基于PLC控制的污水处理系统
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【摘 要】随着人们环保意识的提高,污水处理日益受到重视,本文介绍污水处理的相关工艺和技术难点,从系统的硬件和软件方面阐述了基于PLC的具有远程控制功能的集散控制系统,使得污水处理系统的自动化程度大大提高。
【关键词】PLC 自动控制 污水处理 工艺流程
中图分类号:TB495 文献标识码:A 文章编号:1003-8809(2010)-08-0207-01
随着我国经济的快速发展,环境污染问题我们不得不面对,在国家提出“两型社会”的背景下,保护环境,特别是污水处理问题,是我们的首要任务。水资源短缺和污染严重,越来越多的提升了国家对水环境的保护意识,对污水处理过程的自动化,不断提高控制技术和先进设备,监测以及污水处理工艺,以满足环保要求。如何有效地再生水资源成为了一个重要问题,因此,污水处理系统尤为重要。
一、污水处理工艺
不同的污水处理对象,不同的污水处理环境,将需要有不同的污水处理工艺来处理。因此, 在选择污水处理工艺的时候,必须要认真考虑当地污水的情况,以及实际的污水处理的环境。
1、常用的污水处理工艺。目前, 污水处理的方法一般以生物处理法为主,辅以物理处理法和化学处理法。常用的污水处理工艺有以下几种:传统活性污泥法。传统活性污泥处理法是一种最古老的污水处理工艺,其污水处理的关键组成部分为曝气池与沉淀池。
2 、污泥处理工艺。污水生物处理过程中将产生大量的生物污泥,有机物含量较高且不稳定,易腐化,并含有寄生虫卵,若不妥善处理和处置,将造成二次污染。工程污泥处理工艺采用机械浓缩、机械脱水方案,处理后的污泥含水率均能达到80% 以下。 而污泥稳定的常用工艺包括:厌氧消化、好氧消化、热处理、加热干化和加碱稳定。
二、自动控制系统设计
污水处理复杂的工艺环节决定了控制对象既有开关量又有模拟量,既有顺序控制又有实时控制,既有开环控制又有闭环控制。在系统运行期间有大量的参数需要加以检测和控制,而且各种设备的地理位置相隔都比较远,地理上分散分布提高了对控制系统的要求。
1、系统方案设计。本控制系统的结构设计为是以集散控制系统形式为基础的网络结构,系统的设计综合考虑了水处理过程控制的可靠性,人机交互的友好性和处理过程中的信息传输管理三个方面的因素。现场控制层有4个控制站组成,相互之间独立工作。1# 控制站负责加压泵站的控制,控制泵池的各电气设备的启停和数据采集功能;2# 控制站负责综合调节池和厌氧池的控制;3# 控制站负责气浮设备间的控制,包括接触氧化池、 加药一体机的控制和排水指标的检测, 这部分是系统的核心部分及其考核指标;4# 控制站负责污泥处理间的控制。每个现场控制站通过工业以太网交换机与操作站通讯,并可以独立于操作站完成控制任务,具有本地和远程操作的功能,使控制站具有较高的可靠性和稳定性。
远程信息监视层的主要功能是监视排水指标是否达到要求指标。远程信息监视层与操作站之间通过GPRS 通讯,污水处理排放关键数据由工程师站存储到数据库中,并发送到远程监视层,供环保部门监视分析。整个控制系统采用模块化设计,可以单独优化各自的任务,无需对整个系统进行升级。
2、远程操作。操作站和工程师站组成该系统的显示操作层,操作站通过以太网与现场控制站连接,应用OPC协议进行通讯,实现数据的通讯。操作站软件由监控部分和系统管理部分组成。监控部分对于所有用户都是开放的。该控制系统有四个现场PLC控制器、一个GPRS无线传输通讯站和2台上位机,现场控制器通过局域网与操作站连接,由TCP/IP协议作为承载协议。
对计算机监控系统来说,用户需要对现场设备的数据和运行状态进行实时的监视和控制,从而能够快速地查找到现场的设备故障,提高劳动生产率。
3、现场控制。控制站采用的西门子公司的S7-300系列PLC,控制层由4台控制站组成,每个控制站对运行工况进行实时监控,包括现场传感器、水泵、阀门、变频控制柜中各信号。控制功能包括对变频器转速的智能控制水泵、阀门的开关主、备用鼓风机、水泵的切换系统信号检测和故障报警等。
4、总体流程。根据系统的控制要求,控制过程可分为手动控制功能和自动运行功能。在手动控制模式下,每个设备可单独运行,以测试设备的性能。处于自动方式时,系统上电后,按下自动启动确认后系统运行,系统开始工作,其工作过程包括以下几个方面:①系统上电后, 按下自动启动确认按钮, 启动潜水搅拌器和刮泥机。②启动污泥回流系统。③启动潜水泵。④启动细格栅系统。⑤启动污泥脱水系统。 ⑥启动曝气沉砂系统。 ⑦启动粗格栅系统。 以上工程过程并不是顺序控制方式, 而按照检测到传感器状态进行启动。
三、实例
某县城2008年年底开工建设污水厂一座,主要用于处理该县生活污水和部分工业废水,处理污水规模1万立方米/日,总投资近四千万。该污水厂采用一体氧化沟技术,其处理工艺及主要处理构筑。
控制系统包括现场手动系统和自动控制系统两部分自动控制系统要求由两台西门子S7- 300PLC完成对整个污水处理系统的控制,中央控制室上位机通过以太网收集现场相关信息并显示 操作人员通过上位机监控界面和安装在电器柜上的触摸屏查看整个污水处理系统的运行情况及设备状态,设定系统自动运行的相关参数,并可以对系统中的设备进行远程手动启停控制控制系统软硬件设计手动控制系统完全基于常规电气控制设计完成,自动控制系统的软硬件设计。
控制系统硬件设计。根据系统设计要求和现场开关量分布情况,用一台 S7- 300PLC 设置在控制柜 I内,在控制柜II内设置远程IO 这样既减少了硬件投入成本,又免去了两个PLC之间通信的问题。
参考文献:
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[3 ]周晓民.污水处理中自动化控制系统的应用[J].2005,27(1)
[4 ]戴明红 张君霞 电气控制与PLC应用 北京航空航天大学出版社 2007.
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