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污水处理厂的PLC控制系统设计.doc
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污水处理厂的PLC控制系统设计.doc
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污水处理厂的 PLC 控制系统设计
——污泥运输机的 PLC 程序设计
1 污水处理工艺流程
1.1 工艺流程图
图 工艺流程详图
图 工艺流程简图
1.2 对工艺流程的阐述
首先从厂外污水泵站提升到污水处理厂的污水,经过粗格栅,去除污水中较大的垃圾、漂浮物;通过 台
和 台 的污水泵将污水提升到细格栅,将较小的漂浮物去除;在沉砂池搅拌、除砂;然后进入生
化池进行厌氧、耗氧处理,经沉淀池泥水分离,上层澄清液作为净化后的清洁排放水;沉淀下来的污泥一部分回
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流到生化池再生利用,一部分作为剩余污泥回流到污泥浓缩池,进一步浓缩,通过污泥处理系统,把泥浆态的污
泥脱水、压滤,形成干污泥饼(如图 所示)。
1.3 主要设备的组成及控制方式
1.3.1 主要设备
活性污泥法的曝气方式可分为两大类:鼓风曝气及机械曝气两大类。鼓风曝气系统的主要设备是鼓风机
及扩散系统。小污水厂的鼓风机一般采用罗茨风机及小型离心 风机。分散系统一般采用微孔曝气器。但必须是
适应于间歇曝气的运行方式。鼓风机往往安装在 池旁边,以减少管路系统的造价。由于污水厂较小,一般
不设 鼓风机房,仅在鼓风机上设罩棚。这主要适用于厂矿企业的污水处理厂,不严格控制噪音的情况。如果污
水厂毗临生活小区,若采用鼓风曝气则必须建鼓风机房, 同时还要有相应的降噪措施,这样情况下宜采用机械
曝气方式。
1.3.2 设备控制方式
污水处理厂的设备均采用三级控制方式,即现场控制方式、 控制方式和微机控制方式。目前,以
控制为基础, 控制为主导的控制方式始终处于工业自动化控制领域的主战场,为各种各样的自动化控
制设备提供了非常可靠的控制应用。其主要原因,在于它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决
方案,适合于当前污水处理厂对自动化的需要。
控制系统采用“双入单出”的模糊控制器。输入量为 值给定值与测量值的偏差 以及偏差变化率 ,
输出量为向加药泵供电的变频器的输入控制电压 。控制过程为控制器定时采样 值和 值变化率与给定值
比较,得 值偏差 以及偏差变化率 ,并以此作为 控制器的输入变量,经模糊控制器输出控制变频器
输出频率 ,从而改变加药量使 值保持稳定。
1.4 粗格栅、细格栅、提升泵房的设备控制
粗格栅、细格栅的控制分为现场控制和远程控制两种模式。远程控制模式由 和上位机实现,它包括
微机手动和微机自动,而微机自动控制方式为:( )水位差控制方式,通过格栅机运行液位差计的测量值用来
反映格栅阻塞程度,并传输到 控制器,进行分析计算。当液位差超过预设的数值,控制格栅运行;( )时
间设置控制方式,在上位机的 组态软件中设置格栅机运行时间和停机时间,经 控制器的程序运
算指挥 对格栅机进行控制。
提升泵运行控制以远程控制为主。某污水处理厂有两个提升泵站,每
个泵站设有一个 工作站与厂主站联络(如图 所示)。
图 各子站联络图
它们距污水处理厂约 ~ 公里。为实现进水提升泵的远程自动控制的安全、可靠,水位测量和提升泵的流
量测量和数据分析、传输、控制等设备是不可缺少的,所以在进水泵房处安装了液位计,测量泵井的水位;
每台提升泵的提升管安装电磁流量计,测量每台提升泵工作的瞬时流量;
两个 工作站分别担负各泵站的设备控制、设备保护、数据采样、远程数据传输等作用。根据测量值对应控
制程序,自动控制提升泵的运行组合。这样可以根据厂外来水量准确及时地调整泵运行数量,减少设备疲劳;同
时可以取消传统泵站三班倒的人力资源耗费。
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1.5 沉砂池、生化池、沉淀池、污泥回流泵房和鼓风机房的设备控制
砂搅拌器的自动运行通过进水电磁流量计控制,而抽砂泵的运行状态是由微机对其开、停时间的设置控制的 。
生化池厌氧区的搅拌器、沉淀池的吸刮泥机、污泥回流泵房的阀门和回流泵都是由微机触发指令通过 控制。
生化池好氧区的 计、 计、 计、空气调节阀和 ! 鼓风机是污水处理的重要设备。曝气
池溶解氧的控制、厌氧段与好氧段的控制、污泥浓度的控制是污水处理厂工艺的核心。该系统控制思路: 通
过对 的检测,自动调节空气阀的开度;当检测到空气阀的调节不能满足 的需要时,再着行调整鼓风机的
出风导叶片的开度(目前各污水厂在该系统的应用都不理想,主要问题是溶解氧的测量值滞后、不稳定及空气阀
门的选型); 检测 计、 计、 计的值传送上位机进行数据分析,实时掌握厌氧段与好氧段、
污泥浓度等状况,及时调整工艺控制。
1.6 脱水机房
脱水机房的设备主要担负由污泥提升泵将回流泵井的剩余污泥与污泥絮凝剂按比例混合进行脱水处理的任务 。
污泥与溶解成一定浓度的絮凝剂混合后,污泥中的固体颗粒被凝聚成絮团,并分离出自由水,然后被输送到带式
污泥脱水机上,经顶脱水区、重力脱水区、楔形脱水区、压滤脱水区后形成滤饼排出。设备的控制思路是以时序
的逻辑控制为主导,污泥和絮凝剂混合的比例通过污泥电磁流量计、清水流量计和投药泵投药量实现。该系统流
程控制原理图(如图 所示)。
图 污泥脱水系统流程控制图
脱水机系统的联动控制时序:
条件:各设备准备就绪,无故障;空压机、自动配药池工作正常。启动:皮带输送机运转 带式脱水机运转
投药泵运转 污泥泵运转。停机:控制顺序与启动顺序相反。时间:根据实际的运行状况,可在 中设置
各设备联动间隔时间。
1.7 PLC 控制系统
污水处理厂自控系统遵循“集中管理,分散控制,数据共享”的原则,设计选型先进,安全可靠,经济合理,
并能保证系统长期稳定高效地运行。 控制系统满足污水处理厂运行管理和安全处理的要求,即生产过程自动
控制和报警、自动保护、自动操作、自动调节、提高运行效率,降低运行成本,减轻劳动强度,对污水处理厂各
系统工艺流程中的重要参数、设备工作情况等进行计算机在线集中实时监测,重要设备进行计算机在线集散控制,
确保污水处理厂的出水水质达到设计排放标准。
1.7.1 PLC 控制系统的基本构成及功能
污水处理厂 控制系统由两台计算机、" 个现场控制站、工艺仪表、电量变送器构成。" 个现场控制站用
于控制现场设备、采集动态工艺参数和设备工作情况。现场控制站根据污水处理厂的实际工艺和构筑物的几何分
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布,设置在控制对象和信号源相对集中的几个单体中,并考虑在不影响控制功能和设备安全的前提下,尽量节省
投资。本控制系统由 " 个现场控制站组成。它们分别位于:厂外 #泵站;厂外 #泵站;厂中心控制室;厂低
压电房;鼓风机房( 个站);脱水机房。#工作站~#工作站之间采用 $% 模块通过同轴电缆通
讯。#工作站和 #工作站与厂主工作站的距离 ~ 公里,且无人值班,故租用电信公司无源专线通过调制解
调器和 $%! 通信模块进行泵房设备控制和数据传输。网络控制分布图(如图 所示)。
1.7.2 网络结构
污水处理厂的自控系统由环形拓扑形式(&'()**+*(,)和星形拓扑形式-.)/&)**+*(,0两种总线网络形
式构成。
1.7.3 上位机组态功能
()控制操作:在中控室里采用 台 1 和 组态软件开发的工控程序能对全厂和 个污水提升
泵站的被控设备进行控制、对各现场控制站 的参数进行设定和修改,具有良好的人机交互界面,可方便地
进行图形间的切换和各种功能的调用。设立不同的安全操作等级,针对不同的操作者,设置相应的加密等级,记
录操作员及其操作信息。
()显示功能:用设计方法生成图形,实时地、集中地显示被测参数所处的变化过程。对全厂工艺过程、工艺
参数、设备状态等通过颜色的变化直观地、动态地显示。
数据处理及管理:操作记录并显示工艺参数、电量参数的变化曲线或趋势图,利用在线数据和数据库的数据进行
分析、统计、计算、显示。
报警功能:当某一参数异常或设备故障时,可根据不同的报警类别,发出声光报警、屏幕报警。()报表
功能:分成年度、月度、日班报表及运行参数报表。如:污水处理量、加药量、耗电量等。
()打印功能:各种报表的打印,各种事件及报警实时打印。
由于污水厂较小,各构筑物之间一般用渠道相连,既节省了占地,又减少了水头损失。有专家统计,采用渠
道输配水的污水处理厂的水头损失要比管道输配水的小 2。对于采用 法的小型污水处理厂,一般将沉
砂池与 池通过渠道相连、污泥浓缩池与脱水机房和泥饼堆放场合建。这样,在常规的设计中,小型污 水厂
至多有三个主要的处理单元:辅助生产区(含办公、变配电及总控等)、水处理单元、泥处理单元。有时泥处理
和水处理单元也可合建。由于方便输配水,各构筑物采用了合建方式,在设计时应注意距离较近的构筑物的基础
处理,埋深上尽量接近。通过连接构筑物的渠道应做沉降缝。
图 全厂网络控制图
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多座反应池的排泥管也可采用渠道而非管道和止回阀连接的方式,这样不仅减少了设备的维护管理,而且没
有阀门堵塞的问题。在小型污水处理厂多采用类似策略,可以大大节省工程费用,方便维护管理。
1.8 系统构成及其布局
根据工艺特点和控制要求,本系统采用分布式集散监控系统,按流程设两个 分站,分别监控水区和泥
区的设备运行和控制,设一个总站集中分站信息并控制分站工作。具体控制分为3
-0现地控制,设现场箱或按钮站,由“现场4遥控”转换控制状态,“现场”设点动按钮,用于调整和检修。
-0各开关柜-包括35 进线柜、5 进线柜等0,由“自动4停止4手动”转换控制状态,“手动”设启4停按钮,用
于手动操作。
-0分站控制,用可编程控制器和工业控制计算机系统等自控设备,自动监控所属围运行。
-0总站主机控制,多为计算机监控管理系统,集中分站信息,进行各种处理,并通过分站统一控制全厂运行,
满足工艺测控要求,使全厂运行处于最佳状态,是监控管理的中心。监控系统由操作员工作站、服务器工作站、
投影仪、打印机、 个 工作站和现场一次设备。通信网络采用西门子的过程现场总线标准-&*67.0,它为
分布式 4 站或驱动器等现场器件提供了高速通信所需的用户接口,以及提供了在主站间大量数据部交换的接口
通信协议采用 ,该协议遵从 1 标准。 又分为如下子协议3 8、 8、
及 。其中 遵从 &*67. 标准开放式结构,适用于对时间要求严格的现场,能够以最快的速度
快速处理和传送网络数据。所以本系统可以快速的采集和处理由 所采集的数据,符合控制系统要求的快速
性。
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