城市污水處理廠的自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鄧千山

深圳市碧園環(huán)保技術(shù)有限公司

城市污水處理廠的自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鄧千山

深圳市碧園環(huán)保技術(shù)有限公司

隨著環(huán)境保護(hù)政策的加強(qiáng)以及人們物質(zhì)生活的要求不斷增高，污水處理技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)越來越大。污水處理廠不僅要在工藝上有更好的要求，在設(shè)備選型方面也應(yīng)該提高。隨著科技的進(jìn)步，自控系統(tǒng)已在城市污水處理廠應(yīng)用的越來越廣泛，對(duì)污水廠工藝的正常運(yùn)行及管理方面有著巨大的幫助。出水水質(zhì)是污水處理廠最為關(guān)心的指標(biāo)，可通過自控系統(tǒng)的調(diào)控功能來提高污水處理廠的出水水質(zhì)，保證達(dá)標(biāo)排放。本文主要探討城市污水處理廠的自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

污水處理；自動(dòng)控制；PLC

引言

為了保證污水廠生產(chǎn)的穩(wěn)定和高效運(yùn)行，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善操作環(huán)境，同時(shí)提高污水廠的現(xiàn)代化生產(chǎn)管理水平，在充分考慮城市污水處理工藝特性的基礎(chǔ)上，將建設(shè)現(xiàn)代化污水處理廠的理念融入到自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中，本自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循以下原則：先進(jìn)合理、安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、開放靈活。

1 設(shè)計(jì)原則

設(shè)計(jì)原則自控系統(tǒng)是污水處理廠重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到整個(gè)工程的投資、系統(tǒng)的管理程序以及系統(tǒng)的可靠性。自控系統(tǒng)是基于一定的設(shè)計(jì)原則來進(jìn)行設(shè)計(jì)的，不能一味地根據(jù)污水處理廠的情況來定。設(shè)計(jì)過程中既要按照基本的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行考慮，同時(shí)還要對(duì)控制的對(duì)象作深入了解，這樣才能有效地對(duì)污水處理廠進(jìn)行控制。根據(jù)大多數(shù)污水處理廠自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，污水處理廠的自控系統(tǒng)通常采用集中管理、分散控制的形式。集中管理是依據(jù)污水處理廠的整體性和邊界性的特點(diǎn)來進(jìn)行管理的，該方式可以按工藝特點(diǎn)和整體的管理要求來進(jìn)行控制，同時(shí)集中管理還可以減少污水處理廠的操作人員。分散控制是依據(jù)控制系統(tǒng)的可靠性提出來的，而且污水處理廠的構(gòu)筑物單元較為分散，占地面積大，而且生產(chǎn)過程是連續(xù)進(jìn)行的，所需采集的數(shù)據(jù)是分散在各個(gè)構(gòu)筑物單元中，故采取分散控制的方式。此外，從經(jīng)濟(jì)的角度考慮，采用分散控制可以解決各構(gòu)筑物設(shè)備自控布線復(fù)雜的缺點(diǎn)，進(jìn)而達(dá)到減少污水處理廠投資的目的。污水處理廠的自控系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)全廠的各個(gè)控制單元進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)的采集，自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要符合操作方便、運(yùn)行可靠、性能穩(wěn)定、維護(hù)方便等條件，同時(shí)還要考慮運(yùn)行的費(fèi)用、易于擴(kuò)展等問題。其具體設(shè)計(jì)原則見表1。

表1 污水處理廠自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

2 自控系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

污水處理廠的自控系統(tǒng)是由現(xiàn)場儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號(hào)采集控制和人機(jī)界面設(shè)備三部分組成。自控系統(tǒng)的構(gòu)建主要是指三部分系統(tǒng)形式和設(shè)備的選擇。本執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是根據(jù)工藝的要求由工藝專業(yè)確定，預(yù)留自控系統(tǒng)的接口，儀表的選擇將在后面的部分進(jìn)行描述。信號(hào)采集控制部分主要包括基本控制系統(tǒng)的選擇以及系統(tǒng)確定后控制設(shè)備和必須通訊網(wǎng)絡(luò)的選擇。人機(jī)界面主要是指中控室和現(xiàn)場值班室監(jiān)視設(shè)備的選擇。污水處理廠的自控系統(tǒng)不僅需要保證污水處理工藝的正常運(yùn)行，而且還需要優(yōu)化工藝的整體水平等，其功能設(shè)計(jì)主要?dú)w納如下。

2.1 單體設(shè)備控制

單體設(shè)備的控制有3個(gè)層次，控制的順序?yàn)楝F(xiàn)場手動(dòng)控制、上位手動(dòng)控制和PLC自控控制。當(dāng)工藝設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，能夠以最快的速度切斷出現(xiàn)故障的設(shè)備，最大限度地降低設(shè)備的損壞程度，以保證系統(tǒng)其他設(shè)備的完整性。

2.2 提升泵站

(1)潛水提升泵3臺(tái)(P101～P103)：P101、P102采用變頻調(diào)速控制，P103采用軟啟動(dòng)；L103＞高高液位時(shí)，開三臺(tái)泵；L103＞高液位時(shí)，開兩臺(tái)泵；L103＞低液位時(shí)，開一臺(tái)泵；L103＜低低液位時(shí)，三臺(tái)泵全停。(2)粗格柵2臺(tái)(OT101、OT102)，2用：L101、L102液位差≥180mm時(shí)，開粗格柵(OT101、OT102)；L101、L102液位差＜150mm時(shí)，停粗格柵(OT101、OT102)；粗格柵(OT101、OT102)每30min運(yùn)行一次，每次運(yùn)行5min；為使柵格保持良好運(yùn)行狀態(tài)，采用液位差控制和時(shí)間控制，液位差控制優(yōu)先于時(shí)間控制。當(dāng)機(jī)械格柵停止運(yùn)行時(shí)間超過設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)轉(zhuǎn)為時(shí)間控制。此時(shí)間根據(jù)現(xiàn)場調(diào)試而定，并為可調(diào)試設(shè)計(jì)。

2.3 節(jié)能控制

污水處理廠的設(shè)備功率大、能耗高，自控系統(tǒng)的節(jié)能控制對(duì)整個(gè)污水處理廠的運(yùn)行非常重要，也是體現(xiàn)自控系統(tǒng)優(yōu)越性的重要方面。例如提升水泵的變頻控制和好氧部分溶解氧的自動(dòng)調(diào)節(jié)。通過變頻器和液位計(jì)的控制，使液面保持穩(wěn)定，以減少提升泵的啟動(dòng)造成的能耗。

2.4 系統(tǒng)故障分析與報(bào)警

污水廠控制系統(tǒng)故障主要包括：現(xiàn)場各受控對(duì)象故障、現(xiàn)場自動(dòng)檢測儀表故障、PLC和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)故障?，F(xiàn)場受控對(duì)象故障最常見的是：沉砂池砂泵和二沉池浮渣泵堵塞引起跳閘報(bào)警。自動(dòng)檢測儀表故障報(bào)警主要是由于被測參數(shù)超出測量范圍或儀表本身誤差累積造成測量值偏離真實(shí)值過多而報(bào)警。如當(dāng)送電后泵房液位超過100%，可引起液位傳感器報(bào)警。PLC與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)故障，一般是因?yàn)槭艿酱蚶住㈤W電或大功率設(shè)備頻繁開、停機(jī)產(chǎn)生的沖擊電流影響而引起的。為保證系統(tǒng)可靠工作，應(yīng)對(duì)中控室計(jì)算機(jī)采用安裝空調(diào)，電源經(jīng)UPS(不間斷電源)隔離保護(hù)；本例工程中還對(duì)全部自動(dòng)模式下會(huì)頻繁開停的鼓風(fēng)機(jī)，設(shè)計(jì)為每組風(fēng)機(jī)中變頻調(diào)速風(fēng)機(jī)自動(dòng)運(yùn)行，其它風(fēng)機(jī)手動(dòng)控制運(yùn)行的方法，這樣既能保證有穩(wěn)定、充足的溶解氧供污水生化反應(yīng)需要，又保證了現(xiàn)場PLC安全。報(bào)警時(shí)，除了可以振鈴報(bào)警和在中控室模擬屏及計(jì)算機(jī)顯示器上顯示有關(guān)信息外，系統(tǒng)還可自動(dòng)輸出打印報(bào)警清單。

結(jié)束語

綜上所述，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，生產(chǎn)力及人民的物質(zhì)生活水平不斷提高。由于環(huán)境污染問題日趨嚴(yán)重，國家和地方政府加大了環(huán)保投入，污染處理工程中自控系統(tǒng)的使用有了快速的發(fā)展。在污水處理廠采用自動(dòng)控制系統(tǒng)同傳統(tǒng)的人工控制相比，不僅大大提高了污水處理質(zhì)量，而且在工藝、設(shè)備儀器儀表及管理上采用了現(xiàn)代化高新技術(shù)，極大地推動(dòng)了污水治理技術(shù)的發(fā)展，創(chuàng)造了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

[1]于玫洋，徐長弓.自動(dòng)化控制系統(tǒng)在城市生活污水處理中的應(yīng)用及改造.科技資訊，2010，8(15).

[2]薛迎成，何堅(jiān)強(qiáng)，姚志壘.PLC基礎(chǔ)與實(shí)戰(zhàn)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.