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                  試論雷達物位計系統在污水處理中的運用

                  作者: 來源: 發布時間:2019-11-15 11:18:37

                      摘 要:隨著資源節約型、環境友好型社會建設的不斷推進,污水處理廠在我國各地大量興建,雷達物位計系統在污水處理中的應用價值也開始受到各界重視?;诖?,本文將圍繞“A/A/O 生物反應池”工藝、一級 A 標處理工藝深入探討雷達物位計系統在污水處理中的運用,希望研究內容能夠為相關業內人士帶來一定啟發。

                      引言

                      受長期以來奉行的粗放型經濟增長方式影響,近年來我國各地區出現了不同程度的水污染問題,為有效緩解和解決問題,污水處理的受關注程度正隨之不斷提升。污水處理效果會在很大程度上受到控制環節影響,為盡可能削弱由此引發的負面影響,正是本文圍繞雷達物位計系統在污水處理中的運用開展具體研究的原因所在。


                      1 污水處理廠中 PLC自動控制系統總體設計

                      1.1 設計原則與設計目標

                      在污水處理廠 PLC自動控制系統的總體設計中,必須嚴格遵循一定設計原則,包括成熟性原則、先進性原則、規范性原則、可擴展性原則,以此實現高自動化程度、高實時性、高可靠性、高性價比、高節能水平等目標,具體設計原則與目標如下:(1)設計原則。成熟性原則要求設計人員選擇可靠、先進、成熟的技術和設備,如測量儀表必須選擇性能穩定、質量可靠的產品;先進性原則要求兼顧價格和性能間的平衡,并保證設備和技術在未來很長一段時間的先進性,以此針對性開展設計;規范性原則要求設計人員嚴格遵循行業規范完成方案、圖紙、軟件、設備的設計與選型,以此滿足系統運行、管理、維護、升級需要;可擴展性原則要求設計做好擴展用接口的預留,以此滿足系統的更新需要。(2)設計目標。高自動化程度目標需保證系統能夠有效 提高勞動生產率,降低勞動強度;高實時性目標需保證系統實現工藝參數的實時反映,并以此為依據實現實時控制;高可靠性目標需保證系統的可用性不會受到各類復雜生產條件影響;高性價比要求系統設計可基于zui低投資收獲zui高的收益;高節能水平要求系統能夠較好滿足污水處理廠節能需要 [1]。

                      1.2 工藝流程設計

                      研究圍繞采用“A/A/O 生物反應池”工藝的污水處理廠展開,其工藝流程可簡單概括為:“污水→粗隔柵→進水泵房→細隔柵→旋流沉砂池→水解酸化池→厭氧池→缺氧池→好氧池→二沉池→沉淀池→砂濾池→消毒池→巴氏計量→出水”,由此可將污水處理的工藝劃分為預處理、水解酸化、生物池反應、中間提升、絮凝沉淀反應、過濾消毒、污泥脫水等環節。A2/O 生物反應處理工藝具備可同時實現污水中氮、磷處理的優勢。進水提升、粗細格柵除雜、旋流沉砂機除砂屬于預處理環節的主要工藝流程,體積大的垃圾和雜物、砂質處理均可由此實現。在完成預處理后,污水將進入水解酸化池,通過投加酸性藥劑,酸化分解可完成大顆粒有機物的處理,由此產生的小顆粒有機物將隨污水流入生物反應池。厭氧池、缺氧池、好氧池均屬于生物反應池的功能區,三者分別負責有機物氨化處理、脫氮、BOD 去除。通過二沉池實現泥水分離,即可基于后續步驟較好完成污水處理。為保證 雷達物位計系統較好服務于污水處理廠,系統的設計必須結合進水、出水指標,本文研究的污水處理廠進水的水質指標分別為 300mg/L(BOD5)、1000mg/L(COD)、400mg/L(SS)、40mg/L(NH3-N)、4mg/L(TP)、50mg/L(TN),出水則需要分別實現zui小為 96.7%、95%、97.5%、87.5%、87.5%、70% 的去除率,出水的水質指標分別為≤ 10mg/L、≤ 50mg/L、 ≤ 10mg/L、 ≤ 5mg/L、 ≤ 0.5mg/L、≤ 15mg/L,同時還需要保證出水的糞大腸菌群指標不高于 104 個 /L。


                      1.3 自控及網絡系統設計

                      基于現場污水廠實際情況,即可針對性開展自控及網絡系統設計,設計選擇分布式(集散)控制系統(DCS),由中央控制室站和 4 個 PLC 控制站組成,包括 PLC(a)、PLC(b)、PLC(c)、PLC(d),分別代表配電間控制主站、污泥脫水間控制主站、加藥間控制主站、濾池操作間控制主站,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)進行主站控制,采 用 AB 公 司 系 列 遠 程 I/O 子 站(FLEXI/O1794-AENT)連接 PLC(a)控制主站,采用太網通訊方式。每套 PLC 主站需配備 HMI1 臺(可編程操作員終端),且需要支持 DeviceNet、ControlNet、EtherNet/IP協議,中央控制站、自帶 PLC、各 PLC 控制站采用PROFIBUS—DP 總線或以太網連接,通訊的穩定可靠可由此得到較好保障 [2]。


                      具體設計如下:(1)PLC(a)。配電間控制主站負責各類構筑物設備的工藝參數監測和控制,包括工藝參數監測和控制。在預處理配電間設置PLC(a)-I01 控制子站,負責旋流沉砂池、格柵系統、進水泵房等構筑物設備的監測和控制。(2)PLC(b)。污泥脫水間控制主站負責泥餅制備工藝和污泥脫水系統的監測和控制。(3)PLC(c)。加藥間控制主站負責投藥泵、PAC 絮凝劑配置、CLO2 發生器的監測和控制。(4)PLC(d)。濾池操作間控制主站負責出廠水檢測及計量、絮凝沉淀池、反沖洗、活性砂濾池過濾等環節的監測和控制。(5)中央控制室站。在管理大樓內設置由工業級 PC 操作員站和工程師站組成的中央控制室,采用上位機組態軟件實現監視和遠程控制,通過對 PLC 的軟件編程,即可實現設備與工藝的遠程診斷和調試。采用上位監控計算機與設備控制層 PLC 各控制站相互獨立的設計,生產過程的安全性和獨立性可由此得到保障。


                      1.4 自控系統功能初步設計

                      為保證 雷達物位計系統較好服務于污水處理廠,系統主要具備參數在線監測、現場設備全自動控制、中央控制室監控、中文人機交互界面、自動進行設備故障報警和越限報警、提供多種控制模式等功能,如對有功功率和無功功率、功率因數、工作電流電壓等電量參數的在線監測,實現鼓風機、閥門、提升泵、格柵機等設備的全自動控制,提供手動控制、自動控制、遙控控制三種控制模式等,雷達物位計系統的性能優勢可由此實現zui大化發揮 [3]。

                      2 污水處理廠中 雷達物位計系統的各控制站設計

                      2.1 中心控制室主站設計

                      在中心控制室主站中設置互為備用的 2 臺高分辨率工業計算機工作站,并安裝 PLC 編程軟件,以電子元器件與信息技術此實現調試過程中的 PLC 程序實時修改,整個分布式控制系統的數據實時監測、系統監測、系統組態管理、PLC 站狀態控制均可基于中心控制室主站實現。中心控制室主站需具備實時數據及動態圖形顯示、數據處理、打印生產報表、日志、顯示趨勢圖、管理和維護、報警等功能。以報警功能為例,系統應在發現監控環節故障時立即使對應的工藝單元閃爍并發生顏色變更,并同時通過文字和語音發出報警信息,基于針對性的警報等級和報警類型劃分,即可更好保障污水處理廠的安全穩定運行。


                      2.2 配電間控制主站設計

                      PLC(a)配電間控制主站的設計主要圍繞 AAO生物反應池可調堰開度與曝氣控制、二沉池刮泥機與剩余污泥泵運行控制、回流污泥泵循環運行與水位控制、氧化溝反應池推流與曝氣控制展開,以回流污泥泵循環運行控制為例,可采用“開始→ m 臺機可用→需用 1 臺機,m > 1 →運行 1 臺機,運行計時→ t1=t1+1 →運行時間到→是→運行的 1 臺機停止,m=m-1 →停止計時→ t2=t2+1 →停止時間到→ m=m+1”回流污泥泵循環運行程序流程,由此在線識別使用的設備數量 m,實現循環運行控制,即可滿足設備的維護和保養需要 [4]。

                      2.3 預處理配電間控制子站設計

                      PLC(a)-I01 控制子站的設計主要圍繞進水提升泵控制、旋流除砂系統與輸送機控制、粗細格柵系統控制展開。以粗細格柵系統控制為例,可采用液位差控制與時間間歇控制兩種控制方式,液位差控制需通過設定上位機設定的液位差,以及細格柵前、后液位之差控制細格柵啟動,時間間歇控制需針對性設計計時設置功能塊實現格柵的自動運行。


                      2.4 污泥脫水間控制主站設計

                      PLC(b)污泥脫水間控制主站的設計需圍繞污泥脫水系統控制方式的選擇展開,以此實現雷達液位計、絮凝池攪拌器、加藥泵、絮凝劑制備裝置、空壓機、沖洗水泵、進泥螺桿泵、污泥脫水機的合理控制。如設計可采用連鎖運行的方式控制濃縮脫水機與無軸螺旋輸送機,污泥泵的開停需結合貯泥池高低泥位情況實現自動控制。


                      2.5 加氯加藥間控制主站設計

                      PLC(c)加氯加藥間控制主站設計可圍繞二氧化氯發生設備與 PAC 絮凝劑制備投加設備開展,具體設計需關注雷達液位計、PAC 單螺桿泵、攪拌器、卸酸泵、動力水泵、化料器、二氧化氯發生器等設備與儀表,具體控制可采用西門子 S7-200 系列控制器,OPC 方式也需要在其中發揮關鍵性作用 [5-6]。

                      2.6 濾池操作間控制主站設計

                      PLC(d)濾池操作間控制主站設計需圍繞活性砂濾池的控制展開,設計需重點關注反沖洗功能、反沖洗控制需要、砂濾池系統組成,以此針對性選擇模擬量轉換程序、濾池反沖洗程序、濾池恒水位控制程序。在硬件配置中,CPU 模塊采用 1769-30ER,結合 I/O 點表,即可開展針對性的硬件配置,其中 DI、DO、AI、AO 的總點數分別為 160、96、32、8,數字量輸入模塊分別為 1769-IQ32、1769-OB32、1769-IF16、1769-OF8C,塊數分別為 5、3、 2、1。在活性砂濾池模擬量轉換程序的建立過程中,需應用 RSlogix5000,以此建立模擬量轉換子程序“ai_convert”,每次 PLC 時鐘掃描周期都會執行一次該子程序調用,公式轉換由 CPT 功能塊編輯相應的范圍運用負責,圖 1 為模擬量輸入信號采集和轉換圖。

                   

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                      綜上所述,雷達物位計系統可較好服務于污水處理。在此基礎上,本文涉及的中心控制室主站設計、配電間控制主站設計、預處理配電間控制子站設計、污泥脫水間控制主站設計、加氯加藥間控制主站設計、濾池操作間控制主站設計等內容,則提供了可行性較高的 雷達物位計系統設計路徑。結合相關實踐可以發現,研究設計的 雷達物位計系統在水質處理控制效果層面較為理想,但在能耗控制方面存在一定不足,這類不足的解決屬于筆者下一步研究方向。

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