基于PLC太原選煤廠污水處理控制系統(tǒng)改造

李曉飛

（西山煤電集團公司 太原選煤廠，山西 太原 030023）

1 技術(shù)改造的背景

水環(huán)境是人類賴以生存的空間，也是選煤企業(yè)生產(chǎn)必需的寶貴資源。太原選煤廠目前建有日處理量2000t污水處理站，設(shè)計進水水質(zhì)指標(biāo)（以同類地埋式污水處理數(shù)據(jù)作為參考）：

CODcr：300mg／L

BOD5：200mg／L

pH：7.5

NH3-N：40mg／L

P：10mg／L

SS：220mg／L

油含量：25mg／L

經(jīng)污水處理站處理后水質(zhì)：達一級排放標(biāo)準

CODcr：小于60mg／L

BOD5：小于20mg／L

pH：小于6～9

NH3-N小于15mg／L

P：小于0.5mg／L

SS：小于20mg／L

油含量：小于5mg／L

本污水處理站方案工藝流程圖見圖1.

圖1 工藝流程圖

污水處理設(shè)備主要包括：

水解池、好氧池、厭氧池、沉淀池、中間水池、清水池、操作間、風(fēng)機房、污泥脫水間

2 技術(shù)改造

2.1 改造前現(xiàn)狀

1）開啟進水閥門，使處理的污水流進系統(tǒng)內(nèi)。2）定期開啟機械格柵，處理廢渣。3）開啟鼓風(fēng)機（24h常開）。4）開啟調(diào)節(jié)池提升泵1#和2#.5）開啟混合液回流泵（1#和2#自選1臺，3#和4#自選1臺）。6）開啟加藥裝置加藥泵。7）開啟1#中間水池提升泵1#或2#.8）開啟一體化設(shè)備攪拌器（4臺全開）。9）開啟2#中間水池提升泵1#和2#（全開）。

改造前的操作流程比較復(fù)雜，要啟動每個按鈕，且不能實現(xiàn)相關(guān)閉鎖，如后面的單元出現(xiàn)問題，之前的單元不能實現(xiàn)自動閉鎖，還會進行處理，很容易造成之后的池體溢出等問題，存在安全隱患。

2.2 改造設(shè)計

利用PLC系統(tǒng)的控制功能可以實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制。采用計算機作為其上位機，通過網(wǎng)絡(luò)連接PLC，對生產(chǎn)過程進行實時監(jiān)控。特點：編程方便，開發(fā)周期短，維護容易，通用性強，使用方便，控制功能強，模塊化結(jié)構(gòu)，擴展能力強。

利用PLC系統(tǒng)較強的網(wǎng)絡(luò)通信能力，使得工業(yè)污水處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸與通信變得可能，并且也可實現(xiàn)其遠程監(jiān)控。

本次改造設(shè)計電氣控制系統(tǒng)主要包括操作面板、顯示面板、電氣控制柜等單元。由于污水處理系統(tǒng)是一個循環(huán)系統(tǒng)，各個環(huán)節(jié)都存在聯(lián)系，因此系統(tǒng)中需要檢測較多的數(shù)字輸入量，且還要檢測模擬量的輸入，根據(jù)設(shè)定的程序進行數(shù)據(jù)處理后，輸出控制指令。系統(tǒng)的控制邏輯和時序按照指令進行控制。

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采用兩臺PLC對污水處理生產(chǎn)進行監(jiān)控。系統(tǒng)構(gòu)成監(jiān)控布局見圖2.

圖2 監(jiān)控布局圖

主PLC控制提升泵、沉淀池、好氧池、回流污泥泵站、曝氣機的設(shè)備及傳感器。從PLC控制剩余污泥泵站、污泥箱、污泥脫水、加藥泵的設(shè)備及傳感器。兩個控制系統(tǒng)通過Control-Link總線進行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與傳輸。系統(tǒng)采用PLC控制核心，功能強大、可靠性高。通過對工藝流程的分析，根據(jù)現(xiàn)場情況進行編程，以實現(xiàn)PLC按照內(nèi)部程序?qū)ο到y(tǒng)進行實時監(jiān)控。

2.3 控制系統(tǒng)圖及電路圖

以PLC作為核心控制器，通過檢測各個傳感器傳回的指令，做出相應(yīng)的輸出指令，從而完成對相關(guān)設(shè)備的控制，實現(xiàn)整個污水處理系統(tǒng)的安全運行。電氣控制系統(tǒng)框圖見圖3.

圖3 電氣控制系統(tǒng)框圖

污水處理系統(tǒng)的部分主電路圖見圖4.

圖4 工業(yè)污水處理系統(tǒng)部分主電路圖

圖4中，M1是潛水泵電機、M2是清污泥機電機、M3是曝氣機電機。KM2、KM3、KM6三個接觸器分別控制M2、M1、M3的工頻運行；KM5、KM9接觸器M1、M3的變頻運行；FR1、FR2、FR3分別為三臺電機過載保護用的熱繼電器；FU1為主電路的熔斷器，曝氣風(fēng)機的熔體額定電流IFU≥2IN=2×2.5A=5A，所以選用5A的熔體，控制回路熔體額定電流選用2 A.QF1為供電系統(tǒng)電源開關(guān)，其主回路控制對象為電感性負載交流電動機；選用的MM430變頻器是用來控制電機M1，M3變頻運行的。

2.4 PLC選型和設(shè)計

PLC控制系統(tǒng)分為3個階段：輸入階段、執(zhí)行程序階段、輸出階段。每個階段完成不同的任務(wù)。PLC作為控制污水處理系統(tǒng)主要涉及兩個方面信號輸入和信號輸出。

信號輸入檢測主要包括：按鈕的輸入檢測、液位差的輸入檢測、液位高低的輸入檢測，以及曝氣池中含氧量的輸入檢測。其中按鈕輸入、液位差輸入、液位高低輸入3個信號均為數(shù)字量信號，含氧量輸入為模擬量輸入。曝氣量的多少直接影響到微生物的生長及品種。將溶解氧儀設(shè)置在適當(dāng)?shù)奈恢蒙?，將檢測值反饋到PLC中，通過設(shè)定輸出不同的轉(zhuǎn)速信號，從而達到控制曝氣量的多少，最終使污水中的溶解氧保持在一定的范圍內(nèi)。

信號輸出包括：數(shù)字量輸出和模擬量輸出。數(shù)字輸出控制各類設(shè)備的啟動停止，包括：格柵機、污泥提升機、潛水泵、一體化箱體攪拌器、污泥回流泵等設(shè)備的停啟。模擬量輸出通過PLC中PID運算后的數(shù)據(jù)，通過其功能模塊輸出控制指令，控制指令傳輸?shù)阶冾l器的控制端子上，通過改變變頻的輸出頻率，從而控制曝氣機的轉(zhuǎn)速，根據(jù)需求達到控制污水中氧氣的含量，從而保證菌體按照要求生長與繁殖。

根據(jù)對電氣控制系統(tǒng)的要求，以及本系統(tǒng)的復(fù)雜程度，選擇西門子S7—200系列PLC作為污水處理系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)的控制主機，采用CPU226作為該控制系統(tǒng)的主機。

2.5 PLC的I／O資源配置

該PLC控制系統(tǒng)因需要采集一個溶氧儀所反饋的模擬數(shù)據(jù)，因此擴展了一個模擬量輸入輸出模塊?？刂葡到y(tǒng)中需要將采集回來的模擬量進行數(shù)據(jù)處理，通過模擬輸出口對變頻器進行控制，進而控制其他設(shè)備的運行。

3 效益分析

通過對污水處理站控制系統(tǒng)的技術(shù)改造，降低了工人的操作難度，減少了勞動量的投入，降低了企業(yè)運營成本，節(jié)約了人力資源。實現(xiàn)系統(tǒng)自動控制，杜絕因為后續(xù)設(shè)備處理問題不能及時作出反應(yīng)而產(chǎn)生的故障，降低了安全隱患，提高了安全生產(chǎn)的保障?；赑LC控制系統(tǒng)可以推廣到其他生產(chǎn)系統(tǒng)中，具有較強的指導(dǎo)和推廣價值。

4 結(jié) 語

水與人的生活息息相關(guān)，在現(xiàn)代社會生活及生產(chǎn)中人們對水的需求量越來越多?？墒俏覈Y源不斷減少，而且污染現(xiàn)象較為嚴重?，F(xiàn)代工業(yè)中生產(chǎn)工藝和設(shè)備對水質(zhì)要求也是越來越高，淡水的浪費非常嚴重，用水成本也是不斷提高。加大污水處理就顯得尤為重要。通過該系統(tǒng)控制改造減少了污水的排放量，體現(xiàn)了企業(yè)的社會責(zé)任心，降低了企業(yè)運營的成本，同時大大降低了勞動強度，消除了安全隱患，使排放的污水達到了回用標(biāo)準，取得了一定的社會經(jīng)濟效益，對其他污水處理站系統(tǒng)管理有良好的借鑒作用。

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