PLC和组态软件技术在污水处理项目的应用

(文章来源于北京三维力控科技有限公司)1．引言：随着杭州市萧山区经济的高速发展和城市人口的不断增加，污水处理行业得到了快速发展，污水处理厂的自动控制系统越来越成为污水处理稳定运行的关键。针对污水处理厂自动控制系统及污水工艺设备的安全运行的重要性，提出PLC和组态软件技术在污水处理项目的应用的经验。并以实际系统为例，说明自动控制系统的组成及实现。2．系统介绍：2．1系统结构：为了保证，污水处理厂的自动控制系统的稳定性和可靠性，设计中采用了四级控制和管理方案对整套污水处理系统进行监控，管理层可实时监测污水处理的运行状况，便于管理层做出正确的规划。监控层选用两台工业控制计算机进行冗余，实时观察设备的运行状况。控制层选用西门子公司PLC（S7400+S7300+S7200）做为控制器，充分显示了“集中监测，分散控制”的原则。设备层采用了运行记录仪、超声波流量计、COD在线测试仪、PH（工业酸度）在线测试仪、变频控制器等，并配备相应的软件，确保可靠、有效的运行。2．2系统网络拓扑图：2．3系统构成上位机监控软件采用北京力控ForceControlV6.0组态软件（网络版），监控组态软件提供一个人机交互界面，使操作人员可以通过CRT直观的了解现场各工艺参数及故障报警，根据生产需要发出相应的控制指令。另外使用数据存储服务器记录历史数据，为提高生产效率制定新的生产方案提供可靠的依据。控制核心采用西门子PLC，其特点是体积小、功能多、可靠性高。编程后的PLC能够按照内部程序对系统进行实时监控，程序启停现场设备。由于现场监控点多、布局分散，且各工序工艺独立，为简化电缆铺设、降低系统成本、提高系统稳定性，采用四台PLC组建了PROFIBUS网络对生产工艺进行监控。其中PLC控制均质调节池、再生池、沉淀池、水解池、好氧池、二沉池、污泥脱水、消毒、一级处理的所有设备及传感器。PLC间数据通过总线进行数据交换，实现数据共享。操作人员通过力控ForceControlV6.0组态软件向PLC发出相应的控制指令后，由PLC对现场进行直接控制。此时即便上位机出现故障（如死机、掉电等），也不会影响系统的正常工作，这样做大大提高了系统的安全稳定性。工艺流程图如下：2．4测控方式：污水处理过程的共同特点是开关量多，模拟量少，以逻辑控制为主，闭环控制为辅。整套污水处理流程有多个监控点，包括液位、PH值、溶氧、浊度、频率、泵运行状态等。每个PLC均由电源、处理器、接口、输入输出模块和通讯模块组成，他们之间通过总线连接，每个PLC均采用相同的编程方法，有利于程序的编写和扩展。各模拟量参数通过相应的变送器输出4~20mA的标准信号，通过屏蔽电缆接至PLC的AI模块。各模拟量输出控制信号是以4~20mA的标准信号，从PLC的AO模块通过屏蔽电缆接至相应设备。这些设备包括变频器、启闭阀门。数字输入信号为24V直流电信号，通过电缆接至PLC的DI模块。数字输出控制信号为24V直流电信号，从PLC的DO模块通过电缆接至现场设备。每台现场设备原则在其相应现地箱上输出有三个状态信号：故障、运行/停止、手动/自动；和一个启动信号。为了使现场与PLC完全隔离，PLC所有数字量模块与现地箱中间必须加辅助继电器。所有输出信号（包括模拟量和数字量）由PLC内部程序或上位机指令控制。2．5软件设计：上位机软件采用力控ForceControlV6.0组态软件为开发平台，它的实时数据库功能、OPCServer功能、人机界面功能、冗余功能、图形功能、报表打印等功能于一身，包含动态显示、报警、控件、趋势、网络通讯等组件。整套系统建设有多幅实时监控画面，包括系统总貌、混合池、爆气池、沉淀池、稳定池、污泥脱水系统、剩余污泥泵站、污泥储池、预处理、一级处理。其通过指示灯表明设备的运行状态。在电机运行方式为手动时，将画面切成自动时，用鼠标点击画面下电机启动按钮可远程启动现场设备。传感器的瞬时值依据实际安装位置被分别标注到不同的分布工艺流程图中，其实时数据和历史数据被做成相应分布图的子画面。整个软件界面使用Windows控件，呈树状排列，查阅、操作简便。数据库是上位机监控软件的核心所在，因此必须依据实际需要首先将其建设好，然后将各功能模块进行恰当的组合。实际编程过程中在定义变量时，记录可设定为不计录、数据变化时记录和定时记录，要根据实际情况选择相应的设置，从而节省存储空间。报表分为实时报表和历史报表，方便用户进行管理。3结束语：该污水处理厂的自动控制系统实现了实时监控、故障报警、历史数据的存储和查询、报表的显示和打印等多项功能，且用户界面操作良好，易于学习。系统具有良好的通用性、可扩展性和可维护性。由于其具有设计简单、投资少、控制效果好、易维护等优点，，大大降低了工人的劳动强度，提高了管理水平，达到了设计要求。很适合中小型污水处理厂采用。指生物需氧量，也就是微生物降解一升污水中有机物所需的氧量。一般用BOD表示废水中有机物的一个指标。厌氧消化过程：在断绝与空气接触的条件下，依赖兼性厌氧菌和性厌氧菌的生物化学作用，对有机物进行降解的过程。引言：随着工业的不断发展，城市污水的净化和处理成了人们日益关注的问题，而所谓的污水处理就是人们利用各种设备和工艺技术把污水中含有的污染物质从水中分离去除，使有害物质转化为无害的物质、有用的物质，使水得到净化。污水的处理有不同的工艺，不过在大的方面都是大同小异的。现在我给大家接绍一种污水处理的工艺。一、污水处理的总体工艺：污水处理的工艺流程大体分为：格栅处理、泵房提升、沉砂处理、一次沉淀池、曝气池处理、二次沉淀池处理、泥浆制备、昭气利用。它的工艺流程图如下所示：污水处理工艺流程本文出自:水世界网作者:djhjs2007点击率:1496污水处理工艺流程现代污水处理技术，按处理程度划分，可分为一级、二级和三级处理。一级处理，主要去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质，物理处理法大部分只能完成一级处理的要求。经过一级处理的污水，BOD一般可去除30%左右，达不到排放标准。一级处理属于二级处理的预处理。二级处理，主要去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质(BOD，COD物质)，去除率可达90%以上，使有机污染物达到排放标准。三级处理，进一步处理难降解的有机物、氮和磷等能够导致水体富营养化的可溶性无机物等。主要方法有生物脱氮除磷法，混凝沉淀法，砂率法，活性炭吸附法，离子交换法和电渗分析法等。整个过程为通过粗格删的原污水经过污水提升泵提升后，经过格删或者筛率器，之后进入沉砂池，经过砂水分离的污水进入初次沉淀池，以上为一级处理(即物理处理)，初沉池的出水进入生物处理设备，有活性污泥法和生物膜法，(其中活性污泥法的反应器有曝气池，氧化沟等，生物膜法包括生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法和生物流化床)，生物处理设备的出水进入二次沉淀池，二沉池的出水经过消毒排放或者进入三级处理，一级处理结束到此为二级处理，三级处理包括生物脱氮除磷法，混凝沉淀法，砂滤法，活性炭吸附法，离子交换法和电渗析法。二沉池的污泥一部分回流至初次沉淀池或者生物处理设备，一部分进入污泥浓缩池，之后进入污泥消化池，经过脱水和干燥设备后，污泥被最后利用。以上是污水处理厂处理工艺的基本流程，流程图见下页图一。二．各个处理构筑物的能耗分析1．污水提升泵房进入污水处理厂的污水经过粗格删进入污水提升泵房，之后被污水泵提升至沉砂池的前池。水泵运行要消耗大量的能量，占污水厂运行总能耗相当大的比例，这与污水流量和要提升的扬程有关。2．沉砂池沉砂池的功能是去除比重较大的无机颗粒。沉砂池一般设于泵站前、倒虹管前，以便减轻无机颗粒对水泵、管道的磨损；也可设于初沉池前，以减轻沉淀池负荷及改善污泥处理构筑物的处理条件。常用的沉砂池有平流沉砂池、曝气沉砂池、多尔沉砂池和钟式沉砂池。沉砂池中需要能量供应的主要是砂水分离器和吸砂机，以及曝气沉砂池的曝气系统，多尔沉砂池和钟式沉砂池的动力系统。3．初次沉淀池初次沉淀池是一级污水处理厂的主题处理构筑物，或作为二级污水处理厂的预处理构筑物设在生物处理构筑物的前面。处理的对象是SS和部分BOD5，可改善生物处理构筑物的运行条件并降低其BOD5负荷。初沉池包括平流沉淀池，辐流沉淀池和竖流沉淀池。初沉池的主要能耗设备是排泥装置，比如链带式刮泥机，刮泥撇渣机，吸泥泵等，但由于排泥周期的影响，初沉池的能耗是比较低的。图一城市污水处理典型流程4．生物处理构筑物污水生物处理单元过程耗能量要占污水厂直接能耗相当大的比例，它和污泥处理的单元过程耗能量之和占污水厂直接能耗的60%以上。活性污泥法的曝气系统的曝气要消耗大量的电能，其基本上是联系运行的，且功率较大，否则达不到较好的曝气效果，处理效果也不好。氧化沟处理工艺安装的曝气机也是能耗很大的设备。生物膜法处理设备和活性污泥法相比能耗较低，但目前应用较少，是以后需要大力推广的处理工艺。5．二次沉淀池二次沉淀池的能力消耗主要是在污泥的抽吸和污水表明漂浮物的去除上，能耗比较低。6．污泥处理污泥处理工艺中的浓缩池，污泥脱水，干燥都要消耗大量的电能，污泥处理单元的能量消耗是相当大的，这些设备的电耗功率都很大。三．针对各个处理构筑物的节能途径1．污水提升泵房污水提升泵房要节省能耗，主要是考虑污水提升泵如何进行电能节约，正确科学的选泵，让水泵工作在高效段是有效的手段，合理利用地形，减少污水的提升高度来降低水泵轴功率N也是有效的办法，定期对水泵进行维护，减少摩擦也可以降低电耗。2．沉砂池采用平流沉砂，避免采用需要动力设备的沉砂池，如平流沉砂池。采用重力排砂，避免使用机械排砂，这些措施都可大大节省能耗。3．初次沉淀池初次沉淀池的能耗较低，主要能量消耗在排泥设备上，采用静水压力法无疑会明显降低能量的消耗。4．生物处理构筑物国外的学者通过能耗和费用效益分析比较了生物处理工艺流程,他们认为处理设施大部分的能量消耗是发生在电机这类单一的设备上,因而节能应从提高全厂功率因数、选择高效机电设备及减少高峰用电要求等方面入手。他们提出的节能措施既包括改善电机的电气性能,也包括解决运转的工艺问题,还包括污水厂产物中的能量回收(EnergyRecovery)。曝气系统的能耗相当大，对曝气系统能耗能效的研究总是涉及到曝气设备的改造和革新。新型的曝气设备虽然层出不穷,但目前仍然可划分为2类:第1种是采用淹没式的多孔扩散头或空气喷嘴产生空气泡将氧气传递进水溶液的方法,第2种是采用机械方法搅动污水促使大气中的氧溶于水的方法。微孔曝气，曝气扩散头的布局和曝气系统的调节这些都是节能的有效措施。在传统活性污泥处理厂曝气池中辟出前端厌氧区,用淹没式搅拌器混合的节能、生物除磷方案。这一简单的改造可以节省近20%的曝气能耗,如果算上混合用能,节能也达到12%。自动控制系统的应用于污水处理节能，曝气系统进行阶段曝气，溶解氧存在浓度梯度，既减少了能耗，又可以改善处理效果，减少污泥量。生物膜法处理工艺采用厌氧处理可以明显降低能量的消耗。5．二次沉淀池二次沉淀池中对排泥设备的研究和排泥方式的改善是降低能耗的有效方法。6．污泥处理污泥处理系统节能研究主要集中于污泥处理的能量回收。从污水污泥有机污染物中回收能量用于处理过程早在上世纪初就已投入实践,但能源危机之前一直不受重视。目前有两种回收途径:一是污泥厌氧消化气利用,一是污泥焚烧热的利用。消化气性质稳定、易于贮存,它可通过内燃机或燃料电池转化为机械能或电能,废热还可回收于消化污泥加热。因此利用消化气能解决污水厂不同程度的能量自给问题。林荣忱等人比较了沼气发电机和燃料电池两种利用形式,认为燃料电池能量利用率高,具有很好的发展前途。对消化气的最大化利用是提高能效的主要方式。沼气发电机组并网发电的研究和应用在国内已有应用实例,是大型污水处理厂的沼气综合利用的可行途径。另外一种能量回收方式是将城市固体废物焚烧场建在污水处理厂旁,将固废与污水污泥一起焚烧,获得的电能用于处理厂的运转。城市污水处理的能耗分析研究与节能技术和手段的发展往往并不同步。由于污水处理能量平衡分析方法研究的欠缺,节能措施的制订和实施常常超