污水處理過程控制系統(tǒng)設(shè)計

王志鈺

(山西欣奧特自動化工程有限公司，山西 太原 030012)

0 前言

隨著城市污水處理方面的技術(shù)越來越先進，我們的生活環(huán)境也得到了改善。三溝式氧化溝工藝是采用生物法凈化有機廢水，能夠很好地凈化廢水，通過低負荷污水處理工藝，得到了治理廢水的良好效果[1]。因為需要頻繁測試污水水質(zhì)以調(diào)整曝氣和沉淀時間，這樣就產(chǎn)生了對自控系統(tǒng)的需求和依賴；為了實現(xiàn)對整個污水處理過程的監(jiān)測和管理，提高污水處理的自動化程度，則需要通過上位機組態(tài)建立污水處理廠信息管理系統(tǒng)[2]。

如圖1所示，是三溝式氧化溝工藝流程框圖，污水通過粗格柵間過濾掉大塊的摻雜物；通過細格柵和平流沉砂池可以沉淀出較重的沙粒[2]。在氧化溝內(nèi)進行消毒曝氣等處理，把處理過的水通過出水堰排出。氧化溝出水進入接觸池加氯消毒后達標排放，而污泥先經(jīng)過污泥調(diào)節(jié)池，然后經(jīng)過污泥濃縮池，再到污泥脫水間脫水，最后做成泥餅外運。

圖1 三溝式氧化溝工藝流程框圖

1 污水處理廠自控系統(tǒng)設(shè)計

為了更好地對污水處理過程進行監(jiān)控和控制，我們設(shè)計了一套可靠、高效、安全的過程控制監(jiān)控系統(tǒng)，可以滿足對工藝過程和設(shè)備的監(jiān)測和自動控制，完全符合集中管理、分散控制的信息化環(huán)保工程理念。帶測控點的工藝流程圖如圖2所示。

圖2 帶測控點的工藝流程框圖

粗格柵間、細格柵間前后裝設(shè)液位差儀表，由PLC控制每兩個小時進行一次動作，如果出現(xiàn)液位差達到閾值時，格柵機運行進行液位差調(diào)整，直到低于閾值為止。同時對溫度、pH值、流量、COD濁度等數(shù)據(jù)進行檢測輸出[3]。對設(shè)備柵渣輸送機和壓榨機運行進行過程檢測，如果發(fā)生故障可以進行準確定位并發(fā)出報警，按順序依次停止格柵動作。在設(shè)定格柵動作時間周期時，注重設(shè)備損壞和能耗，既要保證達到液位差設(shè)定值也要保證不能低于設(shè)定下限值。

當集水池液位超高或超低時，PLC發(fā)出報警。污水泵出口閥與污水泵連鎖工作，其所有閥門的工作狀態(tài)信號均送入PLC。PLC接收所有故障信號，報警后做出相應處理。通過PLC控制兩臺吸沙泵動作，來進行污水和沙粒的分離，在停止運行時設(shè)備要繼續(xù)運行5分鐘，通過過程檢測可以對沙水分離設(shè)備故障進行監(jiān)控。

氧化溝工藝控制：氧化溝選擇曲型的三溝式交替氧化溝，由A、B、C三池組成，B溝始終進行曝氣，A、C兩溝交替工作為曝氣池和沉淀池。每個氧化溝中設(shè)置曝氣轉(zhuǎn)刷，氧化溝池上分別設(shè)溶解氧儀，檢測水中溶解氧，每個轉(zhuǎn)刷均能根據(jù)氧化溝中溶解氧值，通過變頻調(diào)速來控制轉(zhuǎn)刷轉(zhuǎn)速機運行的臺數(shù)。同時PLC還可根據(jù)氧化溝出口水位測量值，自動調(diào)節(jié)出水堰高度。

為了隨時掌握接觸池的液位情況，在接觸池中安裝靜壓液位計一臺，信號送PLC[4]。

污泥脫水系統(tǒng)的控制：用PLC3來控制氧化溝排泥口閘閥的起閉，污泥濃縮池刮泥機的起停，污泥提升泵房污泥泵的起停，污泥濃縮池排泥閘閥的起閉，污泥濃縮池上清液排放閘門的控制，污泥脫水機房污泥脫水機及加藥裝置的起停。PLC3對污泥泵、污泥脫水機及加藥裝置聯(lián)動控制，以上各設(shè)備的運行狀態(tài)、電動閥門的開關(guān)信號、故障狀態(tài)信號送至PLC3。

2 上位機組態(tài)的實現(xiàn)

本設(shè)計使用組態(tài)王軟件進行系統(tǒng)組態(tài)，形成一個工業(yè)過程控制人機交互智能軟件系統(tǒng)。在I/O設(shè)備連接時，將PLC、儀表、板卡等外部設(shè)備進行定義，設(shè)置輸入輸出變量設(shè)置和數(shù)據(jù)交換形式，使用仿真軟件進行仿真模擬。運用“圖庫”和“工具箱”提供的功能，得到繪制的全廠工藝流程圖。最后，保存所制作的畫面。用同樣的方法可以依次繪制各分段的工藝流程圖并保存。

在設(shè)計數(shù)據(jù)庫時，對整個信息管理系統(tǒng)監(jiān)控數(shù)據(jù)進行定義，并將其反映到動畫屏幕上，在計算機發(fā)出指令前可以得到最新的過程控制數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)都存放在數(shù)據(jù)庫中，在上位機和下位機之間。在組態(tài)王中這些數(shù)據(jù)變量被稱之為數(shù)據(jù)字典。變量定義包括對變量的基本屬性、是否報警、是否記錄及安全區(qū)的設(shè)定。本設(shè)計中對格柵前后液位差和集水池液位設(shè)置了報警定義；對要以歷史趨勢曲線形式顯示的變量：進、出水COD設(shè)定了數(shù)據(jù)變化記錄。

當工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，通過I/O接口，將引起實時數(shù)據(jù)庫中變量的變化，因為數(shù)據(jù)庫中的變量和現(xiàn)場同步，所以這樣就能使靜態(tài)的畫面動起來，從而反映工業(yè)現(xiàn)場的狀況。這里以集水池填充連接為例說明，在組態(tài)王開發(fā)環(huán)境下雙擊圖形對象集水池圖素，就會彈出動畫連接對話框如圖3。

圖3 動畫連接對話框

本設(shè)計對整個工藝過程中的多個數(shù)據(jù)進行了數(shù)據(jù)屬性設(shè)置，比如閃爍、隱含、數(shù)據(jù)值是模擬值還是離散值是輸出方式、命令語言與按鍵的設(shè)計等等。

本設(shè)計中針對工藝的關(guān)鍵參數(shù)：三個氧化溝中的溶解氧量進行實時趨勢曲線分析，對進、出水COD進行歷史趨勢曲線分析。二者制作過程類似，這里以實時趨勢曲線為例說明。在組態(tài)王開發(fā)環(huán)境中，從工具箱中選用“實時趨勢曲線”工具，然后在畫面上繪制趨勢曲線框，雙擊此實時趨勢曲線對象，彈出“實時趨勢曲線對象”對話框，如圖4。

圖4 “實時趨勢曲線對象”對話框

運行時的實時趨勢曲線圖如圖5。

圖5 實時趨勢曲線圖

組態(tài)王運行系統(tǒng)中的報警顯示分為實時報警和歷史報警。二者制作過程相似，這里以實時報警窗口定義為例說明。在開發(fā)環(huán)境中，從“工具箱”中選用報警窗口工具，在畫面上繪制報警窗口，雙擊此窗口，彈出對話框。

本設(shè)計還通過控件的屬性、方法等控制控件的外觀和行為，接收輸入并提供輸出，用棒狀圖來實現(xiàn)對三個氧化溝中液位的監(jiān)測，來顯示運行環(huán)境下的液位柱狀圖。

3 總結(jié)

本文對污水處理廠工藝過程進行分析，設(shè)計了一套可靠、高效、安全的過程控制監(jiān)控系統(tǒng)，可以滿足對工藝過程和設(shè)備的監(jiān)測和自動控制。利用組態(tài)王軟件進行系統(tǒng)組態(tài)，形成了一個工業(yè)過程控制人機交互智能軟件系統(tǒng)，能完成污水處理廠所需數(shù)據(jù)的監(jiān)測和過程控制。