基于西门子S7-300PLC的生活污水处理厂自动控制系统.pdf

基于西门子S 7 - 3 0 0 P L C的生活污水处理厂 自动控制系统 殷长江 基于西门子 7 - 3 0 0 P L C 的 生活污水处理厂 自动控制系统 殷 长 江 四川省东鑫数码科技有 限公司 成都 ， 6 1 0 0 0 0 摘要介绍 了基于西门子S 7 3 0 0 PL C的生活污水处理厂 的自动控制系统， 对整个污水处理厂各构筑物设 备实现 自动控制 ， 提 高了设备的利用率和污水处理厂 的 自动化程 度，使 出水排放稳 定到达 排放标准 。 关键词污水处理厂；S 7 3 0 0 PL C ；自 动 控制系统；活性污泥法 Ab s t r a c t Th i s a r ti c l ei n t r o d u c e dt h e a u t o mz a i c c o n t r o l s y s t e m in s e wa g et r e a t me n t p l a n t b a s e do n S i e me n s S 7 - 3 0 0 P LC． i t r e a l i z e d the a u t o ma t i c c o n t r o l f o r a l l the s t r u c t u r e d s e wa 2 e t r e a t me n t p l a n t e q u i p me n t ， a n d i mp r o v e the e q u i p me n t u t i l i z a t i o n and s e wa g e u e a t me n t p l a n t a u t o ma t i o n ， t o c a u s ethewa ter d i s c h a r g eg e t s t a b i l i t yand r e a c h e s p o ll u t i o n s t a n d a r d ． Ke ywo r d s S e wa g et r e a tm e n t p l a n t ； S 7 3 0 0P L C ； Au t o ma t i c c o n t r o l s y s tem ； Ac t i v a t e d s l u d g ep r o c e s s 中图分类号T P 2 7 3 文献标识码 B 文章编号1 0 0 1 - 9 2 2 7 2 0 1 2 0 5 - O 1 2 0 - 0 2 0 引 言 随着人类社会 的发展 ，生活污水的排放 日益增多 。为 了保护有限的水资源 ， 污水 的处理越来越被重视 ， 污水处 理厂 己成为各个城市最为重要的基础设施之一。 而对污水 处理厂的 自动化程度要求越来越高 。 本文介绍 了基于西门 子 s 7 3 0 0 P L C的生活污水处理厂的自动控制系统， 对整 个污水处理厂各构筑物设备实现 自动控制 ， 提 高了设备的 利用率和污水处理厂的 自动化程度 ， 使 出水排放稳定到达 排放 标准 。 1 生活污水处理厂工艺简介 污水处 理一般来说包含 以下三 级处理 一 级处 理是它通过机械处理 ，如格栅 、沉淀或气浮 ， 去 除污水 中所含 的石块 、砂石和脂肪 、 油脂等 。 处 理的原 理在 于通过物 理法实现 固液分离 ， 将污染物 从污水 中分 离 ， 这 是普遍采 用 的污 水处理 方式 。 城 市污水一 级处理 B O D 5 和S S 的典型去除率分别为2 5 ％ 和5 0 ％ 。 二级 处理是生物 处理 ，污水 中的污 染物在微 生物的 作用下被降解和转化为污泥。目前大多数城市污水处理厂 都采用活性污泥法 。 生物处理 的原理是通过生物作用， 尤 其是微生物 的作用 ， 完成有机物 的分解和生物体的合成， 将有机污染物转变 为无害 的气体产物 C 0 2 、 液 体产物 水 以及富含有机物 的固体产物 微 生物 群体或称生物 污泥 ；多余 的生物污泥 在沉淀池 中经沉淀池 固液分离 ， 从净 化后的污水 中除去 。 三级处 理是污水 的深度处理 ， 它包 括营养物 的去除 和通过加氯 、 紫外辐射或臭氧技术对污水进 行消毒。 收稿 日期 2 0 1 2 0 7 一l 0 作者简介 殷长江 1 9 8 2 一 ， 男， 主要从事 自动化系统工程设 计 施 工 工 作 。 1 2 0 2 自动控制系统的系统结构 自动控制系统 由3 个P L C控制站 一级预处理 1 P L C 站 、 生物处理 2 P L C站 、 污泥脱水处理 3 g P L C站 、 消 毒渠控制站和一个控制 中心站组成 。 系统通讯采用环形光 纤工业 以太网的方式， 通讯速率可达到 1 0 M b／ S。 系统结构 如 图 嚣籍耕 - ． 移 水 蚺 戳 晓 湃 图1 系统结构图 该系统仪以S I E M E N S 公司的S I M A T I C 7 - 3 0 0 P L C 作为 主控单元 ， 每个 P L C控制站采用数字量输入模块 、 数字量 输 出模块、 模拟量输入模块来采集各控制单元的数据 。 各 P L C站之间通过光纤工业以太网进行数据交换， 各P L C控 制站与控制中心站也通过光纤工业 以太网进行 数据交换 。 控制中心站采用W I N C C 6 ． 0， 两台工业控制机互为备用。 在 整个控制 网络 中， 控制中心站， 监测每个P L C控制站的数 据 ， 动态显示各工艺设备的运 行情况 ，并设置每个工艺控 制参数和控制 设备的运行；各个P L C控制站采集数据 ， 根 据程序优化设备运行 ， 并传送给控制中心站 ， 还接受控制 中心 的参数设置和控制 指令 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 自动化与仪器仪表2 0 l 2年第 5期 总第 l 6 3期 3 自动控制系统的控制实现 3 ． 1 1 P L C 控制站的控制 实现 1 粗、 细格栅控制 通过对粗、 细格栅的控制实现污水 中杂物的捞取 。 在 保证污水顺利流通 ， 减少耗电量 ， 就必须尽量减少格栅 的 运 行时间 。 因此 ， 可根据格栅 前后 的液位差 ， 判断格栅 的 阻塞情况来启停格栅机；还可 以根据 设定的运行 时间和间 隔时间来启停格栅机 。通过控制站可对格栅运行方 式 液 位 差 、时间及运行 、停止液位和运行 、间隔 时间等工艺 参 数进行设定 。 2 提升泵的控制 提 升泵的控制采用 污水井的液位来 实现 泵的启动和 停 止。 泵的启动采用轮流启动方式 ， 水泵 的启动顺序按累 计 的运行 时间从小到大排列 ， 停泵 时则相反。水泵在运行 过程中同时累计运行时间， 实现水泵的 自动轮值 ， 保证水 泵总是处在最佳运行状态。 当水泵运行到干运行保护水位 时 ， 水泵全 停。 提升泵 的 自动控制受运行 时间和污水井液 位 的控制 。自动控制过程如下 图2 提升泵逻辑流程图 通过 控制站可对 提升泵运行 方式及运 行 、 停止液 位 和 液位判断时 间等工艺参数进行 设定。 3 旋流沉砂的控制 旋流沉砂系统主要根据时间进 行控制 ， 鼓风机、 洗砂 阀、 提砂 阀、 砂水分离器根据 工艺设定 的时间及运行 时间 自动启停 。 3 ． 2 2 P L C 控制站的控制实现 1 厌氧池 的控制 厌氧池 的设备为水 下推进器 ， 主要 根据污水 滞 留时 间和工艺要求 设定 的时间来 自动启停 。 2 生化池溶解氧 的控制 溶解氧 是生化处理 的一个重要 数据 ， 好氧 池 中氧气 不足和 过量都会 导致污泥 生存环境 的恶化 。 当氧气不足 时，由于好氧池中丝状菌的生长速率低 从而引起水质 的下 降；而氧气过量 时，会引起悬浮 固体沉 降性能变差 ，能耗 也会 过高 ， 另外 ， 含有 过高溶 解氧 的污泥 回流到厌 氧区 或缺氧区 ， 会抑制该区厌氧菌的生长。 每个氧化沟都有N台曝气机 ， 可 以采用启停曝气机 的 台数的调节办法来实现 N极曝气调节 ， 把N台曝气机作为 一 个 “ 调节 阀” 来调节氧化沟的D 0 溶解氧到设定的值； 或采用变频曝气来调节氧化沟的D 0 溶解氧 到设定 的值 。 图3 溶解氧控制逻辑流程图 常规的离散的P I D 算法表达式为 7 1 ．生 7 ’ “ { P 七 } P -， ．[ P Ji} 一 P 七 一 1 ] } ， ／ o 式中， k 为比例常数， T 为积分时间常数， T 为微分时 间常数， k 为采样序号， k O ， 1 ， 2 ⋯⋯ u k 为第k 次采样时 间的计算机输出值， e k 为第k次采样时刻输入的偏差值， e k - 1 为第 k 一 1 次采样时刻输入 的偏差值 增量式的PI D控制算法为 A Jj} |l} P [ P - e k - 1 】 ， P 七 [ e k - 2 e k 一 1 e k - 2 】 式中， k 为积分常数， k k T ／ T ， k 。 为微分系数， k k T ／ T ， e k - 2 为第k 一 2 次采样时刻输入的偏差值。 在工程实 际运用 中， 通常采用 “ u k ～1 u k 3 污泥 回流的控制 根据检测的进水的S S值进水流量， 控制污泥回流量， 实现 回流 比的调节 。 污泥 回流量实现 闭环反馈控制 。 图4 污泥回流控制逻辑流程 图 3 ． 3 3 P L C 控制站的控制实现 脱水机房通过连锁 ， 实时控制设备的开停， 实现污泥 脱水 。 加氯加药 间通过给 出的加药量给定值 ， 通过 P I调节 加药计量泵的工作频率实现加氯加药量 的控制 ， 控制逻辑 框 图如 下 { 窖 图5 加氯加药控制逻辑流程图 3 ． 4 消毒渠的控制实现 紫外线消毒渠 是城市生活污水处 理的深度处理工序 的常用方式。 紫外线消毒渠一般是成套设备 ， 只需要通过 控制网络进行设备的启停和检测 ， 有水外放的时候开启消 毒 ，没有 则关闭。 4 结 语 该 自控系统 实现 了污水 处理厂 的 自动化运行 ，不仅 减轻 了工人 的劳动强度 ， 而且提高了污水处理厂 的运行效 率和运行效益，实现了污水处理厂生产管理 的科学性，使 出水 稳定达到 国家排放标准 。 参考 文献 [ I ] 马 勇， 彭永臻等． 城市污水处理系统运行及过程控制 [ U ] ． 科 学出版社， 2 0 0 7 ． [ 2 ]廖常初． 7 - 3 0 0 ／ 4 0 0 P L C 应用技术[ M ] ． 机械工业出版社， 2 0 0 8 ． [ 3 ] 张培山， 钟昆 张林江． 基于P L C的污水处理厂 自控系统的实 现 [ M ] ． 自动化与仪器仪表， 2 0 0 7 5 ． 1 21 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m