基于PLC控制的污水處理系統
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【摘 要】隨著人們環保意識的提高,污水處理日益受到重視,本文介紹污水處理的相關工藝和技術難點,從系統的硬件和軟件方面闡述了基于PLC的具有遠程控制功能的集散控制系統,使得污水處理系統的自動化程度大大提高。
【關鍵詞】PLC 自動控制 污水處理 工藝流程
中圖分類號:TB495 文獻標識碼:A 文章編號:1003-8809(2010)-08-0207-01
隨著我國經濟的快速發展,環境污染問題我們不得不面對,在國家提出“兩型社會”的背景下,保護環境,特別是污水處理問題,是我們的首要任務。水資源短缺和污染嚴重,越來越多的提升了國家對水環境的保護意識,對污水處理過程的自動化,不斷提高控制技術和先進設備,監測以及污水處理工藝,以滿足環保要求。如何有效地再生水資源成為了一個重要問題,因此,污水處理系統尤為重要。
一、污水處理工藝
不同的污水處理對象,不同的污水處理環境,將需要有不同的污水處理工藝來處理。因此, 在選擇污水處理工藝的時候,必須要認真考慮當地污水的情況,以及實際的污水處理的環境。
1、常用的污水處理工藝。目前, 污水處理的方法一般以生物處理法為主,輔以物理處理法和化學處理法。常用的污水處理工藝有以下幾種:傳統活性污泥法。傳統活性污泥處理法是一種最古老的污水處理工藝,其污水處理的關鍵組成部分為曝氣池與沉淀池。
2 、污泥處理工藝。污水生物處理過程中將產生大量的生物污泥,有機物含量較高且不穩定,易腐化,并含有寄生蟲卵,若不妥善處理和處置,將造成二次污染。工程污泥處理工藝采用機械濃縮、機械脫水方案,處理后的污泥含水率均能達到80% 以下。 而污泥穩定的常用工藝包括:厭氧消化、好氧消化、熱處理、加熱干化和加堿穩定。
二、自動控制系統設計
污水處理復雜的工藝環節決定了控制對象既有開關量又有模擬量,既有順序控制又有實時控制,既有開環控制又有閉環控制。在系統運行期間有大量的參數需要加以檢測和控制,而且各種設備的地理位置相隔都比較遠,地理上分散分布提高了對控制系統的要求。
1、系統方案設計。本控制系統的結構設計為是以集散控制系統形式為基礎的網絡結構,系統的設計綜合考慮了水處理過程控制的可靠性,人機交互的友好性和處理過程中的信息傳輸管理三個方面的因素?，F場控制層有4個控制站組成,相互之間獨立工作。1# 控制站負責加壓泵站的控制,控制泵池的各電氣設備的啟停和數據采集功能;2# 控制站負責綜合調節池和厭氧池的控制;3# 控制站負責氣浮設備間的控制,包括接觸氧化池、 加藥一體機的控制和排水指標的檢測, 這部分是系統的核心部分及其考核指標;4# 控制站負責污泥處理間的控制。每個現場控制站通過工業以太網交換機與操作站通訊,并可以獨立于操作站完成控制任務,具有本地和遠程操作的功能,使控制站具有較高的可靠性和穩定性。
遠程信息監視層的主要功能是監視排水指標是否達到要求指標。遠程信息監視層與操作站之間通過GPRS 通訊,污水處理排放關鍵數據由工程師站存儲到數據庫中,并發送到遠程監視層,供環保部門監視分析。整個控制系統采用模塊化設計,可以單獨優化各自的任務,無需對整個系統進行升級。
2、遠程操作。操作站和工程師站組成該系統的顯示操作層,操作站通過以太網與現場控制站連接,應用OPC協議進行通訊,實現數據的通訊。操作站軟件由監控部分和系統管理部分組成。監控部分對于所有用戶都是開放的。該控制系統有四個現場PLC控制器、一個GPRS無線傳輸通訊站和2臺上位機,現場控制器通過局域網與操作站連接,由TCP/IP協議作為承載協議。
對計算機監控系統來說,用戶需要對現場設備的數據和運行狀態進行實時的監視和控制,從而能夠快速地查找到現場的設備故障,提高勞動生產率。
3、現場控制?？刂普静捎玫奈鏖T子公司的S7-300系列PLC,控制層由4臺控制站組成,每個控制站對運行工況進行實時監控,包括現場傳感器、水泵、閥門、變頻控制柜中各信號。控制功能包括對變頻器轉速的智能控制水泵、閥門的開關主、備用鼓風機、水泵的切換系統信號檢測和故障報警等。
4、總體流程。根據系統的控制要求,控制過程可分為手動控制功能和自動運行功能。在手動控制模式下,每個設備可單獨運行,以測試設備的性能。處于自動方式時,系統上電后,按下自動啟動確認后系統運行,系統開始工作,其工作過程包括以下幾個方面:①系統上電后, 按下自動啟動確認按鈕, 啟動潛水攪拌器和刮泥機。②啟動污泥回流系統。③啟動潛水泵。④啟動細格柵系統。⑤啟動污泥脫水系統。 ⑥啟動曝氣沉砂系統。 ⑦啟動粗格柵系統。 以上工程過程并不是順序控制方式, 而按照檢測到傳感器狀態進行啟動。
三、實例
某縣城2008年年底開工建設污水廠一座,主要用于處理該縣生活污水和部分工業廢水,處理污水規模1萬立方米/日,總投資近四千萬。該污水廠采用一體氧化溝技術,其處理工藝及主要處理構筑。
控制系統包括現場手動系統和自動控制系統兩部分自動控制系統要求由兩臺西門子S7- 300PLC完成對整個污水處理系統的控制,中央控制室上位機通過以太網收集現場相關信息并顯示 操作人員通過上位機監控界面和安裝在電器柜上的觸摸屏查看整個污水處理系統的運行情況及設備狀態,設定系統自動運行的相關參數,并可以對系統中的設備進行遠程手動啟停控制控制系統軟硬件設計手動控制系統完全基于常規電氣控制設計完成,自動控制系統的軟硬件設計。
控制系統硬件設計。根據系統設計要求和現場開關量分布情況,用一臺 S7- 300PLC 設置在控制柜 I內,在控制柜II內設置遠程IO 這樣既減少了硬件投入成本,又免去了兩個PLC之間通信的問題。
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