子程序設置與SBR池數相對應,池數為3～6個(gè),所以設6個(gè)SBR標準子程序及濾池標準子程序。
211 SBR主程序
主程序控制設定運行參數及標準子程序的運行。
開(kāi)始運行主程序時(shí),首先輸入工藝所需設定的各項參數及指令符號,指令符號可在面板上直接修改。設定數據輸入后,主程序開(kāi)始自動(dòng)運行, K1 = 0時(shí)不修改數據; K1 = 1 時(shí)需重新輸入數據。N 個(gè)SBR池輪換周期性運轉。每個(gè)周期首先執行SBR1子程序,在執行前需將轉SBRx 子程序指令修改成轉SBR1 子程序指令。當計數器n1 ≥0 時(shí),各SBR子程序執行時(shí)間間隔恰是SBR進(jìn)水時(shí)間T0。當執行完1個(gè)SBR子程序后n1 + 1存入n1 ,當間隔時(shí)間t1 等于T0 后,將轉SBRx 子程序修改成轉SBRx + 1子程序,當n1 < N 時(shí)轉去執行下一個(gè)SBR 標準子程序;當n1 =N 時(shí),重新開(kāi)始下一周期運行。
212 SBR標準子程序(以SBR1 為例)
每個(gè)SBR標準子程序包括3個(gè)分子程序:進(jìn)水分子程序、曝氣分子程序、排泥分子程序。
① SBR1 進(jìn)水分子程序
執行SBR1 進(jìn)水分子程序時(shí),工作計時(shí)器t11清零,首先判斷進(jìn)水泵是否處于故障狀態(tài),若故障已經(jīng)排除或者沒(méi)有故障則開(kāi)始判斷調節池中水位是否達到啟動(dòng)水位(若故障未排除則轉入下一個(gè)處理單元) ,若到達啟動(dòng)水位則判斷是否啟用備用泵。如不需啟用備用泵則啟動(dòng)自身進(jìn)水泵。若調節池中水位達到停止水位,停水泵(計時(shí)器t11累加計時(shí)) ,達到啟動(dòng)水位時(shí)繼續啟動(dòng)進(jìn)水泵。若未達到停泵水位時(shí)停泵則檢查泵是否有故障,無(wú)故障時(shí)判斷計時(shí)器t11是否達到T0 ,未達到時(shí)計時(shí)器累加計時(shí),繼續進(jìn)水,達到時(shí)停進(jìn)水泵,轉曝氣子程序;泵有故障時(shí)則發(fā)出故障信號,記憶器y11置1,判斷能否啟用備用泵,能啟用時(shí)y10 ≥1轉到調節池達到啟動(dòng)水位否,不能啟動(dòng)時(shí)判斷進(jìn)水時(shí)間是否達到T0 ,未達到時(shí)計時(shí)器t11繼續累加計時(shí)。待達到標定時(shí)間T0 ,進(jìn)水泵停轉,轉為執行曝氣分子程序。
② SBR1 曝氣分子程序
執行曝氣分子程序時(shí)鼓風(fēng)機開(kāi)始運行,曝氣計時(shí)器t13開(kāi)始累加計時(shí),若鼓風(fēng)機故障時(shí)轉入下一個(gè)處理單元,正常時(shí)判斷是否啟用備用風(fēng)機,若不需啟用備用風(fēng)機,則啟用自身的鼓風(fēng)機t13累加計時(shí),風(fēng)機無(wú)故障時(shí),判斷曝氣時(shí)間是否達到T1 ,未達到時(shí)t13累加計時(shí),風(fēng)機繼續工作,達到t13時(shí)則停風(fēng)機,轉排泥子程序。如果故障時(shí)報警,記憶器y12 = 1,判斷備用風(fēng)機能否啟用,能啟用時(shí)記憶器y13 = 1,然后轉入啟動(dòng)風(fēng)機單元,若不能啟動(dòng)時(shí)t13繼續累加計時(shí),判斷事故處理否。若事故已處理, y13 ≥0、y12 ≥0則轉入故障判斷單元。沒(méi)有處理時(shí)判斷計時(shí)器t13是否達到T1 ,未達到則t13繼續累加計時(shí),達到時(shí)轉排泥子程序。
③ SBR1 排泥分子程序
執行排泥分子程序時(shí),首先判斷是否需排泥, X為排泥指令符, X = 0需排泥, X = 1不需排泥。排泥時(shí)先計算出靜沉工序的時(shí)間,存入t21 ,然后再計算出靜沉后開(kāi)始排泥的時(shí)間,存入t21。靜沉時(shí)間達t21時(shí)開(kāi)始排泥,打開(kāi)電動(dòng)閥,計時(shí)器t22 ≥0,啟動(dòng)排泥泵, t22累加計時(shí),待t22達到排泥時(shí)間T3 以后,停排泥泵,關(guān)電動(dòng)閥。
213 濾池主程序
主程序控制設定運行參數及標準子程序的運行。
開(kāi)始運行主程序時(shí),首先輸入工藝所需設定的各項參數及指令符號,指令符號可在面板上直接修改。設定數據輸入后,主程序開(kāi)始自動(dòng)運行, K2 = 0時(shí)不修改數據; K2 = 1時(shí)需重新輸入數據。H個(gè)濾池輪換周期性運轉。每周期首先執行濾池1 子程序,在執行前需將轉濾池x子程序指令修改成轉濾池1子程序指令。計數器n2 ≥0,各濾池子程序執行時(shí)間間隔恰是反沖洗時(shí)間T4。當執行完1個(gè)濾池標準子程序后n2 + 1存入n2 ,當間隔時(shí)間t2 等于T4 后,將轉濾池x子程序修改成轉濾池x + 1標準子程序,當n2 < H 時(shí)轉去執行下一個(gè)濾池標準子程序;當n2 =H時(shí)重新開(kāi)始下一周期運行。
214 濾池標準子程序(以濾池1為例)
濾池標準子程序包括過(guò)濾分子程序和濾池反沖洗分子程序兩種。
① 濾池1過(guò)濾分子程序
當執行過(guò)濾分子程序時(shí),過(guò)濾工作計時(shí)器開(kāi)始計時(shí),當中間水池的水位達到啟動(dòng)水位后開(kāi)啟活性炭進(jìn)出水閥與砂濾罐進(jìn)出水閥,之后判斷備用泵是否在運行當中,過(guò)濾工作計時(shí)器開(kāi)始累計時(shí)間。當水位未達到停泵水位時(shí),關(guān)閥門(mén)、水泵,中間過(guò)濾自動(dòng)復位記憶器置1,過(guò)濾工作計時(shí)器繼續累加。達到停泵水位后,判斷其泵閥是否發(fā)生故障(有故障則傳輸故障信號、報警) ,直接關(guān)閥門(mén)、水泵,轉入反沖子程序。若無(wú)故障,則判斷時(shí)間是否達到了標定時(shí)間;若達到,工作計時(shí)器清零,關(guān)閥門(mén)、水泵,轉反沖分子程序。
② 濾池1反沖分子程序
在執行反沖分子程序時(shí),反沖計時(shí)器清零,判斷設備有無(wú)故障后(有故障則報警) ,開(kāi)啟活性炭反沖進(jìn)、出水閥,同時(shí)關(guān)閉外排閥門(mén)。反沖計時(shí)器1開(kāi)始累計時(shí)間,在判斷水泵是否故障之后,判斷其是否達到標定時(shí)間(如達到則關(guān)反沖閥門(mén)、開(kāi)啟外排閥,同時(shí)反沖工作計時(shí)器2置0) ,若砂濾罐反沖進(jìn)、出水閥無(wú)故障,則開(kāi)啟砂濾罐反沖進(jìn)、出水閥,關(guān)閉外排閥(若有故障,報警后直接開(kāi)啟外排閥門(mén)) ,啟動(dòng)反沖泵,反沖計時(shí)器2開(kāi)始累加時(shí)間,判斷水泵是否故障、是否達到標定時(shí)間,達到后則關(guān)反沖洗進(jìn)、出水閥門(mén)。
3 結語(yǔ)
1000 m3 /d的污水處理站和5 000 m3 /d的污水處理廠(chǎng)的控制系統充分利用了網(wǎng)絡(luò )、CRT等技術(shù),將PLC控制站和MCC柜組合在一起可減少接線(xiàn),降低工程造價(jià),設定參數控制既可由現場(chǎng)PLC工作站單獨完成,又可由上位PC機實(shí)現設定及監控,符合SBR 工藝控制系統的需要。該控制系統的實(shí)際
運行結果表明:整個(gè)系統性能可靠,可滿(mǎn)足隨污水量變化自動(dòng)調控的要求,提高了污水處理效率和效果,同時(shí)降低了能耗。來(lái)源：谷騰水網(wǎng)
