基于PLC的污水處理控制系統(tǒng)

辛亭 白東坡 宋曉蘭 中國(guó)核電工程有限公司河北分公司電氣自動(dòng)化所，石家莊 050021

基于PLC的污水處理控制系統(tǒng)

辛亭 白東坡 宋曉蘭 中國(guó)核電工程有限公司河北分公司電氣自動(dòng)化所，石家莊 050021

本文以福清核電廠一期工程污水處理站為例，根據(jù)污水處理的工藝條件及運(yùn)行特點(diǎn)，從儀表選型，硬件設(shè)計(jì)等方面全面地介紹了基于PLC的污水處理站儀控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)方法，滿足了工藝控制要求，提高了廠區(qū)生活污水處理的效率。

污水處理; 工藝控制; 儀控系統(tǒng)

1 工程概況

福建福清核電廠一期工程規(guī)劃?rùn)C(jī)組容量為2×1000MW，本污水處理站位于核電廠一期工程主廠區(qū)的南側(cè)（CC井旁），對(duì)一期主廠區(qū)內(nèi)的生活污水進(jìn)行集中處理。

2 污水處理站整體設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)水量

污水處理站設(shè)計(jì)規(guī)模為200m3/d，設(shè)計(jì)小時(shí)處理量為8.33m3/h；污水處理站設(shè)置處理能力為5m3/h生活污水處理設(shè)備2套，24小時(shí)運(yùn)行。建成后的實(shí)際運(yùn)行方式可根據(jù)水量進(jìn)行調(diào)整。

2.2 設(shè)計(jì)水質(zhì)

福清核電廠一期工程的主廠區(qū)生活污水包括核島各廠房和各區(qū)域生活污水、常規(guī)島各廠房生活污水、BOP各廠房生活污水及地面沖洗污水。生活污水處理站出水水質(zhì)指標(biāo)要求達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)的B標(biāo)準(zhǔn)才能排放。

設(shè)計(jì)進(jìn)水、出水水質(zhì)見表1

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì) 單位(mg/l)

2.3 工藝流程

主廠區(qū)生活污水匯集后進(jìn)入本污水處理站。污水首先經(jīng)自動(dòng)機(jī)械格柵去除污水中的雜物（雜物排至平臺(tái)小車內(nèi)，定期清運(yùn)），隨后進(jìn)入調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池對(duì)原水水質(zhì)水量進(jìn)行均化和調(diào)節(jié)（為防止池內(nèi)污物沉積，池內(nèi)設(shè)潛水?dāng)嚢铏C(jī)2臺(tái)），調(diào)節(jié)池中設(shè)提升泵3臺(tái)（2用1備）將污水提升至后續(xù)污水處理裝置。在沉淀池進(jìn)水處投加藥劑進(jìn)行化學(xué)除磷，在消毒池投加藥劑（氯片溶解后溶液）消毒。消毒池出水達(dá)標(biāo)后排放。

沉淀池污泥排至污泥池，池內(nèi)上清液溢流至調(diào)節(jié)池，剩余污泥定期清運(yùn)。

由風(fēng)機(jī)向缺氧池、生物接觸氧化池、污泥池內(nèi)的曝氣裝置供氣，向沉淀池內(nèi)的氣提裝置供氣，由時(shí)間控制。

污水處理站的所有污水處理設(shè)施建于地下。地面建鼓風(fēng)機(jī)房、貯藥加藥間、化驗(yàn)室和控制室等，所有儀表信號(hào)和主要設(shè)備運(yùn)行信號(hào)在控制室顯示，設(shè)備的控制可在控制室和就地分別操作。

3 污水處理工藝控制

自動(dòng)旋轉(zhuǎn)式機(jī)械格柵位于格柵渠內(nèi)，與調(diào)節(jié)池建為一體，主要用于攔截去除生活污水中較大的懸浮物固體，保證后續(xù)設(shè)備和管路不被堵塞。機(jī)械格柵間歇運(yùn)行，每隔3.5小時(shí)運(yùn)行0.5小時(shí)（可調(diào)）。

由調(diào)節(jié)池水位控制提升泵（潛污泵）的啟停：高液位開泵，低液位停泵，超高液位報(bào)警；水位信號(hào)遠(yuǎn)傳到控制室進(jìn)行控制。工作和備用泵根據(jù)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間自動(dòng)切換，切換時(shí)間為8小時(shí)（可調(diào)）。

調(diào)節(jié)池內(nèi)的2臺(tái)潛水?dāng)嚢铏C(jī)，每4小時(shí)（可調(diào)）相互自動(dòng)切換運(yùn)行，當(dāng)調(diào)節(jié)池為中低液位時(shí)潛水?dāng)嚢铏C(jī)停止運(yùn)行，中高液位時(shí)恢復(fù)運(yùn)行。

污泥回流量自動(dòng)控制。

每套一體化處理設(shè)備含硝化液回流泵2臺(tái)，1備1用，每4小時(shí)（可調(diào)）相互自動(dòng)切換運(yùn)行。

鼓風(fēng)機(jī)3臺(tái)（2用1備），在正常情況下連續(xù)運(yùn)行，工作和備用風(fēng)機(jī)根據(jù)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間自動(dòng)切換運(yùn)行，切換時(shí)間為每4小時(shí)（可調(diào)）切換1次，風(fēng)機(jī)與調(diào)節(jié)池內(nèi)污水提升泵聯(lián)動(dòng)，當(dāng)污水提升泵停止運(yùn)行時(shí)，其間歇性運(yùn)行，采取間斷曝氣，工作1小時(shí)，停機(jī)2小時(shí)（可調(diào)）。

沉淀池中氣提裝置排泥，通過安裝在其進(jìn)氣管上電動(dòng)閥的開啟控制排泥。排泥為每間隔3小時(shí)排泥0.5小時(shí)（可調(diào)），可遠(yuǎn)程控制。

污泥池中安裝曝氣系統(tǒng)，以防止污泥淤積，通過安裝在其進(jìn)氣管上的電動(dòng)閥的開啟控制，周期由現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試確定，可遠(yuǎn)程控制。

每套一體化處理設(shè)備進(jìn)水處設(shè)流量計(jì)一臺(tái)，在控制室顯示瞬時(shí)流量和累積流量。

隨設(shè)備配套的PLC程控柜布置在控制室內(nèi)，由該P(yáng)LC實(shí)現(xiàn)所有污水處理設(shè)備的檢測(cè)和控制。

隨加藥設(shè)備配套有加藥動(dòng)力柜，該加藥動(dòng)力柜與加藥設(shè)備都布置在加藥間內(nèi)。由加藥動(dòng)力柜實(shí)現(xiàn)加藥設(shè)備的連鎖控制。應(yīng)設(shè)有加藥儲(chǔ)罐的就地液位計(jì)等加藥控制所需儀表。加藥攪拌機(jī)為自動(dòng)控制，計(jì)量泵手動(dòng)可調(diào)，加藥設(shè)備需設(shè)有就地啟閉裝置。

加藥設(shè)備與污水處理設(shè)備間不設(shè)自動(dòng)連鎖，但加藥儲(chǔ)罐低液位報(bào)警信號(hào)、加藥設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、故障信息等信號(hào)要上傳到控制室的LCD上顯示。

4 污水處理站儀控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 儀表選型

（1）調(diào)節(jié)池設(shè)模擬量液位信號(hào)1套（選用超聲波液位計(jì)）；調(diào)節(jié)池設(shè)開關(guān)量液位計(jì)1套（選用浮球式液位開關(guān)）。

模擬量信號(hào)要求輸出信號(hào)為4～20mA、兩線制，精度高于0.5%，信號(hào)遠(yuǎn)傳至控制室。

選用的液位開關(guān)需特別適合于含固體、半固體懸浮物的液體。調(diào)節(jié)池在低液位、高液位、超高液位三個(gè)位置設(shè)浮球。輸出信號(hào)為無(wú)源干接點(diǎn)。

（2）每套一體化污水處理設(shè)備的進(jìn)水管以及污水處理站的超越管各設(shè)電磁流量計(jì)一臺(tái)[1]，在控制室顯示瞬時(shí)流量和累積流量。

電磁流量計(jì)的傳感器安裝在就地工藝管道上（流量計(jì)井內(nèi)），防護(hù)等級(jí)為IP68。電磁流量計(jì)的信號(hào)轉(zhuǎn)換器安裝在控制室內(nèi),現(xiàn)場(chǎng)墻裝式。轉(zhuǎn)換器上可顯示瞬時(shí)流量和累積流量。傳感器與信號(hào)轉(zhuǎn)換器之間信號(hào)電纜隨電磁流量計(jì)配套。

（3）調(diào)節(jié)池上設(shè)PH計(jì)1套、COD分析儀1套；一體化處理設(shè)備出水總管上設(shè)PH計(jì)1套、COD分析儀1套。

分析儀表信號(hào)在控制室顯示，不參與設(shè)備的連鎖控制。PH計(jì)的測(cè)量范圍：0～14；COD分析儀的測(cè)量范圍：0～500。

分析儀表的安裝配件和保護(hù)箱隨分析儀表配套，閥門的材料和儀表配管材料使用SS316。

（4）消毒池設(shè)高液位報(bào)警信號(hào)，信號(hào)在控制室顯示。

（5）水泵出口均設(shè)就地壓力表，壓力表為不銹鋼、耐震型，隨水泵設(shè)備配供。

（6）風(fēng)機(jī)出口均設(shè)就地壓力表，壓力表為不銹鋼、耐震型，隨風(fēng)機(jī)設(shè)備配供。

（7）加藥系統(tǒng)所需所有儀表都隨加藥裝置配套，配套儀表能夠滿足加藥裝置運(yùn)行的要求，及在控制室監(jiān)視的要求。

4.2 控制系統(tǒng)

根據(jù)污水處理控制系統(tǒng)的功能要求、可靠性等要求，硬件設(shè)計(jì)采用西門子公司的PLC作為控制系統(tǒng)的核心進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制，并配有在線式UPS不間斷電源供電。UPS負(fù)責(zé)給控制系統(tǒng)和儀表供電。UPS電源備用時(shí)間為30分鐘，容量根據(jù)實(shí)際需要確定。

PLC系統(tǒng)配置彩色LCD圖形終端，建立相應(yīng)的操作頁(yè)面，用以實(shí)現(xiàn)全部?jī)x表信號(hào)、報(bào)警信號(hào)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)顯示及相關(guān)設(shè)備連鎖啟停控制[2]。對(duì)于泵等轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械除了在LCD上進(jìn)行遠(yuǎn)方控制外，也可在就地電控柜上操作。對(duì)于自動(dòng)閥門除了在控制室遙控外，還在就地進(jìn)行電控箱控制。在調(diào)試檢修階段采用手動(dòng)控制，正常運(yùn)行時(shí)可轉(zhuǎn)換至自動(dòng)系統(tǒng)來控制，對(duì)該系統(tǒng)綜合污水處理全過程進(jìn)行程序控制和故障連鎖保護(hù)，柜面設(shè)有必要的工作狀態(tài)指示燈及報(bào)警指示燈。

控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)污水處理站所有設(shè)備的自動(dòng)檢測(cè)、顯示和控制。

5 結(jié)束語(yǔ)

污水處理儀控系統(tǒng)是根據(jù)污水處理的工藝要求，以西門子PLC為控制核心，實(shí)現(xiàn)工藝控制要求，整個(gè)系統(tǒng)組成簡(jiǎn)單、控制功能完善，具有聯(lián)控、連鎖保護(hù)、通訊等功能，并且采用人機(jī)界面操作和顯示，操作簡(jiǎn)單方便。

本系統(tǒng)采用PLC對(duì)污水處理工藝系統(tǒng)進(jìn)行控制，保證了污水處理系統(tǒng)的可靠、安全、穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)于核電站的連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)起著積極的作用。

[1]自動(dòng)化儀表選型設(shè)計(jì)規(guī)定.HG/T 20507-2000.2001（55-60）

[2]核電廠控制室的設(shè)計(jì).GB/T 13630-92.1992(9-11)

The Instrument Control System Of Sewage Disposing Based On PLC

Xin Ting Bai Dongpo Song Xiaolan China Nuclear Power Engineering Co.,Ltd. Hebei Branch, Shijiazhuang Hebei 050021

This paper takes Fuqing nuclear power station as an example, Based on the process condition and operating situation, introduces the instrument control system design of a sewage disposal station in nuclear power station based on PLC, including the instruments' choice of instruments and the design of hardware, it can satisfy the require of process control and improve the efficiency of sewage disposal.

Sewage Disposal; Process Control; Control System

TM623.1

B

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.08.015

辛亭，男，1983年生，碩士研究生，助理工程師。研究領(lǐng)域：電廠儀表與控制設(shè)計(jì)。