自控技术在污水处理中的应用

作者：合肥三立自动化工程有限公司 蒋厚祥

欢迎访问e展厅 展厅 3 环保设备/水处理设备展厅 噪音控制, 紫外线杀菌器, 反渗透装置, 粉尘过滤器, 除尘器, ... 安徽省铜陵市新民污水处理厂工程按一期10万m3/d，二期20万m3/d处理能力设计。该文介绍的工程是一期工程的计算机自动化系统，并为二期工程预留接口，以便将来扩充时可以方便地进行系统的联结。包括计算机自动化系统和工业闭路电视监控系统。 网络构成 新民污水处理厂计算机自动化系统由自动化控制系统和自动化办公系统组成。整个系统是综合了计算机技术、自动控制技术、网络通信技术、图像显示技术于一体的全分布式开放型集散控制、管理系统。 整个系统分为三层: 上层为生产调度层，第二层为中间监控管理层，下层为现场测量控制层。 生产调度层由两台网络服务器，一台以太网网络交换机及工程师站、化验室、厂领导办公室的若干计算机终端组成一个局域网，主要负责整个污水处理厂的生产调度、办公自动化和网站维护工作。 中间监控管理层由两台互为热备冗余的工控机（包括22"大屏幕显示器）、UPS电源、多媒体投影仪、中控室操作台、网络机柜、光端交换机等组成。它是全厂的控制中心，通过光纤环网实现与现场测量控制层的通讯，集中显示分散在现场的PLC站和仪表所采集的各种工艺数据，操作人员根据现场设备运行状况及工艺要求，发出主控指令传达到现场测控层，并通过以太网把各种信息上呈到生产调度层。 现场测量控制层由三个PLC分站（包括子站），光纤环形以太网交换机、现场触摸屏及32套现场检测仪表等组成。它负责采集现场设备的工作状况、故障状况及各种工艺参数，对采集到的信息进行分析处理后上传给中间监控管理层，并根据中控层的主控指令按工艺要求自动控制相应设备运行。在中控层或通讯出现故障时，能通过触摸屏控制现场设备的自动运行。 生产调度层和中间监控管理层之间通过星型以太网组成一个局域网,中间监控管理层与现场测量控制层之间通过光纤环型工业以太网实现数据通讯。采用光纤环型工业以太网结构，实现了通讯冗余。一旦通信线缆某处出现故障，通过通讯路由控制仍可保障通讯不中断。由于采用了光纤介质，通讯抗干扰能力、防雷能力大幅度提高，确保通信可靠。 全厂视频监控系统由二台数字硬盘录像主机、控制键盘、电视墙（以上设备布置在中控室）及布置在全厂各个监视点的摄像机、镜头、云台、防护罩、解码器及安装支架组成。所有摄像点的图像经视频电缆连接到硬盘录像主机，硬盘录像主机一方面可将视频信号切换到电视墙显示，另一方面能对图像进行存储、回放，通过控制键盘实现对各个监视点云台的转动，图像的切换、控制，有画面丢失报警以及当现场有外物侵入影响安全时的报警输出功能。并可通过以太网将图像信息送到生产调度层，并可通过计算机对其进行远程控制。 网络的主要设备硬件配置 操作员站的两台控制主机选用的是美国APRO工控机，型号为QPRE-4200 ；光纤网络交换机采用台湾MOSA的ED6008环型以太网交换机，其中有两对光口，6个RJ45口；触摸屏用的是台湾人机公司生产的EASYVIEW 系列产品，型号为MT510T、10.4英寸真彩色触摸屏。 可编程控制器（PLC）选用的是美国通用电气公司的GE 90-30及Versamax系列，分三个控制分站，其中，PLC1分站配置的是GE 90-30，主机架为10槽可扩展机架，本地扩展一个5槽机架，两个生化池上扩展二个5槽的远程机架，距离为190米。开关量为256点，模拟量为96点；PLC2的主站配置的是GE 90-30系列，3个子站选用的GE的Versamax，每个子站控制一台鼓风机，且PLC2分站设一台控制计算机完成数据的处理和参数的显示；PLC3选用的是GE的Versamax，主要监控提升泵的运行和提升泵房变电站的参数。视频部分的两台硬盘录像主机选用的英国DM公司的DX16C 16路视频主机，室内外彩色摄像机也选项用DM公司的高精度摄像机。 工艺介绍 城市污水处理厂的主要处理对象是COD、BOD、SS和氮、磷等污染物。生物处理部分是城市污水处理厂工艺流程的核心部分。处理过程一般经过二级或三级处理。污水预处理和初级处理即污水的一级处理，所去除的对象，就是这一类物质，通常使用的是格栅、沉砂池和初沉池等。 生物化学处理是利用微生物处理污水中有机污染物的一种工艺，因而也称之为污水的生物处理。在有溶解氧的条件下，污水中所含的有机物进行着合成和分解的代谢活动，在这种活动中，有机物质被微生物利用，得以降解后去除。同时，需要不断补充新的微生物，以维持曝气池中所需的工作主体 —微生物(活性污泥），与系统中剩余的活性污泥相平衡。 在这个系统中，不断地向曝气池中注入空气，为微生物提供呼吸所需的氧气，并使污泥、污水互相充分混合。这样，微生物处于好氧状态并与周围的营养物质充分、均匀地接触，使得生化过程得以正常进行。 系统控制方式 中央控制室的核心设备是二台监控管理计算机。他们互为热备，其中一台为主控机，另一台处于热备状态并随时检测主控机的工作状态，一旦主控机出现故障，立即自动接过主控权上升为主控机。这样可确保主控任务不间断，可靠性大大提高。 整个自动化系统采用现场手动、触摸屏控制、远程计算机控制三种运行模式。以现地手动控制的优先级最高，当控制选择开关打在手动时，由现场按钮箱手动控制设备运行，触摸屏、远程计算机控制被屏蔽（具有互锁功能），只能监视而不能控制。现场手动控制只是在现场调试、检修或自动控制出现故障时采用。 远程计算机通过光纤以太网从各PLC分站采集各种实时运行参数，掌握各设备动作情况，收集报警信息 ；对实时数据和历史数据按要求进行筛选整理，并存入数据库。实现对全厂设备以及工艺参数的监测、控制、管理。 ◆ 进水泵控制：进水泵数量为5台，其开、停是根据进水池中污水的液位来控制的，在进水池的上方安装有超声波液位探头，然后人为将液位分为几个区段，当液位达到第一段的上限时，起动1#泵；当液位达到第二段的上限时，再起动2#台泵；依此类推。当液位低于某一段的下限时，停掉一台泵，直到恢复到初始状态为止，之后5台泵自动做一个循环，当液位达到第一段的上限时，起动2#泵；当液位达到第二段的上限时，将起动3#台泵；以保证每台泵都能正常运行。并且每个区段的上、下限都可在上位机中进行修改，上位机可显示进水泵的运行状态、电流值、故障信号等。 ◆ 粗、细格栅控制：格栅机控制可在监控计算机上设置液位控制和定时控制，当采用液位控制时，是靠格栅的前后水位差来控制格栅机的开停，当水位差大于设置的水位的上限时，计算机发出一个启动命令给PLC，控制相应的格栅机的启动 ；水位差小于设置的下限时，格栅机将停止运行。当采用定时控制方式时，格栅机将根据计算机设置的间隔周期、运行时间自动运行。 ◆ 鼓风量控制：对鼓风量的控制主要是对进风调节闸的控制，通过溶氧仪对曝气池中DO进行检测，将检测到的信号送到相应的PLC子站中，监控计算机根据进水量、水中的DO值及相应的数学计算模型，输出控制信号来控制调节阀门开度的大小，从而调整水中氧的含量。 ◆ 污泥回流的控制：污泥回流泵的控制主要是通过回流比来控制的，回流比是回流污泥量与入流污水量之比。回流污泥量指的是从二沉池补充到曝气池的污泥量，它是活性污泥系统的一个重要控制参数。通过有效地调节污泥的回流量可以调节工艺运行状态。计算机将采集到的进水流量和污泥的回流量进行比较，再根据设置的回流比，通过计算机的处理输出一个信号给PLC，PLC将处理过的信号输出给回流泵的变频器，使回流比接近设定值，从而达到自动控制的目的。 当曝气池中污泥浓度增加到某一设定值后，由剩余污泥泵将一部分污泥送到剩余污泥池中，再由脱水机进行脱水处理。 软件的使用 中央控制室的监控计算安装有WIN2000专业版系统软件、INTOUCH 7.0组态软件，服务器中安装有WIN2000服务器版系统软件及SQL2000数据库软件。在PLC2分站的计算机安装有WIN2000专业版系统软件和IFIX 3.0组态软件，主要完成对鼓风机的数据采集和控制。PLC用的是GE公司的Versapro 2.03编程软件，该软件是基于WINDOWS基础上的为90-30 PLC，Versamax PLC 编程的软件，Versapro被设计安装在Win95、Win98和WinNT操作系统中。允许用户采用梯形图语言、结构化文本语言，指令表语言编写用户程序，软件结构采用结构化和模块化编程方式。 结束语：该自动化系统于2003年10月完工，已进入工程试运行阶段，经过几个月的试运行，系统比较稳定，并通过初步验收，各项指标均达到设计要求。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (11/25/2004)