污水處理智能化電氣控制分析

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1高效污水處理工藝

微絮凝與活性污泥法相結(jié)合，是當(dāng)前污水處理高效工藝的主要技術(shù)。在生化處理時，污水會先進入到前置的反硝化區(qū)域內(nèi)，10%左右的進水會流進前置池內(nèi)，再進入到厭氧池、后置反硝化池、好氧池分別進行生化處理，最后進入到二沉池內(nèi)。這種反應(yīng)裝置可以采取內(nèi)分流與外分流兩種處理機制，好氧池中的出水流即內(nèi)回流污水，會從好氧池中進入到后置硝化池與厭氧池；外回流污水則是污泥回流池內(nèi)的出水流，會返回到前置反硝化池內(nèi)，停留20-30h后，通過生物處理，將進水中有機物所包含的硝態(tài)氧全部去除，消除硝態(tài)氧對于厭氧池的不利影響，保證厭氧池能夠穩(wěn)定處理。這一工藝使用了乙酸鈉、PAC和PAM兩種絮凝藥劑，整個系統(tǒng)由粗細(xì)格柵、沉砂池、污泥回流池、高密度沉淀池、高效過濾池和紫外消毒池等構(gòu)筑物組成，大幅提高了污水處理效果，并能夠與超濾反滲透處理工藝結(jié)合使用，從而實現(xiàn)中水的二次循環(huán)利用。

2污水處理智能化電氣控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1系統(tǒng)設(shè)計目的與要求智能化控制系統(tǒng)需要能夠自動控制污水處理全部環(huán)節(jié)的操作，如進水、混合、攪拌、分流、清污、出水等；需要做到實時采集、挖掘、分析各類傳感器與測定儀的現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)，能夠結(jié)合各環(huán)節(jié)工藝參數(shù)與裝置運行參數(shù)，通過模式辨識與優(yōu)化，合理調(diào)整裝置運行狀態(tài)直至達到最佳要求，確保各裝置的運行效率、運行效益與處理質(zhì)量，并能夠在線診斷各種常見工藝故障，最后完成自修復(fù)。2.2總體設(shè)計方案通過PLC控制系統(tǒng)設(shè)置一個集散型自動控制系統(tǒng)，由設(shè)備層、控制層、監(jiān)控層與系統(tǒng)層組成，TCP/IP工業(yè)以太網(wǎng)負(fù)責(zé)完成PLC與第三方設(shè)備的通信連接，現(xiàn)場PLC與遠(yuǎn)程IO運用PROFIBUS–DP標(biāo)準(zhǔn)總線實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。PLC與中控室計算機則通過光纖單環(huán)網(wǎng)完成高速度、大容量、實時性數(shù)據(jù)交換。2.3上位機設(shè)計上位機由工業(yè)級PC機組成，界面軟件語言使用VISUALBASIC進行編制。使用分色動態(tài)化模式將澄清水路、污水路等顯示在計算機上，以便于工作人員能夠及時、準(zhǔn)確地掌握電機與閥門的實時運行狀態(tài)，能夠根據(jù)故障狀態(tài)，切實解決運行問題。在計算機上能夠?qū)H值、流量、溶解氧、溫度等參數(shù)以直方圖的形式顯示出來，通過鼠標(biāo)控制其分布與放大，將各參數(shù)1h、1d甚至1個月之內(nèi)的曲線圖全部顯出來，從而使曲線圖更為立體化，更便于同時對現(xiàn)場運行狀態(tài)進行監(jiān)控。人機交互畫面使用MCGS軟件開發(fā)，MCGS內(nèi)部設(shè)置有變量數(shù)據(jù)庫，通過該數(shù)據(jù)庫能夠完成MCGS和下位機之間的變量轉(zhuǎn)換。MCSG數(shù)據(jù)庫可以建立多個變量數(shù)據(jù)庫，開關(guān)量、字符串以及模擬量等都可以包含在其中，通過該軟件組態(tài)畫面就能夠?qū)LC中的各種內(nèi)在信息實時顯示出來，以便于中控室上位機進行實時監(jiān)控。如，在數(shù)據(jù)庫中以“一號提水泵自動”命名其開關(guān)量狀態(tài)變量，再將“一號提水泵自動”數(shù)據(jù)庫與其PLC所使用的對應(yīng)輸入端口相連接，在MCGS與PLC完成連接后，設(shè)備連接中的“一號提水泵”通道鏈接就與該端口完成了連接，最后將該系統(tǒng)變量與其相應(yīng)的畫面控件相連接，就能夠?qū)σ惶柼崴眠M行實時監(jiān)控。該變量數(shù)據(jù)庫也同時存儲了各類故障信號變量，當(dāng)設(shè)備、儀表數(shù)據(jù)等出現(xiàn)異常和故障時，就會在連接過程中發(fā)出報警信號。2.4PLC控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)由PLC組成，可以與中控室、現(xiàn)場設(shè)備進行雙向通訊，完成總體邏輯控制，確保污水處理能夠滿足工藝要求。在選擇PLC時，要先準(zhǔn)確判斷能夠滿足控制要求的I/O、A/D數(shù)量，確保設(shè)計最優(yōu)化。選擇合適的PLC及適配電源模塊，根據(jù)準(zhǔn)確的I/O數(shù)目，選擇合適的數(shù)字輸入模塊，通過該模塊將現(xiàn)場數(shù)字信號電平有效轉(zhuǎn)換為適宜于PLC識別的內(nèi)部信號電平，再輸入到緩沖器中，以便于CPU采集和處理。選擇合適的數(shù)字量輸出模塊，通過該模塊將PLC數(shù)字信號有效轉(zhuǎn)換為外部設(shè)備所需要的數(shù)字量信號，以此作為繼電器、閥門、接觸器和指示燈等設(shè)備的驅(qū)動負(fù)載。選擇合適的模擬量輸入模塊，將輸入后的模擬量A/D有效轉(zhuǎn)換為適宜于CPU識別的二進制數(shù)字量，并等待CPU采集與處理。選擇合適的模擬量輸出模塊，CPU采集輸出的二進制數(shù)字信號將使用該模塊進行模擬量轉(zhuǎn)換并輸出。最后由PLC所使用的編程軟件進行硬件組態(tài)、參數(shù)設(shè)置、模塊診斷與過程監(jiān)控。2.5下位機下位機即各種智能控制儀器、量表、PID調(diào)節(jié)器，是控制系統(tǒng)的重要組成部分，能夠長期保存一系列完整參數(shù)。下位機的各種智能控制儀表是整個控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，設(shè)計人員在設(shè)計時，要確保這些智能儀表具有良好的抗干擾性能。下位機主要由粗、細(xì)格柵的液位差計、進水管的電磁流量計、調(diào)節(jié)池的PH計、澄清池的液位機、攪拌機、泥位機、刮泥機、懸浮物測量儀等儀器、加藥站的加藥計量泵、污泥處理池的污泥泵、脫水裝置、液位計及液位傳感器等裝置、厭氧池的電位在線測定儀和溶解氧在線測定儀、好氧池的污泥濃度計、二沉池的泥位計、清水池的液位機、回流管道出水管的流量計、回水泵進出口的電動閥與止回閥、出水池的PH計、污泥濃度計以及COD測定儀等組成。2.6無線數(shù)據(jù)傳輸線路PH值、污泥濃度、溫度、COD、水量等指標(biāo)均由智能儀表檢測，儀表檢測后輸出的信號可以使用專門的信號隔離器，并將其輸出的標(biāo)準(zhǔn)電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，再使用單片機控制器進行檢測處理，將RXDP3�0和TXDP3�1連接到使用的無線通信模塊串口，就能夠?qū)⒅悄軆x表中的數(shù)據(jù)進行無線傳輸。單片機的選擇要滿足A/D數(shù)目要求。2.7PID控制PID調(diào)節(jié)器會對攪拌機和回流泵等裝置的電機轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)，確保處理工藝最優(yōu)化。主程序讀取設(shè)定值后，以A/D轉(zhuǎn)換模塊對模擬量的當(dāng)前運行狀態(tài)與數(shù)據(jù)進行采集，在比較采樣值和設(shè)定值之間的差值后，使用PID調(diào)節(jié)策略準(zhǔn)確計算調(diào)節(jié)量后，再由PLC和變頻器、步進電機及其驅(qū)動器進行通信，將調(diào)節(jié)量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的頻率與電機信號后，由中斷程序調(diào)用相應(yīng)的功能模塊控制變頻器的頻率與步進電機的轉(zhuǎn)速，從而控制各個裝置的運行狀態(tài)。2.8PLC控制程序設(shè)計PLC控制器編程軟件包含了部分子程序模塊，將這些子程序設(shè)計為相應(yīng)的功能模塊，在CPU啟動時，操作系統(tǒng)需要初始化環(huán)境變量與各項模擬量，將這部分工作設(shè)置為一個功能模塊；初始化工作結(jié)束后，包含主程序模塊，該模塊負(fù)責(zé)編寫主程序，以調(diào)用各個功能模塊；初始化模塊，負(fù)責(zé)環(huán)境變量、各個模擬量及參數(shù)的補始化工作；報警模塊，負(fù)責(zé)存放各種儀器與數(shù)值的異常和故障報警信號；PID功能模塊，負(fù)責(zé)存放PID控制策略所計算出的各個調(diào)節(jié)量，能夠發(fā)揮對攪拌機、回水泵、回流泵、加藥計量泵的轉(zhuǎn)速與頻率的調(diào)節(jié)控制功能；中斷循環(huán)程序模塊，是通過固定時間的間隔循環(huán)完成PID功能模塊的運行組織工作。在CPU開始運行后，首先要調(diào)用初始化模塊，完成初始化工作，之后循環(huán)調(diào)用主程序模塊。

3結(jié)語

污水處理智能化電氣控制系統(tǒng)是城市污水處理自動化的必然發(fā)展趨勢，根據(jù)污水處理站的運行規(guī)模、裝置參數(shù)等選擇合適的PC機、PLC機、單片機、通信模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊、智能儀表、PID調(diào)節(jié)器，運用合適的腳本語言、程序語言編寫相應(yīng)的人機交互界面與PLC控制程序，能夠使處理站各個裝置、儀表根據(jù)設(shè)定的參數(shù)運行，并自動發(fā)出故障與異常警報，使問題處理更為及時，降低了處理成本，提高了運行效率、污水處理質(zhì)量與經(jīng)濟性。

作者:史衛(wèi)華 單位:淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院