淺談曝氣生物濾池自控系統功能的設計
摘 要：本文以深圳橫嶺污水處理廠(二期)曝氣生物濾池自控系統功能的設計為例，介紹了曝氣生物濾池主要工藝過程和設備運行的自動控制、操作、監測報警、歷史數據查詢、報表自動生成等功能設計要點。
關鍵詞：曝氣生物濾池;自控系統;設計
曝氣生物濾池工藝由于占地面積小，投資少而普遍應用于工業廢水和生活污水的處理，但該工藝對自控系統的要求高，特別是對自控系統功能的設計。深圳橫嶺污水處理廠(二期)采用曝氣生物濾池工藝，設計規模40萬噸/日，下面以該廠為例，介紹曝氣生物濾池自控系統功能的設計要點。
一、深圳橫嶺污水處理廠曝氣生物濾池工藝簡介
深圳橫嶺污水處理廠(二期)曝氣生物濾池共48套，每套濾池由前置反硝化濾池(DN池)和曝氣濾池(C/N池)兩級上向流濾池組成，主要工藝流程圖如下。
1.橫嶺污水處理廠(二期)工藝流程圖
2.橫嶺污水處理廠(二期)曝氣生物濾池工藝流程圖
閥門說明：
V1：DN池進水調節閥 V2：DN池至CN池進水閥
V3：DN池反沖洗進水閥 V4：CN池反沖洗進水閥
V5：DN池反沖洗空氣閥 V6：CN池反沖洗空氣閥
V7：CN池曝氣閥 V8：曝氣頭沖洗閥
V9： CN池反沖洗排水提板閘 V10：DN池反沖洗排水提板閘
V11：CN池濾板下排氣電磁閥 V12：DN池濾板下排氣電磁閥
V13：濾池降水閥
3.濾池工作模式流程
4.濾池反沖洗工藝流程圖
二、濾池設備和主要工藝過程控制設計要點
(一)控制方式
控制方式包括現場手動控制和遠程控制，需要注意的是，當停電或PLC系統故障復位時，所有設備和工藝過程的控制方式應處于“現場手動”或“遠程手動”方式，避免設備異常自動啟動，經值班人員檢查沒有異常情況后再設置為“遠程自動”方式。
(二)濾池設備監控內容
對于平時很少操作的設備，如低壓進線開關、機泵的電源空氣開關等，PLC只監測其工況(閉合或斷開)，并對異常狀態進行報警。
對于能夠獨立自動運行的成套設備，如廢水泵抽真空系統等，由廠家配套的控制系統自動進行控制，PLC只監測其工況和主要工藝參數，異常狀況則報警。
對于需經常操作的設備，如反沖洗泵、風機等，其工況和主要運行參數都應輸入PLC進行監控，自動監控包括六個方面：啟動條件判斷、啟動過程監控、運行過程監控、停機條件判斷、停機過程監控、停止狀態監控。
(三)主要設備和工藝過程控制要點
1.濾池過濾控制
(1)濾池過濾水量控制
可通過現場或遠程手動調節DN池進水調節閥的開度，控制進水量。
可根據設定的進水量、實際進水流量和進水閥門開度，由PID調節器自動調節DN池進水調節閥的開度，使進水量保持恒定。
C/N池溶解氧控制
C/N池溶解氧可通過調節相應的曝氣風機運行頻率進行控制。曝氣羅茨風機運行頻率有三種調節方式：
在現場的變頻器操作面板上進行調節。
在中控室監控計算機上進行調節(遠程手動設置運行頻率)。
由PLC設定的PID調節器進行自動調節，以進水流量作為前饋參數，溶解氧檢測值作為反饋參數。
2.濾池反沖洗過程控制
(1)反沖洗基本條件
該濾池反沖洗控制方式為“自動”。
無其它濾池處在沖洗過程中。
反沖洗泵和風機至少各有2臺具備啟動條件。
該濾池相應閥門具備自動操作條件。
(2)正常定時反沖洗申請
濾池過濾時間大于24小時時(可設定)，該濾池自動停止過濾，排隊申請反沖洗。
(3)特殊情況反沖洗申請
濾池阻力連續600秒(可設定)大于8米(可設定)時，該濾池自動停止過濾，排隊申請反沖洗。
(4)強制反沖洗
PLC在收到監控計算機發出的強制反沖洗命令后，只要滿足(1)中的條件，則直接進行反沖洗。
(5)反沖洗過程控制要點
反沖洗降水時間、氣沖時間、水沖時間、氣水沖時間、漂洗時間、排氣時間、初濾時間等與反沖洗強度和效果有關的參數都能夠在計算機上設定。
反沖洗水泵和風機運行頻率、臺數可設定，也可分別根據設定的水沖流量和氣沖壓力自動調節運行頻率。
反沖洗過程如果出現閥門故障或閥門開、關不到位，導致反沖洗不能按順序進行下去時，應停止正在運行的反沖洗水泵和風機，關閉所有其它正常的閥門，設置為“停用”模式，待故障 消除后再進行強制反沖洗。
反沖洗過程如果出現水泵或風機不能自動停止，導致反沖洗不能按順序進行下去時，應報警提示，設置為“停用”模式，待故障處理后再進行強制反沖洗。
反沖洗過程如果反沖洗水泵或風機出現故障導致停止運行，應報警提示，并自動啟動備用的反沖洗水泵或風機。
3.反沖洗水泵控制
(1)啟動條件
控制方式為“自動”。
該泵無故障。
反沖洗水池水位高于2米(可設定)。
該泵運行累計時間最少。
無其它同一組的水泵正在啟動。
水泵同時運行臺數低于2臺。
(2)啟動過程監控
PLC 在輸出開泵命令后，延時3秒后檢測泵運行信號，若泵無運行信號應報警并取消“開機”命令。
收到泵運行信號后10秒，反沖洗水流量應大于 1200m3/h(可設定，開第一臺和第二臺泵時，反沖洗流量不同)，否則應報警。
泵故障應報警并取消“開機”命令。
(3)運行過程監控
運行信號連續3秒丟失應報警。
泵故障、泵主回路或控制回路電源故障，應報警并取消開泵信號。
反沖洗水池水位低于2米(可設定)，應報警并停泵。
泵電流連續10秒超限，報警并取消開泵信號輸出。
(4)停泵條件
控制方式為“自動”。
該泵處于運行狀態。
PLC輸出停泵命令。
(5)停泵過程監控：PLC輸出停泵命令，延時3秒后檢測泵運行信號，若泵仍有運行信號應報警。
(6)停止狀態監控：泵控制方式改變或泵主回路或控制回路電源異常應報警。
4.反沖洗泵房和濾池管廊等地下構筑物排污泵控制
由于反沖洗泵房和濾池管廊都位于地面以下，因此需加強對排除積水的排水泵的監控，以確保反沖洗水泵、鼓風機等設備的安全，當排水泵故障或集水坑水位超限時都應報警。
三、中控室計算機監控軟件的主要功能設計
監測與顯示
可顯示每個濾池工藝設備工況圖，在各個相應位置以文字、不同顏色和閃爍顯示等方式標識顯示工藝參數和設備狀況，每個濾池的狀態應包括：過濾、反沖洗、等待反沖洗、備用、停用、反沖洗控制方式。
操作控制
濾池進水調節閥、反沖洗水泵和風機等主要設備應有獨立的操作界面。
在設備操作界面上可通過鍵盤或鼠標對主要設備進行開/停(開/關)操作，可設定設備遠程控制方式，可設定設備運行參數或工藝過程的控制參數。
歷史數據查詢和打印
能夠查詢和打印濾池進水量、溶解氧、反沖洗風量和水量等工藝參數的歷史趨勢曲線。
在同一坐標上，可任意選擇多個參數同時顯示，以便進行比較分析水質變化規律和設備故障原因。
能夠自動統計生成生產日報表、周報表和月報表等各類報表(EXECL表格)，并可查詢和輸出打印。
信息提示與報警
對于主要設備工況的正常改變，由監控計算機實時信息窗口顯示相應的提示信息，以便及時發現設備頻繁的狀態改變等異常情況;
對于工藝參數超限、設備故障等一般的異常情況，由監控計算機發出聲光報警并彈出報警窗口，以便提醒值班人員進行處理;
對于涉及安全生產的嚴重異常情況，如位于地下的反沖洗泵房積水水位達到報警水位等，除了由監控計算機發出聲光報警之外，在生產現場設置聲光報警裝置，以便值班人員或其它人員及時發現和處理。
結束語：
橫嶺污水處理廠(二期)已于2011年10月投產，在曝氣生物濾池自控方案設計和實施過程，由于我們作為運營單位能夠與設計院、自控公司緊密溝通和配合，結合工藝運行和生產管理的需要，充分考慮各種影響濾池正常運行的因素，并采取相應的解決措施，不斷修改和完善自控方案，因此投產后曝氣生物濾池主要工藝過程和設備運行的遠程監測、操作、自動控制、報警、歷史數據查詢、報表自動生成等各項功能基本上都能滿足日常運營管理的需求。
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