巫山縣城污水處理工程
更新時間：2011-04-29 09:52
來源：北京中航神州網絡工程技術有限公司
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巫山縣城坐落在長江北岸巫峽西口、大寧河與長江匯合處，其污水排放水體為長江，故建立完善的污水處理系統，是維護長江水系水質清澈的重要保障。污水處理廠各處理設備分布分散，每個工藝區段相對獨立；I/O點中以離散量為主，模擬量為輔；這些特點，使其更適宜以PLC為主要控制器的分散式控制方案。本文介紹的就是這樣一套以PLC為主組成的順控系統。
一 控制系統的設計
經多方論證，決定采用Orbal(奧貝爾)氧化溝并輔助化學除磷裝置的污水處理工藝。該廠污水處理過程主要分為機械處理、生化處理、污泥處理3個階段。該污水處理過程是按一定流程和順序循環進行的，有其固有的順序性和周期性。控制系統設計目的是對污水處理過程進行順序控制，及在故障情況下的緊急停車等一系列處理過程進行全自動PLC控制。
1. 機械處理段的自動控制系統
(1)每臺格柵前后安裝一臺液位計，PLC根據液位計檢測到的水位差值和時間設定，自動控制格柵除污機的運行；當水位差值超過設定值或時間設定值時，自動控制格柵和螺旋輸送機按照預先編制的程序運行。
(2)設在前池的液位計將檢測到的水位信號送到控制運算器，PLC根據檢測值與設定值的差值來自動控制污水提升泵運行。當水位升高到預定水位值時，自動控制水泵按照預先編制的程序依次逐臺啟動；當水位減低到預定水位值，則按預先編制的程序依次逐臺關閉。同時累積水泵運行時間，自動輪換水泵，保證水泵累計運行時間均等，并處于最佳運行狀態。當水位降到設定下限水位時，干運轉保護起動，自動控制水泵全部停止運行，以保證水泵安全。
(3)鐘式沉砂池由一套變速及調整系統機構控制箱就地控制，其轉盤的轉速和高度均可根據除砂效率和有機物分離效率，哪個要求更高來進行調整。另外，進出水口及池中水位可視需要去除砂粒的粒徑而定。沉砂池系統各設備的運行狀態及故障信號送至中控室顯示監控。
2. 生化處理段的自動控制系統
Orbal氧化溝的運行控制：在外溝、中溝、內溝各設置1臺溶解氧測量儀，將檢測到的溶氧儀測量值送至現場PLC控制子站，PLC根據氧化溝中的溶解氧含量，按照預先已編制好的程序(為保證氧化溝內流速均勻所預先編制的動作順序)，自動控制轉碟的運轉臺數和運行時間，以滿足外、中、內溝的溶氧值穩定在生化反應的設定值。在外溝，因所需溶氧值較低，溶氧儀將不能工作在其測量范圍的精確度量程內，檢測值誤差較大，為此在外溝另設有一臺氧化—還原電位計，用來校正被監控參數的測量。同時，還可調節氧化溝的出水堰板，以改變轉碟浸沒水深來增減空氣曝氣量，既保證了氧化溝生物處理過程的穩定又節約了能源。根據以往Orbal氧化溝的運行情況，在編制氧化溝運行控制程序時，還需注意3點：考慮水中溶解氧的變化速率，避免控制系統的不穩定，需設置溶解氧的控制死區；為避免轉碟的控制不穩定，在程序中設置轉碟的時間死區，在此時間內轉碟不可啟停；為平衡轉碟工作時間，應開轉碟和應停轉碟要符合先開先停、先停先開的原則，目的是減少轉碟電機的損耗，達到節能要求。另外，在中溝還設置了混合液濃度檢測儀，在外溝設置了超聲液位計，以加強對氧化溝生物反應情況的監控。
3. 污泥沉淀濃縮處理段的自動控制系統
(1)污泥濃縮加藥系統—我們根據容積比設置了一套自動控制配藥系統。加藥系統按照預先編制的程序運行，定時加藥、配水及攪拌。首先進行藥液的配置控制，由PLC根據所確定的容積比去自動控制除磷藥劑原液與稀釋水的投加量，配制成所需濃度的除磷藥劑；在配藥罐上還設有超聲波液位計，液位信號送至PLC，當藥液量和水量比例滿足配比要求，配藥過程結束后，PLC自動控制打開配藥罐出口的電動球閥，進入加藥階段。除磷藥劑的投加量由PLC控制計量泵完成。
(2)脫水機房設帶式脫水機及全部附屬裝置。負責脫水、加藥、進泥、出泥、反沖洗等設備的聯鎖控制，整套脫水系統按照預先編制的程序運行，PLC負責對各設備的運行情況進行監控及聯鎖保護。
二 控制系統的實現
1. 系統硬件構成
PLC控制系統由工藝過程監控系統、通信系統、PLC及檢測儀表組成。采用分布式計算機分散控制系統，實現對全廠工藝流程的分散控制、集中管理。控制系統采用過程監控級(即中央監控站-主站)和現場控制級(即兩個智能子站—PLC站)的兩層結構，劃分中央控制室、第一分控室、第二分控室三個區域。過程監控級設在中央控制室(主站)內，由兩臺工控機、兩臺打印機和通信卡等組成工程師站、操作員站及數據通信系統。操作員站是操作員用以完成對整個污水處理廠進行實時監控功能的崗位，負責對全廠工況進行監控和管理調度，可對每個智能子站中的設備進行操作，但在同一時間內只允許一個站操作同一個設備；工程師站可實現在線控制系統的編程及各種參數設定與修改等任務；數據通信系統則用來提供或接受工業過程的實時信息及與上級管理站的通信等任務。現場控制級為兩個智能子站，分別設置在兩個分控室內，由PLC控制器、I/O處理單元及現場檢測儀表組成，用以完成數據采集、處理等功能，負責對污水處理廠各個反應處理階段進行就地分散控制，分站的操作權限由主站來分配。兩個智能子站和主站通過現場通信總線相連。
PLC選用施耐德Premium可編程序控制器，它具有集成的批處理功能和高速數據通信網，以滿足聯鎖控制快速響應的要求。
2. 系統軟件
Premium PLC控制系統軟件為兩部分。
(1)監控級應用軟件。
監控級應用軟件為Monitor Pro監控軟件，具有實時數據庫、趨勢和實時圖表、模擬畫面、報警管理、數據庫巡航等功能，監控軟件采用全漢化界面，設計有工藝流程圖、各工藝單元流程圖、趨勢圖、報表、報警、各種電量參數圖、各種設備的操作和參數設定畫面。操作員通過菜單命令或鼠標點擊，可瀏覽所有工藝過程畫面，顯示當前狀態并按順序記錄、輸出；能完成各類數據的記錄、存盤、報警，處理打印各種生產報表、曲線圖和站圖表(顯示出泵/閥的狀態，提供最重要的檢測值和報警)，以及對各階段的反應時間和設定值的調整等。同時，全廠所有可操作設備均可由操作員在工作站上通過鼠標和權限進行遙控操作，完成生產指揮調度過程。由于污水處理廠自控系統需經過長期運行，獲得經驗數據，然后重新調整控制系統，所以各種可能需要調整的參數均可在上位機進行設定，如回流污泥泵、剩余污泥泵的工作時間，溶解氧的控制死區，轉碟工作的時間死區等。這樣，操作人員可隨時根據現場情況調整控制參數，優化工藝運行效果。
(2)編程工具軟件
PLC編程工具為PL7 Pro，該軟件可在Windows系列操作系統上運行，多種編程語言可供使用。可對I/O設備進行組態和參數化，能對任何連接到控制總線的節點進行測試和啟動，可在線修改系統中任一點的用戶程序。并包括先進的系統診斷能力、過程診斷工具和遠程維護等。
三 控制系統的功能和工作狀態
為確保在PLC系統意外情況下污水處理的順利進行，我們配備了自控、手控兩套裝置，各工藝參數的顯示信號分別經計算機和就地常規儀表顯示，這樣當計算機由于某種原因產生故障或設備檢修維護時，可以手動操作。
1. 手動狀態
在初試階段，系統尚未穩定前，可使用手動操作，用鼠標直接遙控現場工藝操作。
2. 自動狀態
當工藝處理過程轉為穩定運行，工藝參數達到工藝要求時，將系統由手動切換為自動狀態。整個系統完全由PLC自動控制。無論由A/M、M/A，偏差是否為零，切換過程都是無擾動的，調節輸出決不會發生突變。
3. 自診斷
過程診斷、實時時鐘，狀態和故障顯示報警。當設備發生故障時，上位機畫面對應設備有紅燈閃爍，直至故障消除。報警內容加入報警數據庫，并在報警畫面顯示；報警信息可通過打印機打印；通過報警畫面可以查詢全部歷史故障情況。
四 結束語
該污水處理廠所設計的控制系統具有以下特點：
(1)Orbal氧化溝污水處理工藝流程簡單，構筑物及機械設備少。Premium PLC控制系統可靠性高，運行管理方便，為設備安全穩定地運行提供了更好保障。
(2)考慮到該廠還將實施二期工程，控制系統的設計在控制網絡和可擴展性方面具有較強能力，選用的PLC控制器為完全模塊化，配置靈活，擴展方便，易于升級。Premium PLC系統還具有標準總線系統接口，用現場總線可實現PLC與上位機間的數據通信，上位機還可通過以太網與公司管理級及調度室實現遠程數據傳輸。
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