以可编程控制器为核心的城市污水处理系统设计
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇以可编程控制器为核心的城市污水处理系统设计范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘要：在水资源短缺日益突出的今天，加快推进节水技术改造，发展污水处理回用，提高城市污水处理回用比例已成共识。本文通过对某城市污水处理工艺进行分析，提出以PLC为核心，构建格栅过滤、酸碱中和、泥水分离等多设备、多环节综合控制系统，实现污水自动处理。
Designing Operating System of Sewage Disposal Based on PLC
Ye Jiangting
(Huanggang Polytechnic College Hubei Huanggang 438002)
Abstract: It has been the social common sense to accelerate improvement of the water-saving technology, develop technology and proportion of sewage disposal and reuse, with water shortages becoming increasingly prominent. This paper analyzes the sewage disposal technology and proposes that taking PLC as the core, the equipments such as grille filter, acid-base neutralization and slurry separation equipment should be built up to dispose sewage automatically.
Key words: programmable logic controller, sewage disposal, design of operating system
中图分类号： TM571 文献标识码：A 文章编号：
水是生命之源、生产之要、生态之基，当前我国水资源面临的形势十分严峻，水资源短缺、水污染严重等问题日益突出，已成为制约经济社会可持续发展的因素之一，为了保持污水处理过程的稳定性、可靠性和及时性，社会对污水处理特别是城市污水处理控制提出了更高的要求。[1]本文以鄂东某城市污水处理为例，对基于可编程控制器的城市污水处理系统（以下简称系统）进行设计。
1.城市污水处理要求
某城市位于鄂东南地区，城市中心区设计人口5.2万人，经前期调查、收集、计算得到的部分基础数据为：日均污水量85792m2, 混合污水水质SS=160.1mg/L, BOD5=179.8mg/L。根据污水综合排放标准（GB1978―1996）可知：悬浮物为30mg/L，BOD5为30mg/L，该结果符合国家综合排放标准中的二级要求。要求处理后出水水质取：悬浮物11.6mg/L，BOD5 10.0mg/L。
2. 处理工艺流程的选择与确定
2.1工作流程选择由于与工业污水相比，城市污水的水质变化相对的较少，基于水质检测情况，确定对该城市污水处理采用SBR-CAST（Sequencing Batch Reactor ―Cyclic Activated sludge Technology）处理工艺，即：一级预处理（物理法），二级生化处理（生物法），三级污泥处理。处理工艺流程见图1。[2]
（图1：城市污水处理工艺流程图）
2.2工艺环节分析上图中的城市污水处理是一个复杂的生化反应过程，它主要包括进水、中和反应、曝气、沉淀以及排水等环节。具体处理过程是：将进水阀打开，先对污水进行粗细格栅过滤后进入集水池（包括初沉池、曝气池和二沉池等）；当集水池中的污水达到一定量时，停止进水，并对其进行酸碱中和反应。同时打开空气阀门、启动鼓风机，开始曝气，在潜水搅拌器与回流泥水泵的共同作用下，对集水池中的污水进行均匀搅拌，使其反应完全；然后关闭以上设备开关，开始重力沉淀和泥水分离；当沉淀一段时间后，将上层的清夜缓缓排出集水池，最后将沉淀的污泥排入污泥池。
3.系统设计
3.1 基本要求根据工艺要求，系统配置在满足上述工艺要求的前提下，避免华而不实的过高配置，同时提高系统自动化程度，减少定员数量，减少系统运营成本，提高污水处理厂经济效益，提出如下基本思路：
（1）根据工艺要求将系统分泵站自动控制系统、污水处理自动控制系统和污泥处理自动控制系统三部分组成，并采用基于PLC的现场总线型集散控制系统，遵循集中管理、分散控制、资源共享原则。
（2）监控室内设二台冗余的监控管理计算机，两套计算机可分担不同功能，故障时可互为热备，计算机配有彩色显示器，打印机，键盘等。
（3）将系统分生产管理层、监控管理层和现场控制层等三级，系统拓扑图见图2。现场控制PLC与监控管理计算机间采用10/100bit/s工业以太网通讯。
（4）根据工艺要求，合理设置水质监测、压力测量、流量计量、熔解氧检测、液位检测等仪表位置和数量，并能对相关工艺参数和主要设备工作状态进行监控。
（图2：污水处理控制系统拓扑图）（图3：污水处理控制系统框图）
3.2系统设计
3.2.1 系统框架设计 根据处理工艺要求，结合污水处理过程中各监测点和被控制对象，确定系统框架，如图3所示。
3.2.2系统硬件配置在系统硬件构成中，PLC是整个控制系统的核心，PLC硬件选择西门子的S7-300系列PLC CPU 315-2DP。CPU 315-2DP是带现场总线SINEC L2-DP接口的CPU模板，可用存储卡扩充装载存储容量最大到512KB，最大扩展1024点数字量或128个模拟量，可满足本系统要求。[3]
同时，系统还有现场信号输入、驱动、执行机构等设备组成。系统的基本输入单元是系统的启动、集水池高低液、曝气池的高低液位以及循环工作按钮等输入信号；基本输出单元是粗格栅、细格栅、皮带运输机、抽水泵、搅拌机、酸碱阀，进水阀、鼓风机、回流污泥泵、污泥泵等输出信号，系统是通过PLC和系统的I/o点数来实现控制目的。具体I/O点数见表一，表中点数多少也可根据污水处理厂规模和设备数量进行适当调整。
对于电磁流量计、PH/T分析仪、悬浮物浓度计、溶氧仪、COD分析仪、压力变送器、泥位检测仪、污泥浓度计、超声波液位计等自控仪表选择具有免维护特性、有自动清洁、清洗功能、能现场显示监测数据的设备，降低其运行维护工作量和费用，为系统特别在线监测系统长期可靠的运行提供了技术保证。例如：电磁流量计选择江苏顺通仪表有限公司ST-LDE型设备。
耗能设备如鼓风机、动力泵等设备选高效产品，为节能创造有利条件。
3.2.3系统软件设计系统的软件设计是通过设计PLC程序实现对污水处理系各个环节和设备进行控制，并上传数据。按照城市污水处理工艺流程，系统软件设计主要包括污水监测系统设计、泵站控制系统设计和污泥处理系统设计。其中污水监测系统设计主是实现污水处理水质数据实时采集、显示，泵站控制系统设计包括粗、细格栅与皮带运输机控制程序设计、集水池控制程序设计、SBR生化反应池控制程序设计、脱水与剩余污泥泵控制程序设计等。
（1）以污泥泵控制为例介绍设备控制及工艺处理过程
为保证集水池中活性污泥浓度在工艺生产要求的范围内，采用比例控制的方式进行工艺控制。根据集水池的进水量运行计算回流污泥时间，实现进水量与回流污泥量的合理配比，保证生物处理的质量。剩余污泥由剩余污泥泵控制。控制程序流程图见图5。
（图5：污泥泵控制流程图）
（2）利用组态软件监控系统运行和污水处理过程
系统采用工控机控制、监视和管理，现场采用PLC将过程控制信息和实时监测数据通过总线通信方式与工控机连接，工控机将系统数据进行记录。系统利用组态王软件中内置的驱动程序，在组态软件中构建一个虚拟PLC等设备，并使虚拟设备的型号与实际使用中的SIEMENSPLC等设备型号一致。系统通过组态软件映射真实动力泵设备、监测仪表之间的通信协议，通过软件显示通信畅通与否，监控污水处理。
系统设计中需注意的几个控制条件
一是系统中的粗细格栅是用来去除污水中悬浮物的，格栅除污机是由时间间隔来控制的，将格栅过滤出来的悬浮物通过皮带运走。
二是集水池水位上升至高液位，将水泵关闭，由PH/T分析仪检测并按设定条件控制酸、碱阀门。
三是利用溶氧仪对污水中的溶解氧浓度进行在线检测，并按设定条件控制鼓风机的开启数量实现精确曝气，并节约动力消耗。
四是曝气池中的液位达到低液位时，由超声波液位计的液位信号控制污泥泵启动，排除污泥。
本系统是基于PLC技术设计的城市污水处理系统，经实践证明不但运行可靠、污水处理效果明显，污水处理效率和速度高，实现控制自动化、精细化和智能化，而且大大降低了人工操作的工作量，在城市污水处理控制中可借鉴和推广。
参考文献：
[1]中华人民共和国国务院.国务院关于实行最严格水资源管理制度的意见[Z].2012-1-12.
[2]李为.城市污水处理工艺的能耗评价体系研究[D].西安建筑科技大学，2010（05）.
[3]西门子股份有限公司.SIMATICS7-300硬件和安装手册[Z].西门子股份有限公司，2003（02）.
[4]邱广远.PLC在污水处理中的控制系统设计――双恒压供水系统的程序设计 [J].知识经济，2011（11）.
作者简介：叶建亭,男,75年11月生，湖北蕲春人，本科/工程硕士，黄冈职业技术学院,讲师,研究方向：可编程控制技术应用，教学管理。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。