一種標(biāo)準(zhǔn)一體化污水處理設(shè)備電氣控制系統(tǒng)

蔡振江

關(guān)鍵詞：一體化污水處理設(shè)備;PLC;觸摸顯示屏

隨著我國(guó)對(duì)生態(tài)環(huán)境要求的日益提高，污水處理后必須達(dá)標(biāo)才能排放。對(duì)于城市等大量污水處理的環(huán)境可以建造大型污水處理廠進(jìn)行收集并集中處理，因此大型污水處理廠也日益增多。但在面對(duì)小而散、水量比較少的污水很難進(jìn)行敷設(shè)管網(wǎng)，即使建立了管網(wǎng)也很難發(fā)揮收集作用，所以要做到點(diǎn)源污水處理，就必須設(shè)計(jì)一種有針對(duì)性的小型高效且方便安裝搬運(yùn)的污水處理設(shè)施，本文的一體化污水處理裝置就是為此而設(shè)計(jì)。

1污水處理工藝選用原則

在污水處理設(shè)計(jì)中，方案的選擇很重要，在方案的規(guī)劃中要進(jìn)行工藝的優(yōu)化選擇，優(yōu)化的原則如下：

（1）技術(shù)要合理。工藝所具備的技術(shù)指標(biāo)要結(jié)合國(guó)情和工程性質(zhì)，工藝選擇注重成熟性和可靠性。

（2）經(jīng)濟(jì)節(jié)能。節(jié)省工程投資是前提，合理確定處理標(biāo)準(zhǔn)，選擇簡(jiǎn)潔緊湊的處理工藝，減少占地。

（3）易于管理。考慮國(guó)情現(xiàn)有運(yùn)行管理水平，盡可能簡(jiǎn)單方便維護(hù)，采用可靠的自動(dòng)化技術(shù)。

實(shí)際上采用一種工藝都有利弊，關(guān)鍵在于適用性，在工程實(shí)踐中具體情況具體分析，采用相互結(jié)合達(dá)到更優(yōu)的選擇。根據(jù)本次的任務(wù)要求，該設(shè)備采用最廣泛的生物法處理與較新的生物膜處理技術(shù)相結(jié)合的綜合處理方法，達(dá)到最優(yōu)的處理效果。

2污水處理流程

2.1主要組成及概況

實(shí)際中設(shè)備結(jié)構(gòu)一般都比較復(fù)雜且需要的設(shè)備也比較多，在該設(shè)備的污水處理系統(tǒng)中，其核心是通過物理、化學(xué)、生物的原理去除污水中多余的污染物與有害物質(zhì)，其組成流程圖如圖1所示。

2.2污水處理機(jī)制原理

2.2.1生物機(jī)制原理

污水生物處理是利用某些微生物吸收與降解污染物的能力凈化污水的措施或技術(shù)。是用生物學(xué)的方法處理污水的總稱，是污水處理應(yīng)用中最為廣泛的方法之一。主要借助微生物的分解作用把污水中有機(jī)物轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的無機(jī)物，使污水得到凈化。按對(duì)氧氣需求量可分厭氧和好氧生物處理兩大類。厭氧生物處理系利用厭氧微生物把有機(jī)物轉(zhuǎn)化為有機(jī)酸，甲烷菌把有機(jī)酸分解為甲烷、二氧化碳和氫氣等，如厭氧塘、化糞池、污泥的厭氣消化和厭氧生物反應(yīng)器等。好氧生物處理系采用風(fēng)機(jī)曝氣（自然界有藻類光合作用產(chǎn)氧）為污水中好氧微生物提供活動(dòng)能源，促進(jìn)好氧微生物的分解活動(dòng)，使污水得到凈化，如本活性污泥，其他也有生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、污水灌溉、氧化塘等。

2.2.2物理機(jī)制原理

該裝置在后面的膜生物反應(yīng)中，膜生物反應(yīng)器浸放于好氧曝氣區(qū)中，膜組件代替?zhèn)鹘y(tǒng)二次沉淀池，其高效分離作用使泥水徹底分離，微生物和大分子物質(zhì)被膜截留在生物反應(yīng)池內(nèi)，僅有水和部分小分子物質(zhì)透過膜，從而使系統(tǒng)獲得了優(yōu)良的出水水質(zhì)，大幅提高處理效率。

2.2.3化學(xué)機(jī)制原理

該在物理與生物處理機(jī)制中未能達(dá)到全面的處理效果，就需要結(jié)合化學(xué)方法的輔助處理機(jī)制進(jìn)行中和處理，以達(dá)到綜合處理達(dá)標(biāo)的效果。如污水中含磷超標(biāo)就需要添加適量的除磷劑。

2.3設(shè)備的布局

設(shè)備將生物反應(yīng)器、膜分離設(shè)備（內(nèi)部集成若干膜組件）、產(chǎn)水泵、鼓風(fēng)機(jī)、膜清洗器、電控柜以及工藝管道、配套儀表（如壓力計(jì)、流量計(jì)等）等主要部件高度集成在設(shè)備間，如圖2所示。

3污水處理電氣控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

3.1電氣控制系統(tǒng)組成

污水處理站電氣系統(tǒng)主要有電氣設(shè)備、控制器、儀表組成。電氣設(shè)備部分主要有污水提升泵、攪拌器、回流泵、曝氣風(fēng)機(jī)、產(chǎn)水抽吸泵組成;控制器主要有PLC、觸摸顯示屏;儀表主要有液位計(jì)、電磁流量計(jì)組成。

3.2控制系統(tǒng)說明

該設(shè)備是以PLC為控制中心的污水處理控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)完成對(duì)污水處理設(shè)備的自動(dòng)控制、動(dòng)態(tài)工藝流程的監(jiān)視、工藝參數(shù)的監(jiān)視和設(shè)定，以及報(bào)警提示和故障顯示等功能，是一個(gè)實(shí)用性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高的一體化控制系統(tǒng)。通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)試及系統(tǒng)目前良好的運(yùn)行狀態(tài)，證明了該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性及可靠性。

控制器PLC采用西門子Smart200系列，主要完成各設(shè)備部件的控制與數(shù)據(jù)采集;觸摸顯示屏采用國(guó)產(chǎn)昆侖通態(tài)系列，負(fù)責(zé)對(duì)PLC進(jìn)行組態(tài)顯示，以及這個(gè)控制系統(tǒng)的監(jiān)控。整體控制方案框圖如圖3。

4污水處理控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1控制器PLC的1/0端口分配

根據(jù)污水處理系統(tǒng)控制要求，定義輸入輸出端口數(shù)量，確定L/0分配表如下表所示，進(jìn)而確定具體的PLC型號(hào)。

4.2控制器PLC選擇

本系統(tǒng)輸入點(diǎn)數(shù)為12點(diǎn)，輸出點(diǎn)數(shù)為8個(gè)點(diǎn)。選用西門子Smart200系列SR20配置一個(gè)模擬量擴(kuò)展模塊AE03，用于液位計(jì)、壓力變送器的模擬量信號(hào)輸入，滿足本系統(tǒng)液位與壓力新號(hào)采集控制要求。

4.3觸摸顯示屏的選擇

本系統(tǒng)采用了國(guó)產(chǎn)品牌昆侖通態(tài)TPC107 GI（G系列帶網(wǎng)口）作為人機(jī)界面，以先進(jìn)的Conex-A53、4核CPU為核心（主頻1G-JHz）的高性能嵌入式一體化觸摸屏。該產(chǎn)品設(shè)計(jì)采用了10.2英寸高亮度液晶顯示屏（分辨率1024x600），四線電阻式觸摸屏，以及有良好的電磁屏蔽性、美觀兼顧的鋁合金結(jié)構(gòu)。電源DC24 V/6W;內(nèi)存256M;有1個(gè)RS232;1個(gè)RS485;1個(gè)USB接口，1個(gè)LAN網(wǎng)絡(luò)接口。以上參數(shù)滿足了系統(tǒng)控制運(yùn)行的要求，也比較時(shí)尚不俗。通過以太網(wǎng)接口可以方便快速地和PLC進(jìn)行組網(wǎng)通信.USB接口可以通過U盤下載與上傳程序，對(duì)于程序的維護(hù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)的備份很是方便。

5一體化污水處理站的控制系統(tǒng)軟件及組態(tài)設(shè)計(jì)

5.1設(shè)備控制邏輯關(guān)系

整個(gè)系統(tǒng)電氣設(shè)備以PLC為控制中心，輸出設(shè)備根據(jù)PLC下達(dá)指令進(jìn)行工作，PLC根據(jù)儀表傳感器輸入信號(hào)包括手動(dòng)信號(hào)與人機(jī)界面設(shè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯分析比較計(jì)算后，下達(dá)指令到輸出設(shè)備。具體有如下設(shè)備：

（1）污水提升泵。自動(dòng)狀態(tài)受到液位信號(hào)控制，液位信號(hào)經(jīng)PLC比較分析下達(dá)指令啟動(dòng)與停止。當(dāng)污水經(jīng)提升泵輸送到格柵過濾后，進(jìn)入?yún)捬醭兀ǜ魉叵嗤ǎ?，液位?jì)檢測(cè)到達(dá)設(shè)定的中液位經(jīng)PLC判斷輸出開啟攪拌器，并開啟風(fēng)機(jī)進(jìn)行曝氣，檢測(cè)到達(dá)設(shè)定的高液位時(shí)停止工作。一般是1用1備兩臺(tái)水泵，故障時(shí)控制器PLC判斷控制切換。

（2）攪拌機(jī)。厭氧池/缺氧池配有攪拌機(jī)，根據(jù)液位信息經(jīng)過PLC比較判斷控制攪拌，以滿足水池內(nèi)的水均勻發(fā)生生化反應(yīng)，提高污水處理效率。

（3）回流泵。根據(jù)液位高低判斷，滿足設(shè)定液位后連續(xù)運(yùn)行，水位不滿足設(shè)定要求則停止運(yùn)行。

（4）風(fēng)機(jī)。根據(jù)水位高低控制器判斷是否運(yùn)行，水位在低于設(shè)定中液位時(shí)，間歇運(yùn)行（運(yùn)行周期可通過觸屏設(shè)定）。

（5）產(chǎn)水泵。產(chǎn)水系統(tǒng)由PLC控制運(yùn)行，受時(shí)序控制，工作周期（觸屏可調(diào)）運(yùn)行（觸屏可調(diào)），停歇時(shí)間（觸屏可調(diào)）;受水位信號(hào)控制，水位信號(hào)傳送到PLC進(jìn)行判斷控制產(chǎn)水泵啟動(dòng)與停止。同時(shí)鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行是產(chǎn)水泵啟動(dòng)條件之一，曝氣管路壓力表進(jìn)行壓力監(jiān)測(cè)，低于設(shè)定壓力（可調(diào)）時(shí)，產(chǎn)水泵不能啟動(dòng)。產(chǎn)生泵可采用1用1備配置，通過參數(shù)設(shè)定輪換工作，

（6）除磷劑投加泵。受產(chǎn)水泵與時(shí)控控制，產(chǎn)水泵停止則停止運(yùn)行;產(chǎn)水泵運(yùn)行“設(shè)定時(shí)間”（觸屏可調(diào)）后投加泵開始運(yùn)行。

5.2控制器PLC控制程序設(shè)計(jì)

PLC流程圖如圖4所示。PLC部分實(shí)際程序顯示如圖5所示。

5.3觸屏組態(tài)設(shè)計(jì)

5.3.1人機(jī)界面設(shè)計(jì)

根據(jù)上述的控制要求及控制流程，觸摸屏組態(tài)的監(jiān)控畫面能清楚地顯示設(shè)備的動(dòng)態(tài)流程及各個(gè)設(shè)備的動(dòng)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)，如圖6所示。

人機(jī)界面上有報(bào)警器顯示，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障，當(dāng)風(fēng)機(jī)管道壓力低于設(shè)定值，當(dāng)液位顯示不在正常值范圍內(nèi)都屬于異常情況，都應(yīng)該能及時(shí)顯示故障以方便運(yùn)行維護(hù)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理。

5.3.2設(shè)備參數(shù)設(shè)置

在設(shè)備自動(dòng)控制工作過程中需要根據(jù)一定的設(shè)定值與傳感器反饋信息作為PLC判讀的依據(jù)，在根據(jù)邏輯程序進(jìn)行分析計(jì)算后發(fā)出正確的指令控制相關(guān)設(shè)備運(yùn)行。參數(shù)設(shè)置界面如圖7所示。

通過仿真調(diào)試，系統(tǒng)運(yùn)行正常，可以完成PLC控制流程，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)一體化污水處理設(shè)備的過程中可視化監(jiān)控和自動(dòng)化控制的目的。根據(jù)設(shè)計(jì)的工作要求，設(shè)備主要時(shí)間是工作的自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，在自動(dòng)狀態(tài)下，整個(gè)系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備操作是有儀表傳感器反饋給PLC控制器信號(hào)，經(jīng)過相關(guān)處理后自動(dòng)控制相關(guān)設(shè)備運(yùn)行或者停止。手動(dòng)時(shí)不受任何儀表?xiàng)l件與邏輯關(guān)系控制，任何設(shè)備的啟停都是通過觸屏面板上“點(diǎn)擊”控制，手動(dòng)功能很少使用，只有在維修與調(diào)試時(shí)才會(huì)切換到手動(dòng)模式，方便對(duì)單臺(tái)電氣進(jìn)行處理。

結(jié)語

為了處理污水量少而散的污染點(diǎn)源，本文設(shè)計(jì)了標(biāo)準(zhǔn)一體化污水處理設(shè)備，該設(shè)備采用西門子Smart200系列PLC作為污水處理系統(tǒng)的主控制器，國(guó)產(chǎn)昆侖童泰TPC1072GI系列觸摸屏作為上位機(jī)。在專用編程軟件的環(huán)境下進(jìn)行了PLC的編程和觸摸屏的組態(tài)設(shè)計(jì)?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用證實(shí)，該系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，達(dá)到了自動(dòng)化控制的目的，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行過程的可視化，能夠滿足污水量少而散的污染點(diǎn)源處理要求。該小型一體化污水處理設(shè)備的自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。該系統(tǒng)可靠，故障少，節(jié)約了人工工作量，同時(shí)也符合節(jié)能環(huán)保的要求，具有一定的實(shí)用價(jià)值。