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试论雷达物位计系统在污水处理中的运用

作者: 来源: 发布时间:2019-11-15 11:18:37

    摘 要:随着资源节约型、环境友好型社会建设的不断推进,污水处理厂在我国各地大量兴建,雷达物位计系统在污水处理中的应用价值也开始受到各界重视。基于此,本文将围绕“A/A/O 生物反应池”工艺、一级 A 标处理工艺深入探讨雷达物位计系统在污水处理中的运用,希望研究内容能够为相关业内人士带来一定启发。

    引言

    受长期以来奉行的粗放型经济增长方式影响,近年来我国各地区出现了不同程度的水污染问题,为有效缓解和解决问题,污水处理的受关注程度正随之不断提升。污水处理效果会在很大程度上受到控制环节影响,为尽可能削弱由此引发的负面影响,正是本文围绕雷达物位计系统在污水处理中的运用开展具体研究的原因所在。


    1 污水处理厂中 PLC自动控制系统总体设计

    1。1 设计原则与设计目标

    在污水处理厂 PLC自动控制系统的总体设计中,必须严格遵循一定设计原则,包括成熟性原则、先进性原则、规范性原则、可扩展性原则,以此实现高自动化程度、高实时性、高可靠性、高性价比、高节能水平等目标,具体设计原则与目标如下:(1)设计原则。成熟性原则要求设计人员选择可靠、先进、成熟的技术和设备,如测量仪表必须选择性能稳定、质量可靠的产品;先进性原则要求兼顾价格和性能间的平衡,并保证设备和技术在未来很长一段时间的先进性,以此针对性开展设计;规范性原则要求设计人员严格遵循行业规范完成方案、图纸、软件、设备的设计与选型,以此满足系统运行、管理、维护、升级需要;可扩展性原则要求设计做好扩展用接口的预留,以此满足系统的更新需要。(2)设计目标。高自动化程度目标需保证系统能够有效 提高劳动生产率,降低劳动强度;高实时性目标需保证系统实现工艺参数的实时反映,并以此为依据实现实时控制;高可靠性目标需保证系统的可用性不会受到各类复杂生产条件影响;高性价比要求系统设计可基于最低投资收获最高的收益;高节能水平要求系统能够较好满足污水处理厂节能需要 [1]。

    1.2 工艺流程设计

    研究围绕采用“A/A/O 生物反应池”工艺的污水处理厂展开,其工艺流程可简单概括为:“污水→粗隔栅→进水泵房→细隔栅→旋流沉砂池→水解酸化池→厌氧池→缺氧池→好氧池→二沉池→沉淀池→砂滤池→消毒池→巴氏计量→出水”,由此可将污水处理的工艺划分为预处理、水解酸化、生物池反应、中间提升、絮凝沉淀反应、过滤消毒、污泥脱水等环节。A2/O 生物反应处理工艺具备可同时实现污水中氮、磷处理的优势。进水提升、粗细格栅除杂、旋流沉砂机除砂属于预处理环节的主要工艺流程,体积大的垃圾和杂物、砂质处理均可由此实现。在完成预处理后,污水将进入水解酸化池,通过投加酸性药剂,酸化分解可完成大颗粒有机物的处理,由此产生的小颗粒有机物将随污水流入生物反应池。厌氧池、缺氧池、好氧池均属于生物反应池的功能区,三者分别负责有机物氨化处理、脱氮、BOD 去除。通过二沉池实现泥水分离,即可基于后续步骤较好完成污水处理。为保证 雷达物位计系统较好服务于污水处理厂,系统的设计必须结合进水、出水指标,本文研究的污水处理厂进水的水质指标分别为 300mg/L(BOD5)、1000mg/L(COD)、400mg/L(SS)、40mg/L(NH3-N)、4mg/L(TP)、50mg/L(TN),出水则需要分别实现最小为 96.7%、95%、97.5%、87.5%、87.5%、70% 的去除率,出水的水质指标分别为≤ 10mg/L、≤ 50mg/L、 ≤ 10mg/L、 ≤ 5mg/L、 ≤ 0.5mg/L、≤ 15mg/L,同时还需要保证出水的粪大肠菌群指标不高于 104 个 /L。


    1.3 自控及网络系统设计

    基于现场污水厂实际情况,即可针对性开展自控及网络系统设计,设计选择分布式(集散)控制系统(DCS),由中央控制室站和 4 个 PLC 控制站组成,包括 PLC(a)、PLC(b)、PLC(c)、PLC(d),分别代表配电间控制主站、污泥脱水间控制主站、加药间控制主站、滤池操作间控制主站,其中 PLC(a)包括 PLC(a)-I01 控制子站。采用 AB 公司的系列控制器(COMPACTLOGIX1769-L3X)进行主站控制,采 用 AB 公 司 系 列 远 程 I/O 子 站(FLEXI/O1794-AENT)连接 PLC(a)控制主站,采用太网通讯方式。每套 PLC 主站需配备 HMI1 台(可编程操作员终端),且需要支持 DeviceNet、ControlNet、EtherNet/IP协议,中央控制站、自带 PLC、各 PLC 控制站采用PROFIBUS—DP 总线或以太网连接,通讯的稳定可靠可由此得到较好保障 [2]。


    具体设计如下:(1)PLC(a)。配电间控制主站负责各类构筑物设备的工艺参数监测和控制,包括工艺参数监测和控制。在预处理配电间设置PLC(a)-I01 控制子站,负责旋流沉砂池、格栅系统、进水泵房等构筑物设备的监测和控制。(2)PLC(b)。污泥脱水间控制主站负责泥饼制备工艺和污泥脱水系统的监测和控制。(3)PLC(c)。加药间控制主站负责投药泵、PAC 絮凝剂配置、CLO2 发生器的监测和控制。(4)PLC(d)。滤池操作间控制主站负责出厂水检测及计量、絮凝沉淀池、反冲洗、活性砂滤池过滤等环节的监测和控制。(5)中央控制室站。在管理大楼内设置由工业级 PC 操作员站和工程师站组成的中央控制室,采用上位机组态软件实现监视和远程控制,通过对 PLC 的软件编程,即可实现设备与工艺的远程诊断和调试。采用上位监控计算机与设备控制层 PLC 各控制站相互独立的设计,生产过程的安全性和独立性可由此得到保障。


    1.4 自控系统功能初步设计

    为保证 雷达物位计系统较好服务于污水处理厂,系统主要具备参数在线监测、现场设备全自动控制、中央控制室监控、中文人机交互界面、自动进行设备故障报警和越限报警、提供多种控制模式等功能,如对有功功率和无功功率、功率因数、工作电流电压等电量参数的在线监测,实现鼓风机、阀门、提升泵、格栅机等设备的全自动控制,提供手动控制、自动控制、遥控控制三种控制模式等,雷达物位计系统的性能优势可由此实现最大化发挥 [3]。

    2 污水处理厂中 雷达物位计系统的各控制站设计

    2.1 中心控制室主站设计

    在中心控制室主站中设置互为备用的 2 台高分辨率工业计算机工作站,并安装 PLC 编程软件,以电子元器件与信息技术此实现调试过程中的 PLC 程序实时修改,整个分布式控制系统的数据实时监测、系统监测、系统组态管理、PLC 站状态控制均可基于中心控制室主站实现。中心控制室主站需具备实时数据及动态图形显示、数据处理、打印生产报表、日志、显示趋势图、管理和维护、报警等功能。以报警功能为例,系统应在发现监控环节故障时立即使对应的工艺单元闪烁并发生颜色变更,并同时通过文字和语音发出报警信息,基于针对性的警报等级和报警类型划分,即可更好保障污水处理厂的安全稳定运行。


    2.2 配电间控制主站设计

    PLC(a)配电间控制主站的设计主要围绕 AAO生物反应池可调堰开度与曝气控制、二沉池刮泥机与剩余污泥泵运行控制、回流污泥泵循环运行与水位控制、氧化沟反应池推流与曝气控制展开,以回流污泥泵循环运行控制为例,可采用“开始→ m 台机可用→需用 1 台机,m > 1 →运行 1 台机,运行计时→ t1=t1+1 →运行时间到→是→运行的 1 台机停止,m=m-1 →停止计时→ t2=t2+1 →停止时间到→ m=m+1”回流污泥泵循环运行程序流程,由此在线识别使用的设备数量 m,实现循环运行控制,即可满足设备的维护和保养需要 [4]。

    2。3 预处理配电间控制子站设计

    PLC(a)-I01 控制子站的设计主要围绕进水提升泵控制、旋流除砂系统与输送机控制、粗细格栅系统控制展开。以粗细格栅系统控制为例,可采用液位差控制与时间间歇控制两种控制方式,液位差控制需通过设定上位机设定的液位差,以及细格栅前、后液位之差控制细格栅启动,时间间歇控制需针对性设计计时设置功能块实现格栅的自动运行。


    2.4 污泥脱水间控制主站设计

    PLC(b)污泥脱水间控制主站的设计需围绕污泥脱水系统控制方式的选择展开,以此实现雷达液位计、絮凝池搅拌器、加药泵、絮凝剂制备装置、空压机、冲洗水泵、进泥螺杆泵、污泥脱水机的合理控制。如设计可采用连锁运行的方式控制浓缩脱水机与无轴螺旋输送机,污泥泵的开停需结合贮泥池高低泥位情况实现自动控制。


    2.5 加氯加药间控制主站设计

    PLC(c)加氯加药间控制主站设计可围绕二氧化氯发生设备与 PAC 絮凝剂制备投加设备开展,具体设计需关注雷达液位计、PAC 单螺杆泵、搅拌器、卸酸泵、动力水泵、化料器、二氧化氯发生器等设备与仪表,具体控制可采用西门子 S7-200 系列控制器,OPC 方式也需要在其中发挥关键性作用 [5-6]。

    2.6 滤池操作间控制主站设计

    PLC(d)滤池操作间控制主站设计需围绕活性砂滤池的控制展开,设计需重点关注反冲洗功能、反冲洗控制需要、砂滤池系统组成,以此针对性选择模拟量转换程序、滤池反冲洗程序、滤池恒水位控制程序。在硬件配置中,CPU 模块采用 1769-30ER,结合 I/O 点表,即可开展针对性的硬件配置,其中 DI、DO、AI、AO 的总点数分别为 160、96、32、8,数字量输入模块分别为 1769-IQ32、1769-OB32、1769-IF16、1769-OF8C,块数分别为 5、3、 2、1。在活性砂滤池模拟量转换程序的建立过程中,需应用 RSlogix5000,以此建立模拟量转换子程序“ai_convert”,每次 PLC 时钟扫描周期都会执行一次该子程序调用,公式转换由 CPT 功能块编辑相应的范围运用负责,图 1 为模拟量输入信号采集和转换图。

 

1.jpg


    综上所述,雷达物位计系统可较好服务于污水处理。在此基础上,本文涉及的中心控制室主站设计、配电间控制主站设计、预处理配电间控制子站设计、污泥脱水间控制主站设计、加氯加药间控制主站设计、滤池操作间控制主站设计等内容,则提供了可行性较高的 雷达物位计系统设计路径。结合相关实践可以发现,研究设计的 雷达物位计系统在水质处理控制效果层面较为理想,但在能耗控制方面存在一定不足,这类不足的解决属于笔者下一步研究方向。

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