西門子PLC和WINCC在污水處理自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用
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本文以污水處理的工藝流程為線索，介紹了監(jiān)控系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案、各個(gè)分布式控制站的設(shè)計(jì)、上位監(jiān)控畫面的制作以及重難點(diǎn)控制策略的研究。文中著重講述了PLC、軟啟動(dòng)器與變頻、PID等技術(shù)在污水處理中的典型應(yīng)用。在該污水處理中，為了達(dá)到控制溶解氧（DO）含量、配水井液位等在一定得范圍內(nèi)的目的，我們采用PID控制、變頻調(diào)速等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)和水泵的轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。同時(shí)根據(jù)液位不同對(duì)使用設(shè)備的臺(tái)數(shù)進(jìn)行控制。為了解決污水處理中大功率設(shè)備啟動(dòng)所帶來的問題，該系統(tǒng)采用了軟啟動(dòng)器拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)。同時(shí)為了解決設(shè)備長期運(yùn)行帶來的問題，采用輪換使用幾臺(tái)泵或風(fēng)機(jī)。本文以實(shí)際系統(tǒng)為例，介紹污水處理廠自動(dòng)控制的方法與策略，具有一定實(shí)踐指導(dǎo)意義。
2污水處理工藝流程介紹
2.1污水處理的基本工藝方法
污水處理就是采用各種技術(shù)與手段，將污水中所含的污染物質(zhì)分離去除、回收利用，或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，使水得到凈化。
現(xiàn)代污水處理技術(shù)，按處理程度劃分，一般分為三級(jí)處理：
一級(jí)處理，又稱物理處理，主要是去除污水中呈懸浮狀態(tài)的固體污染物質(zhì)，經(jīng)過一級(jí)處理后的污水，可去除50%左右的懸浮物，BOD一般只能去除30%左右，達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)。
二級(jí)處理，又稱生化處理，它是城市污水處理廠的核心，主要去除水中呈膠體和溶解狀態(tài)的有機(jī)污染物。經(jīng)二級(jí)處理后，BOD的去除率可達(dá)90%以上，污水中BOD值可降至20-30mg/L，有機(jī)污染物達(dá)到國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。
三級(jí)處理，又稱深度處理，其目的在于進(jìn)一步去除二級(jí)處理未能去除的污染物質(zhì)，其中包括微生物未能降解的有機(jī)物和氮、磷等能夠?qū)е滤w富營養(yǎng)化的可溶性無機(jī)物質(zhì)。
生物法具有凈化能力強(qiáng)、費(fèi)用低廉、運(yùn)行可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，是污水處理的主要方法，在污水處理領(lǐng)域中占有重要地位。我國現(xiàn)階段的城市污水處理以生物法為主，以物理法和化學(xué)法為輔。以生物法為主的處理工藝主要有活性污泥法、A/O法、A2/O法、SBR法、MSBR法、UNITANK法、氧化溝等，它們均具有同步降解BOD5和脫氮除磷的作用。
2.2本系統(tǒng)采用的工藝介紹
根據(jù)實(shí)際情況，并綜合考慮各種工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，該污水處理廠采用A2/C氧化溝工藝。
2.2.1A2/C氧化溝工藝簡介
圖2.1A2/C氧化溝工藝流程圖
設(shè)置厭氧、缺氧段的Carrousel氧化溝(文中簡稱：A2/C氧化溝)具有生物脫氮除磷功能，是目前城市生活污水處理的主流工藝之一。它是在Carrousel2000氧化溝的基礎(chǔ)上增加前置的厭氧段形成的。在污水脫氮除磷的工藝設(shè)計(jì)中必須具備厭氧、缺氧、好氧3個(gè)基本條件，但是在實(shí)施過程中由于所需的處理構(gòu)筑物多、
污泥回流量大，從而造成投資大、能耗多、運(yùn)行管理復(fù)雜。A2/C氧化溝將厭氧、缺氧、好氧三個(gè)過程集中在一個(gè)池內(nèi)完成，各部分用隔墻分開自成體系，但彼此又有聯(lián)系。該工藝充分利用污水在氧化溝內(nèi)循環(huán)流動(dòng)的特性，把好氧區(qū)和缺氧區(qū)有機(jī)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)無動(dòng)力回流，節(jié)省了去除硝酸鹽氮所需混合液回流的能量消耗。
圖2.2A2/C氧化溝平面布置圖
該污水處理系統(tǒng)為兩個(gè)A2/C氧化溝并行運(yùn)行。經(jīng)配水井分配后的污水進(jìn)入氧化溝前段的厭氧池，與來自污泥泵房的回流污泥混合，在厭氧條件下，除磷菌可將儲(chǔ)存在菌體內(nèi)的聚磷分解，將磷酸鹽釋放到水中。厭氧池分為3格，每格都設(shè)有水下攪拌器以防止污泥沉淀。經(jīng)厭氧釋磷后的污水進(jìn)入缺氧段進(jìn)行反硝化脫氮，缺氧段設(shè)計(jì)成環(huán)流形式，強(qiáng)化脫氮效果，反硝化后的污水通過設(shè)置在一側(cè)的渠道進(jìn)入氧化溝。氧化溝的充氧機(jī)械采用倒傘形曝氣機(jī)，可根據(jù)池內(nèi)DO測定值控制調(diào)節(jié)堰門出水、改變曝氣機(jī)轉(zhuǎn)速以達(dá)到調(diào)節(jié)溶解氧的目的。在氧化溝內(nèi)，污水進(jìn)一步去除有機(jī)物并將NH3-N氧化成NO2和NO3。同時(shí)聚磷菌在好氧條件下過量攝取污水中的磷，強(qiáng)化出水水質(zhì)。而且在好氧段末設(shè)置內(nèi)回流渠，經(jīng)過好氧硝化的污水進(jìn)入缺氧段，由于末端的溶解氧減少到最低程度，有效的防止缺氧池氧過量的問題，可以取得最好的反硝化效果。經(jīng)過處理后的污水經(jīng)過出水口進(jìn)入二沉池進(jìn)行沉淀處理。
2.2.2本系統(tǒng)工藝流程
桂陽縣污水處理廠包括污水處理和污泥處理兩個(gè)系統(tǒng)。污水處理系統(tǒng)包括進(jìn)水井、粗格柵間、提升泵房、細(xì)格柵間、曝氣沉砂池、鼓風(fēng)機(jī)房、氧化溝、二沉池、紫外線消毒渠、出水渠等，污泥處理系統(tǒng)包括污泥回流泵房、脫水機(jī)房等幾部分。
污水經(jīng)污水排放管進(jìn)入進(jìn)水井，由進(jìn)水井流經(jīng)粗格柵，濾除大塊固體懸浮物后，再由提升泵將污水提升到細(xì)格柵，濾除細(xì)小的漂浮物和浮渣，然后經(jīng)計(jì)量渠流入曝氣沉砂池，進(jìn)行砂水分離，去除水中密度較大的無機(jī)顆粒，以保護(hù)后續(xù)處理設(shè)備的正常運(yùn)行。然后污水進(jìn)入氧化溝，進(jìn)行生化處理。經(jīng)生化處理后的污水進(jìn)入二沉池進(jìn)行污泥沉淀，經(jīng)過污泥沉淀后的污水經(jīng)紫外線消毒后到出水渠，最后排放。二沉池分離的一部分生物活性污泥回流到生化反應(yīng)池，另一部分剩余污
泥流經(jīng)污泥泵房進(jìn)入污泥處理系統(tǒng)，剩余污泥進(jìn)入污泥貯池，最后經(jīng)進(jìn)污泥泵進(jìn)入脫水機(jī)房進(jìn)行脫水處理并外運(yùn)。
圖2.3韶陽縣污水處理廠總體工藝流程圖
3控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
3.1設(shè)計(jì)原則
1.系統(tǒng)性能穩(wěn)定，安全可靠。
2.操作簡單，維護(hù)方便
3.運(yùn)行經(jīng)濟(jì)節(jié)能，維護(hù)費(fèi)用低。
4.易于擴(kuò)展
5.性能價(jià)格比高
3.2設(shè)計(jì)思想
本系統(tǒng)采用工控機(jī)+可編程序控制器（PLC）+現(xiàn)場儀表的控制方式?，F(xiàn)場儀表將現(xiàn)場的信號(hào)采集并傳輸至PLC中，PLC作為主要的現(xiàn)場控制單元，工控機(jī)用于監(jiān)視和控制PLC及現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)。各個(gè)設(shè)備均能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地、遠(yuǎn)程、遠(yuǎn)程手動(dòng)三種控制方式。
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