某自动控制系统设计与实现

摘 要:阐述了污水自动化处理系统的重要意义,对污水处理自动控制系统设计与实现,提出了方案对策。

关键词:污水处理自动控制系统设计

中图分类号:TP273文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)06(a)-0110-01

1 引言

我国水资源分布不均,整体水资源紧张,对污水的循环利用要求越来越高。随着城镇化进程的不断加快,各地对污水处理的需求越来越大,污水处理的压力越来越大。在这种形势下,加大污水处理自动控制系统的设计、建设与运用力度,对提高污水处理能力和减轻环境压力具有十分重要的现实意义。污水处理自动控制系统主要通过工业用PC机对整个系统进行控制,同时相关单元利用PLC作为控制单元,实现对系统的自动控制。在中控室设置大屏幕实现对污水处理各个环节的实时视频监控,并可实现对各个监控点的实时显示、故障报警、故障诊断等。污水处理自动控制系统设计采用备份控制方式,正常情况下采用远程控制方式进行控制,近程控制方式作为备份方式,当远程控制手段出现异常时,迅速进行切换,实现控制的无缝对接。作为中央控制单元的工业用PC机与各关键节点PLC之间采用串行通讯方式进行数据交换,近距离的通讯采用双绞线进行通讯,长距离时选用光纤进行通讯。节点控制采用PLC控制,对于控制对象较多的关键节点,选用多台PLC进行控制,PLC之间数据交换通过内部链接寄存器,实现数据交换和共享。

2 杂物处理格栅单元控制与实现

设置格栅单元主要是用来除去水中粗大的悬浮物和杂物,确保后续处理设施正常运行。一般根据水源情况分别设有出格栅和细格栅两个步序,粗格栅去除去那些可能堵塞水泵机组及管阀门的较粗大的悬浮物,而细格栅用以去除粗格栅难以去除的呈悬浮物状的细小纤维。使用格栅单元时有以下几点需要注意:第一,由于污水水源来水量不确定,有时可能会出现断源现象;第二,水中大块杂质含量随季节性及白昼交替而变化;第三,启动格栅之前先启动螺旋输送机,结束时则逆序停止;第四,尽量提高格栅的利用效能,力求有水流动时才启动该单元系统。每台格栅前后安装有液位传感器,PLC根据液位传感器检测到的水位差值和时间设定,自动控制格栅除污机的运行;当水位差值超过设定值或时间设定值时,自动控制格栅和螺旋输送机按照预先编制的程序运行。设在前池的液位传感器将检测到的水位信号送到控制运算器,PLC根据检测值与设定值的差值来自动控制污水提升泵运行,既要保证水泵的安全,又要保证悬浮物和杂物不危害下级设施。

3 进水泵房单元控制与实现

进水泵单元控制打破传统的由人工进行控制,随意性大,容易发生生产事故的现状,采用水位传感器,实现对水位的自动检测、对比与控制。并设置延迟单元,减少电机的频繁开启与关闭,保持水泵的平稳开启与关闭,避免浪费电力,提高水泵的运行效率。如果采用恒液位变频控制,大多数是用在设备为一用一备的场合,一台变频器拖两台泵,通常是用在小型污水处理厂或者工业污水预处理过程中。对要求恒液位变频控制的采用一台变频控制,剩余的泵全部为工频控制,现场一台变频控制泵,两台工频控制泵,远期将再扩展两台工频泵;笔者所采用的控制方案,采用了简捷化设计,缺点是如果要实现恒液位控制,变频控制的水泵将长期运行,为了解决好这问题,在程序控制上进行了创新和改造,保证了其达到很好的运行效果。

4 鼓风机房单元控制实现

曝气系统由进气总管和曝气链组成,单条曝气链由特制弯管、夹布橡胶管、PE管、钢丝绳、EPDM橡胶管和橡胶膜管式微孔曝气器及配件组成。曝气链之间平行排列,互相之间留有一定的的间距,曝气时曝气链不会相互干扰,而且曝气均匀。每条曝气链由若干组曝气器单元悬挂在进气PE管(浮在水面)上的组成。曝气系统是一个严重滞后的控制系统,所以采用一般PID控制算法在该系统中很难实现,必须充分研究污水处理厂的现实状况,科学选定现场鼓风机的频率。当已经启动了一台工频鼓风机且变频鼓风机也达到了设定频率上限时,如果此时DO值还是低于2m/L,则提示报警,说明现场发生问题,由人工检查是否发生管路故障。同时,要强化对鼓风机的保护,如果在所有进气阀出现关到位状态时,则必须立即停止所有鼓风机;且如果现场没有进气阀处于开到位状态,但有半开状态信号,如果此种情况存在持续5s以上则也要停止鼓风机设备,确保设备安全。

5 加氯间单元控制实现

氯是污水处理中消毒的重要手段之一,由于氯气的独特的物理化学特性,必须要加强对加氯间单元的控制,确保设备安全运行,人员安全和消毒充分。加氯间设备共有两台轴流增压泵(一用一备),两套二氧化氯发生器。因为消毒过程采用的是负压原理,只有在负压达到一定的程度之后二氧化氯发生器才能其作用将消毒液和水混合达到消毒的目的,所以要采用顺序控制方式,即先启动轴流增压泵,约30s左右再启动二氧化氯发生器,停止时逆序,两增压泵都发生故障或者两个二氧化氯发生器都故障时,系统自动紧急停止。

6 脱水机房单元控制实现

脱水机房设备众多,有螺旋输送机、加药泵、清洗泵、进泥泵、除磷加药泵、搅拌器等设备。为了确保控制的稳定和可靠性,采用3组PLC对以上设备进行控制。脱水环节的基本程序是:进泥泵将浓缩储泥池的污水运输到脱水机;清洗泵将清洗脱水机滤波并消毒,水源来自加氯间单元的接触池;加药泵负责将PAM池中的药剂运输到脱水机;除磷加药泵用于改良SBR池在必要的时候进行化学除磷。PAM池搅拌器不影响系统的全自动运行,但只要处于自动控制状态下将和脱水机同时启动,也可以切入到点动或近控状态下由人工操作。

7 故障报警系统的设计与实现

为确保下游水质安全和设备人员安全,笔者在该自动控制系统中设计了3级故障显示报警系统,Ⅰ级设置在控制现场各控制板,用指示灯指示设备正常运行和故障情况,当设备正常运行时对应指示灯亮,当该设备运行有故障时指示灯以1Hz的频率闪烁。为防止指示灯灯泡损坏不能正确反映设备工作情况,专门设置了故障复位/灯测试按钮,系统运行任何时间持续按该按钮3s,所有指示灯应全部点亮,如果这时有指示灯不亮说明该指示灯已坏,应立即更换,该按钮复位后指示灯仍按原工作状态显示设备工作状态。Ⅱ级故障显示设置在中心控制室大屏幕监视器上,当设备出现故障时,有文字显示故障类型,工艺流程图上对应的设备闪烁,历史事件表中将记录该故障。Ⅲ级故障显示设置在中心控制室信号箱内,当设备出现故障时,信号箱将用声、光报警方式提示工作人员,及时处理故障。在处理故障时,又将故障进行分类,有些故障是要求系统停止运行的,但有些故障对系统工作影响不大,系统可带故障运行,故障可在运行中排除,这样就大大减少整个系统停止运行时间,提高系统可靠性运行水平。

参考文献

[1]张伟,许春莲.PLC与组态软件在污水处理装置性能评价系统的应用[J].可编程控制器与工厂自动化,2011(1).

[2]汪小澄,肖志怀.PLC在一级污水处理厂中的应用[J].微计算机信息,2001(1).

[3]王芳.污水处理厂自动控制系统的建立[J].机械工程与自动化,2010(12).

[4]陶炳坤,贾辉然,张少华.基于可编程控制器的工业污水处理自动控制系统设计[D].河北科技大学,2007.