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浅谈污水处理厂 自动化控制 9 浅谈污水处理厂 自动化控制 张磊 中国市政工程中南设计研究院， 湖北 武汉4 3 0 0 1 0 摘要 通过工程设计实例， 阐述城 市污水处理厂主要机械设备的 自动化控 制要 求和设计思路 。 关键词 自 动化控制； P L C ； 鼓风机控制； 脱水机控制； 检测仪表 中图分类号 T P 2 7 8 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 0 8 8 2 9 2 0 0 5 1 2 0 0 0 9 0 3 Pr i ma r y Di s c u s s i o n Ab o u t Au t o ma t i c Pr o c e s s Co n t r o l o f 肠 t e wa t e r Tr e a t me nt Pl a n t ZHANG L e i C e n t r a l a n d S o u t h e r n C h i n a Mu n i c i p a l E n g i n e e r i n g D e s i g n＆R e s e a r c h I n s t i t u t e ， Wu h a n 4 3 0 0 1 0 。 C h i n a Ab s t r a c t T h r o u g h a d i s c u s s i o n a b o u t a p r e c t d e s i g n c a s e ．a n e x p a t i a t i o n h a s b e e n m a d e u p o n t h e a u t o m a t i c c o n t rol r e q u i r e me nt s a nd d e s i g n c o n s i d e r a t i o n s o f t h e ma i n me c h a n i c a l e q u i pme n t i n a n u r ba n wa s t e wa t e r t r e a t ． me nt p l a n t ． Ke y wo r d s a u t o ma t i c c o n t r o l ； PLC； a i r c o mp r e s s o r c o n t r o l ； d e c a n t e r c o n t r o l ； mo n i t o r i n g i n s t r ume n t 随着我国环保力度的加大， 我国的水污染控制重 点， 已经从工业点源为主的控制， 逐步转变为以城市污 水污染为主的控制。城市污水处理厂的自动化控制也 正进入计算机智能化控制阶段， 能够根据系统运行过 程中的发生的相关参数的变化， 及时 自动地调整系统 的运行状态， 使其运行一直保持一个最佳的工作状态。 在通常的污水处理工艺过程中， 要采用大量的机械设 备， 它们要根据一定的程序、 时问和逻辑关系运行 ， 要 使污水处理厂自动、 高效地运行， 就必须对机械设备的 自动化控制要求有所 了解 ， 下 面就 以设计 的某一污水 处理厂为例， 介绍该污水处理厂主要机械设备的控制 要求和设计思路。 1 工程概 况 本污水处理厂设计 总规模为 3 01 0 m ／ d ， 一期 建设规模为2 0 1 0 m ／ d ， 采用国外政府贷款， 主要设 备及自控仪表从国外进 口， 其他选用国产设备。 工艺流程如图 1所示 。 2自控系统概述 计算机控制系统框图如图2所示。根据集中管理 分散控制的原则， 控制系统采用两级分布式结构， 即分 收稿 日期 2 0 0 5 0 7 2 2 作者简介 张磊 1 9 7 0 一 ， 湖北人 ， 高级工程师， 主要从事市政 工程电气及仪表 自动化设计工作。 为厂级控制中心和现场区域远程 I ／ O分站。对于用电 设备比较分散且 I／ O点数较多的区域， 设置若干现场 子站 ， 直接接在系统 总线上。为便于决策者及技术人 员及时了解全厂生产状况 ， 本工程在厂长室及化验室 各设一台数据终端机， 挂在系统总线上。 图 1 工艺流程不意图 中央控制室 设在综合楼 主控机 P D S 经 P L C 主站与各控制子站通过一条高速 1 0 0 M b ／ s 数据传 输电缆进行通信。各控制子站采集的数据实时传输到 P L C主站， 再通过 P L C主站传输到P D S ， P D S 控制指令 下传至 P L C主站， 通过 P L C主站至各现场区域远程 I ／／ 0分站， 形成一个可靠快捷的局域网络。各子站能进 行数据传送和共享。 各控制子站是该生产过程内所有生产工艺、 电气 技术参数与自 控系统的接 口， 这些现场数据信息通过 P L C控制主站经高速数据电缆传送至中央控制室主控 机 P D S 处理， 并实时显示 、 记录、 打印和备份， 还根 维普资讯 1 0 测控技术 2 0 0 5 年第2 4卷第 1 2 期 图2 计算机测控系统框图 据处理结果随时向各控制主站发送各种控制指令， 完 ①回流污泥泵 回流污泥泵自动控制有两种模式 成生产调度过程。 污泥回流量定值控制、 进水量比例控制。污泥回流量 3 工艺控制要求 3 ． i 进水泵房的控制 ①粗格栅机 根据格栅前后水位差或设定的运行 时间与运行周期 自动运行 ， 时间和周期均可根据进水 杂质情况调整。 ②提升泵站螺旋输送机 螺旋运输机与粗格栅机 联动控制， 任意一台粗格栅机启动后应启动螺旋运输 机联动运行； 所有粗格栅机全部停止运行后， 延时 1 m i n 可调 停止螺旋输送机运行。 ③提升泵站进水泵 根据厂外污水收集泵站的流 量信号和进水泵房吸水井液位检测值， 按照预定的运 行方案自 动增减水泵开启台数。P L C应能 自 动累计每 台泵运行时间， 实现泵运行的自动轮换， 均衡运行， 同 时应避免频繁电机开停。水泵的启动顺序按 自 动累计 水泵运行时间从小到大排列， 并留有足够的启动间隔 时间， 避免送 电后过载跳 闸现象。停止时顺序与之相 反， 当最低水位时， 所有污水泵停止运行。 ④提升泵站电动阀 泵房内电动阀门按开泵及关 泵程序控制 ， 开泵时应先开水泵 ， 当达到一定压力时再 开阀门。关泵时应先关阀门再关水泵。 3 ． 2 沉砂池的控制 吸砂机的自动控制由设备配套提供的就地控制柜 内P L C完成。桁车起始位于沉砂池出口端， 当接收到启 动信号后依次启动两台吸砂泵。池两端应设限位开关， 联锁控制桁 车的运行。当到达池的进水端时， 桁 车停 止， 然后 自动返回到池的出水端 ， 吸砂泵继续运行。到 达池的出水端时， 桁车停车， 吸砂泵停机， 等待下一个启 动信号。桁车运行期间， 吸砂泵出现故障时， 桁车应能 自动停止运行， 并发出声光警报。在桁车两端设紧急停 止按钮。当桁车启动时， 配套的 水分离器也将启动， 并且在桁车停车后继续运行至少 5 m i n 。桁车运行期 间 ， 吸砂机与砂水分离器的联动控制 由P L C完成。 3 ． 3 污泥泵房的控制 定值控制根据污水厂不同季节 、 工况和时间对应 的回 流污泥量曲线 按历史数据库编制和 自动修正 控制 回流量。进水量前馈比例控制是根据进水流量按一定 比例来控制回流污泥量 ， 回流 比应实时根据 污泥泵房 M L S S 检测值 自动修正。 ②剩余污泥泵 剩余污泥泵 自控模式为定量定时 排放 。定量定时排放根据污水厂不 同季节 、 工况 和时 间对应的剩余污泥量和排放周期曲线 按历史数据库 编制和 自动修正 控制排放量。当污泥泵房水位过低 时， 回流污泥泵及剩余污泥泵都应停止运行并报警， 增 大二沉池排泥量。当污泥泵房水位过高时自动启动剩 余污泥泵运行并报警 ， 减少二沉池排泥量。 3 ． 4 二沉池的控制 二沉池吸泥机按预定运行周期和运行时间连续运 行 ， 运行周期和运行时间可人工和 自动调整 ， 自控时根 据二沉池污泥界面和污泥泵房 M L S S 测量值 自 动调整。 3 ． 5 鼓风机及 A ／ O生物池的控制 3 ． 5 ． 1 鼓 风机 的控 制 由于采用鼓风曝气 ， 生物池的控制主要就 由离心 鼓风机来完成。离心鼓风机采用 H V T U R B O的高效 离心鼓风机， 电压等级为 1 0 k V， 功率为5 0 0 k W。离心 鼓风机的自动化控制采用带空气调节阀控制的形式， 其具体控制如下 带空气调节阀控制， 即曝气池气管上 设有空气调节阀， 鼓风机根据风管总管压力来控制 ， 将 溶解氧检测值 4 ～ 2 0 m A标准信号 送到中控室 P L C ， 将压力检测值 4 ～ 2 0 m A标准信号 送到鼓风机主控 盘 M C P内。空气通过空气调节阀进入各曝气池好氧 段内， 好氧段内设有溶解氧测定仪， 将检测到的4～ 2 0 m A标准信号溶解氧值与中控室 P L C内设定值范围进 行比较 控制在 1 ． 5 m g ／ L D O 3 ． 5 m g ／ L范围内 。 如高于设定值范围， 则调小空气调节阀的开启角度， 减 少生物池好氧段的进氧量， 降低溶解氧值， 直至达到设 定值范围内为止 ， 这时鼓风机风管上总管压力发生变 化 ， 再将检测到的压力值 4～ 2 0 m A 标准信号 与鼓 维普资讯 浅谈污水处理厂 自动化控制 风机 MC P内设定值相比较 ， 减小鼓风机叶 片开启角度 ， 以保持 风管总 管压力恒 定。 如低于设定值范围， 则相反调整。该控制 方案适用于复杂 、 多个生物池一并参与系 统的 P L C控制形式。 3 ． 5 ． 2 A ／ 0生物池控制要 求 1 A ／ 0生物池检测仪 表 、 鼓风机 、 高压开关柜与 P L C之间控制接 H要求。 其控制接口要求如图3 所示。 2 A ／ 0生物池检测仪表控制要求。 ①溶解氧 本工程设计 中溶解氧的控 制值为厌氧段溶解氧值不大于 0 ． 2 mg ／ L ， 缺氧段溶解氧值不大于 0 ． 5 m g ／ L， 好氧段 溶解值控制在 1 ． 5～3 ． 5 m g ／ L之间。 ②污泥浓度 回流污泥控制靠设在曝 气池缺氧段与好氧段之间的污泥浓度计决 定。污泥浓度的设计控制值为 2 ． 5 g ／ L ML S S 4 ． 5 g ／ L ， 污泥浓度的调节由回流污泥泵房的回 流污泥泵来控制。 ⑧p H值 p H值的设计控制值为 6 ． 5 2 0 0 5年第2 4卷第1 2 期 波导丝上的扭转信号在两边带材引起方 向相反的振 动， 两边 d S ／ d t 符号相反， 产生差模的电压信号； 而传 感器整体的振动， 热噪声等干扰均为共模信号。 由此也引入了两个检测线圈放置的问题。为了保 证信号的完全差模， 需要两边线圈、 永磁铁参数完全一 致 ， 且相对于波导丝轴对称 。 考虑两个永磁铁的方向， 若方向相反， 如图 7所 示， 波导丝上产生纵向的磁场， 当激励脉冲到来时， 波 导丝产生扭转， 并以超声波的形式向波导丝的两端传 播， 与浮子处的扭转波相叠加， 影响接收的信号质量。 若如图6所示安放永磁铁， 则不会在波导丝上产生纵 向磁场 A ／，一 B 圃 【 ， 皿厂 l J ■ ● J ／ 1 I ‘ J I1 i ● ’ 硼 世 ● r l I ． 。 ． ’ ‘ 。 ． 。 ． 。 - 1 删 ■ - 图7 两永磁铁极性相反放置情况 带材的振动由连接处向两端传播， 在传播的过程 中逐渐衰减， 为了检测到较强的信号， 线圈不宜距离波 导丝过远； 同时， 为了避免波导丝上强信号的干扰和两 线圈的相互影响， 线圈与波导丝的距离也不能过近， 具 体距离可以通过实验确定。 3 ． 3 磁致伸缩液位传感器 回波拾取装置输 出信号 回波拾取装置输出信号的波形图如图 8 所示 ， 观 察可知， 传感器输出的波形较为清晰， 拾取信号包括回 波信号 1 2 5 H z 左右 4 m V左右 、 很强的互感噪声信 号 1 0 0 mV左右 、 热噪声 2 3 mV左右 。而 A B两 路噪声为共模信号， 有用回波信号为差模信号。经过 差分放大， 放大差模、 抑制共模 ， 就可以得到很好的回 波信号 如图9 。 图8 回波拾取装置输 出信号 图9 经过差分放大后的输出波形 4 结束语 分析了磁致伸缩液位传感器的工作原理， 在理论 分析的基础上 ， 研究 了其 回波拾取部分机械结构设计 的关键技术， 提出设计过程中应当注意的若干问题 ， 对 磁致伸缩传感器的设计和实现有一定的实用价值。 参考文献 『 1 ] 袁梅 ， 史磊， 吴京惠． 高精度磁致伸缩燃油油量传感器的 结构设计[ J ] ． 航空计测技术， 2 0 0 4 ， 2 4 4 1 2 1 4 ． [ 2 ] 史磊． 磁致伸缩液位传感器硬件设计 [ D ] ． 北京 北京航 空航天大学， 2 0 0 4 ． [ 3 ] 江崇福． 超声学[ M] ． 北京 科学出版社， 1 9 9 9 ． 口 上接 第 1 1页 P L C能够按照在现场和实验室中得到 的早 、 晚及 季节变化的最佳 A B C控制器的差速、 扭矩及加药量的 设定值， 在主站进行控制， 并监视离心浓缩脱水机的工 作状态。在现有的条件下， 最大限度地实现 自动化监 控 ， 并为以后的发展留有适 当的接 口。 4 结束语 虽然 自控技术及理论越来越成熟和规模化， 但在 污水处理领域， 自 控技术的设计、 使用仍然还处于完善 发展之中。由于各种工程技术的不断改进， 软件开发 的多样性和通用性， 污水处理厂的自控设计也面临较 多的选择， 如何配备较为适宜的污水处理工程 自控技 术与硬件配置， 是未来水处理 自控系统发展和研究的 课题 。 参考文献 [ 1 ] 王凯军 ， 贾立敏， 等． 城市污水生物处理新技术开发与应 用[ M] ． 北京 化学工业出版社 ， 2 0 0 1 ． 『 2 1 王洪臣． 城市污水处理厂运行控制与维护管理[ M] ． 北 京 科学出版社， 1 9 9 7 ． 口 维普资讯