PLC系统在小型城市生活污水处理厂中应用

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摘要：随着科学事业的逐渐发展，厂房高楼的逐渐增多，水短缺问题越来越严重。随着人类的破坏，原来的那个蔚蓝色的“水晶球”已经不再明澈，不再蔚蓝，水处理已成为社会首要解决的问题之一；根据环保部门要求在满足排放标准的条件下，如何根据生活污水规模、人员配置，节省造价，满足生产的情况下实现全面控制、监视成为设计人员的指导思路。

关键词：plc；生活污水；小型城市；

中图分类号:TU2文献标识码：A

1概述

小型生活污水处理厂规模相对较小，日处理能力1~10万吨/日，主要收集城市生活污水，负责收集、输送、提升、处理和排放等部分。以4万吨奥贝尔氧化沟处理工艺为主，根据此工艺的特点确定三个控制子站：变配电间控制子站、污泥处理控制子站、深度处理控制子站，各控制子站与中央监控系统之间采用工业以太网主干环网，形成县级城市生活污水处理厂的自动化控制系统。

2 自动化控制系统的组成

小型生活污水处理工程的系统组成，由管理层、工艺控制层和现场总线层三层组成，具体见下图1：

图1自控系统结构图

2.1 管理层

综合楼设中控室，配置数据及网络服务器，操作站、网络打印机、故障机图表打印机、UPS、光端交换机、SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统，即数据采集与监视控制系统、组态软件、数据库软件及实验室计算机，通过网络设备构成管理层，管理层网络采用TCP /IP通讯协议，负责整个自控系统的监视、控制、管理。

管理层采用100M光纤以太网，系统的通讯服务器采用双机热备方式。在正常工作时，服务器采集接受各种数据和控制命令的输出，在主机发生故障时，热备机能够切换至主机工作。

操作系统为实时多用户网络操作系统，具有文件管理、文本编辑、在线诊断、支持数据的显示及打印功能。

监控软件为开放、实时、分布、关系型数据库结构式软件，可实时对厂内数据的采集、处理、分类、储存。自动生成报表，同时能进行日报、月报、年报的统计和打印。

管理层设置有一个操作员站，能上传数据至上级主管部门。

管理层控制整个污水厂的运行，通过在线仪表监测进水水质和出水水质，显示、累计污水厂各个工艺设备的运行参数，根据水质状况实时变化设备的运行，保证污水厂的安全、经济、有序、高效运行。

2.2 控制层

控制层对控制范围内的区域可独立完成工艺设备的参数监测和设备控制。通过100M光纤环网传输，实施数据的交换，控制设备的运行，如曝气机的变频运行，根据氧化沟内外沟的溶氧参数、加药泵的运行台数根据进出水水质实时采用闭环控制等。

控制层是管理层及现场层的纽带，控制层的稳定及传输速率对整个系统起到关键作用，因此要求网络通讯波特率大于等于100Mbps，通讯距离大于等于5公里，宜采用单模光纤穿管敷设。

2.3 现场层

根据根据工艺流程图如图2确定PI&D （Piping & Instrument Diagram） 系统原理图：

根据工艺的特点确定厂区三个控制子站：变配电间控制子站、污泥处理控制子站、深度处理控制子站。

1#变配电间控制子站（PLC1）设置于配电间控制室，负责粗格栅、进水泵房、细格栅、旋流沉砂池、进水流量井、进水仪表小屋、变配电间、二沉池、氧化沟、厌氧池。

2#污泥处理控制子站（PLC2）设置于脱水机房控制室，负责脱水机房、污泥泵房、出水仪表小屋。

3#深度处理控制子站（PLC3）设置于分配电室控制室，负责加药间、中间提升泵房、混合反应池等

反硝化深床滤池、紫外消毒等设备自带PLC采用总线制通讯与系统连接。

图2工艺流程图

现场层多采用Profibus总线,它是一种应用较广的开放式总线，它的Profibus-DP系列被大量采用。

现场层直接采集仪表数据、控制设备的运行，主要设备有、可编程逻辑控制器（PLC）、触摸屏、PLC柜、工业以太网光端交换机、UPS（不间断电源）、PLC编程软件、触摸屏支持软件等。

3 主要设备控制方式

全厂工艺设备实现以下控制方式：

控制优先级别由高到低位依次为：现场手动模式、就地检修维护、遥控模式、自动模式.

进水泵的控制根据吸水井中液位自动控制泵的开/停及运行台数，PLC按照进水流量检测值自动控制变频调速泵的运行转速，进水泵根据水位的变化自动轮换运行。

粗细格栅根据前后水位差控制，当格栅水位差值达到预先设定值时，启动格栅机自动运行。根据进水中杂质情况，可在控制室主机上通过输入设备人工设定或修改粗细格栅前后水位差的设定值。

粗细格栅机也可根据时间周期控制，即格栅机每隔一段时间运行一次，每次运行时间周期可根据进水杂质情况在控制室设定或修改,同时当进水渠道中的方形闸板关闭时粗细格栅应停止运行。

皮带输送机与粗细格栅机联动控制，联动控制时粗格栅机启动后应启动皮带输送机联动运行；粗格栅机停止运行后，应延时停止皮带输送机运行。

旋流沉砂池搅拌机根据进水流量及来砂量自动调节转速，保证沉砂效果。并与PLC1进行数据通讯，其设计应能保证足够的过载保护以防止设备损坏。沉砂池设备按时间周期一步化控制，时间周期应24小时可调。

潜水搅拌器按事先设计好的程序连续运行。PLC应累计每台推进器的运行时间，在设备运行达到运行周期后应停止该设备的运行并对设备作一次全面的检修。

二沉池吸泥机按事先设计好的程序连续运行一步化操作。

氧化沟的表面曝汽机控制根据内外沟的的溶氧及出水TP、TN-NH3自动控制表面曝汽机开/停及运行台数，PLC按照溶氧检测值自动控制变频调速曝汽机的运行转速。

回流污泥泵自动控制时,根据进水流量，按照污泥回流比值自动控制回流污泥泵的运行转速,保证污泥回流量。

剩余污泥泵自动控制时，根据储泥池液位自动控制剩余污泥泵运行。

在编制潜污泵控制软件时应设置潜污泵的检修周期使潜污泵能得到及时的维护及保养延长潜污泵的使用寿命。

污泥脱水为成套设备，配套的控制系统能根据污泥量自动控制设备的运行，根据污泥量及污泥含固率自动控制加药量，同时此系统能按设计要求的标准通用通讯协议连接到控制室PLC上，将设备运行状态，故障状态，加药量等参数送至控制室，在控制室能对设备故障，加药量等重要参数设置报警功能，并能在污泥浓缩及脱水系统设备出现故障时停止设备的运行。此控制系统由设备制造厂提供。

反硝化深床滤池设有进水阀门、气动阀门、反冲洗泵、鼓风机等设备，根据设备自带程序控制，由正常处理及反冲洗两个过程交替进行。滤池一般一天反冲洗一次，当滤池的堵塞程度达到极限，即滤床压力差达到设定值时，滤池提前进入反冲洗。

紫外消毒自带PLC系统，根据水量自动开启紫外灯管数量，处理水中的微生物。

3、总结

小型城市生活污水处理厂PLC系统采用此方式层次分明、有利于调度管理、可减少值班人员，降低成本；采用光纤环网、冗余结构、提高运行可靠性，增强系统的可扩展性；采用Profibus总线，自适应性强，接线、维护等简单方便，开放式接口，可与主管部门直接联络。

4、参考文献

[1] 李胜海主编,城市污水处理工程建设与运行.安徽科学技术出版社，2011.9

[2] 夏畅斌.污水处理机械化及自动化.北京:化学工业出版社出版社,2008.

[3] 宋延民,贾方亮等. 污水处理系统的电气控制[J].电气传动杂志,1997.

[4] 陶俊杰.城市污水处理技术及工程实例.第二版. 北京:化学工业出版社出版社,2005:62-66.

[5]黎一强.PLC技术在生活污水处理及回用系统中应用[J].自动化技术与应用,2008,27（8）:123-125.