基于PLC的控制系统在污水处理厂中的应用.pdf

技 术 DOh 1 0 ． 3 9 6 9／ j ． i s s n ． 1 0 0 9 - 9 4 9 2 ． 2 0 1 3 ． 0 5 ． 0 2 5 基于P L C的控制系统在污水处理厂中的应用 李信洪，杨明 深圳达实智能股份有限公司， 广东深圳 5 1 8 0 5 7 摘 要 介绍 了珠海某污水处理厂 的工艺概况 、控制 系统硬件结构 和程序设计 ，P L C控制 系统 自投运 以来运行效果 良好 ，出水水 质稳定，提 高了污水处理效能 。 关键 词污水处理 ；Z T廊道T艺 ；控制系统 ；P L C 中图分类号 T P 2 7 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 99 4 9 2f 2 0 1 3 0 50 0 8 80 4 Th e Ap p l i c a t i o n o f Co n t r o l Ba s e d o n PLC i n S e wa g e Tr e a t me n t P l a n t LI Xi n -h o n g， YANG Mi ng S h e n z h e n DAS I n t e l l i t e c h C o ． ，L t d，S h e n z h e n 51 8 0 5 7 ，Ch i n a Ab s t r a c t T h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e p r o c e s s o f a s e wa g e t r e a t me n t p l a n t ， h a r d wa r e s t r u c t u r e a nd p r o g r a m d e s i g n o f c o n t r o l s y s t e m i n Z h u h a i ．S i n c e t h e c o n t r o l s y s t e m b a s e d o n PL C p u t i n t o a p p l i c a t i o n， i t ’ S r u n n i n g we l l ， wa t e r q u a l i t y i s s t a b l e a n d i mp r o v e t h e p e r f o r ma n c e o f s e wa g e t r e a t me n t ． Ke y wo r d s s e wa g e t r e a t me n t ；ZT p r o c e s s；c o n t r o l s y s t e m ；PL C 0引言 随着国民经济的快速发展 ，环境保护已经成 为一个突出的问题 ，污水处理作 为环境保护 中的 一 个重要环节被各级政府加 以重视 ，全 国各地陆 续建设 了一批 污水处理厂 ，并且有相 当一部分为 了引入 民问资本采取 了特许经营 的方式 。同时 ， 计算机和控制技术的迅速发展 ，为低成本 、可靠 的污水处理厂运营提供了必要的技术保障。 珠海某污水处理厂设计规模为5 x 1 0 i n ／ d ，采 用 Z T 廊道工艺 。整个系统 采 用 P L C进 行 自动 控 制 ， 上位计算机进 行工艺参数 监视 和设备 的系统控制模 式 ，在实 现生产 自动化 的 情况下 ，有 效降低 了运 营 成本 ，从 2 0 0 7 年投产至今 运行可靠 、稳定。 1 工艺简介 泥法 和S B R法 的优点形成的一种新型的活性 污泥 处理工艺，与传统活性污泥法处理工艺相比具有运 行灵活 、处理效果稳定 、占地面积小 、工程投 资 省 、运行管理费用较低和 自动化程度高等优点⋯ 。 Z T廊道 工艺 的主要 生产 构 建 筑 物有 进水 闸井 、粗格栅 、提升泵房 、细格栅 、曝气沉 砂 池 、Z T廊 道 池 、鼓 风 机 房 、污 泥 浓 缩脱 水 问、储泥池和紫外线消毒池。Z T 廊道工艺流程 如图 1 所示。 滤液 污泥外运 r上]r] 剩余污泥 I ． _ - ⋯ 污 泥 浓 缩 脱 水 问 ⋯ 一 ． J 储 泥 池 ⋯ 一 一 z T 廊道工艺是改进型交替式生物处理池工艺 U N I T A N K 的一种，该工艺是结合传统活性污 图 1 Z T廊道工艺流程 图 z T廊道池是整个污水处理厂的工艺核心 ，其 控制好坏直接影响出厂水水质。z T 廊道池由廊道 收稿 日期 2 0 1 2 1 1 1 6 [二] Ⅱ 李信洪 等基于P L C的控制系统在污水处理厂中的应用 应用 和漂洗水池组成，每条廊道包括了三个区，分为 八个阶段周期运行 ，运行过程如图2 所示。 进水 l 亡 _ 卅 ～ 卜 进 水 f [ _ ；i i 一 2 一一一一一一一一一一． 进水 l 亡 _ 8 ＼ 一 阶段Ⅳ 进水 l g 3 I L 2 g ～h g S 进水 进水 进水 图2 Z T 廊道池运行过程 2 控制 系统硬件结构 计算机控制系统的设计基于 集中管理 、分散控制的思想 ，将 全厂控制 系统分为全 厂管理级 、 现场控制级 P L C控制站 和就 地控制级 现场控制箱 三层结 构 ，同时根据污水处理厂厂 内构 筑物位置 、工艺功能划分和预留 二期扩建接口，将全厂现场控制 级划分成 3 个 P L C控 制站 ，包 括 提升泵房控制站、 鼓风机房控制 站 和 污 泥 浓 缩 脱 水 间控 制 站 ， 各控 制 站通 过 基 于光纤 自愈 的 1 0 0 M工业以太 自愈环 网连接。 控制系统拓扑结构如图 3 所 示 。 1 全厂管理级 中心控制室 中心控制室 主要 由 1 台工 业 以太 网交换 机 、 互为冗余的操作站 工程师站和操作员站 、l 台 打印机和 l 台U P S 电源组成。其中交换机和计算 机通过U P S 在线式供电，停电后提供至少 1 小时 的续航时间。 中心控制室的两台操作站 ，其 中一 台作为操 作员站 ，安装有运行版授权 的监控软件 ，可对全 厂 的各类设备状态 、工艺过程参数进行实时检测 和监控；另一台作为工程师站，安装有运行版和 开发版授权的监控软件，除具备操作员站的功能 外，可用于工程师编写和修改监控界面和程序。 2 现场控制级 P L C 控制站 现场控制级 P L C控制站 根据工艺流程及 检测的参数对全厂设备进行 自动控制，并接受操 作站发出的控制指令 ，是控制系统的核心 ，全厂 共设 3 个 P L C 控制站 。 提升泵房控制站 设于提升泵房 ，负责粗格 栅及提升泵房 、细格栅、曝气沉砂池和紫外线消 毒 池设备 的监 控 ，以及采 集进水 水质 、进水水 量 、出水水 质和 出水水 量数据 ，P L C I ／ 0点配置 为6 4 D I 、1 6 DO、1 6 A I 、8 A O。 鼓风机房控制站 设于鼓风机房，负责Z T 廊 道交替池 、鼓风机房 、变配电间设备的监控 ，以 及采集鼓风机风量、鼓风机风压和Z T 廊道池水质 数 据 ，P L C I ／ O点 配置为 1 6 0 D I 、6 4 D 0、3 2 A I 、 1 6 AO UP S 电源 工程师站 操作员站 打印机 1 0 0 M光纤 自愈环工业 以太网 一 磷 蠢以 太 网 交 她 以 太 网 变 换 机 查 旦 奎 煳曩 滏 I r 一 一 I } Ⅱ l 0 I 欧 姆 纰 豳c _ Ii III U I II I { I ll llLgl 婶 A B PLC 。 一 0 1 q ⋯ 鼓风机 配奢 图3 控制系统拓扑结构图 技术 污泥浓缩脱水间控制站 设于污泥浓缩脱水 问，负责污泥浓缩脱、储泥池设备的监控 ，以及 采集加药量 、进泥量和储泥池泥位等数据 ，P L C I ／ O点配置为 3 2 D I 、1 6 D O、1 6 A I 。同时因污泥浓 缩脱水问涉及污泥转运 ，需要运营人员值守 ，设 1 台操作 员站 ，只授权对污泥浓缩脱水间控制站 监控的设备进行操作。 3 就地控制级 现场控制箱 将现场控制箱上 的 “ 就地／ 远程”转换开关转 换至 “ 就地”位置 ，通过控制箱上的 “ 启动”或 “ 停止”按钮实现设备 的就地启停控制 ，就地控制 级具有最优先或最高的控制权限。 3 控制 系统程序设计 全厂现场控制级 P L C控制站 程序根据工 艺流程及要求进行编制 。 1 格栅系统控制 格栅系统控制对象有格栅机 和栅 渣输送 机 ， 测量 仪表 为安装 于格栅 机前后 的超声波液位计 ， 控制方式有液位差和时间问隔两种 。液位差控制 方式 比较格栅机前后的液位值 ，计算 出液位 差 ，如果液位差超过设定的上限值 可由操作站 设定 ，则 自动启动格栅机运行 ，直至液位差低于 设定 的下限值 ；时间间隔控制方式 如果格栅机 停止时间达到设定的时间 ，则 自动启动格栅机运 行 ，运行时间可设定。 格栅机运行后连锁启 动栅渣输送机 ，格栅机 停止后延时停止栅渣输送机。 2 提升泵控制 提升泵控制对象为带变频调节的提升泵 ，测 量仪表为液位计 ，控制方式为恒定液位控制。根 据设定 的液位与检测的液位控制提升泵运行的台 数和频率 ，当检测 的液位低于设定的下 限值时联 锁所有的提升泵停机。 3 除砂系统控制 除砂系统控制对象有桥式吸砂机和砂水分离 器 ，控制方式为时 间间隔控制。根据设定 的时间 问 隔控 制桥式 吸砂机运 行 ，砂 水分离器 联锁启 动 ，当桥式吸砂机运行一个周期后 ，全部设备 自 动停止 ，砂水分离器延时停止。 4 鼓风机控制 鼓风机控制对象为带变频调节的鼓风机 ，测 量仪表有总管压力和总管流量 ，控制方式有恒定 压力和专家预测两种。恒定压力控制方式 根据 设定的压力与检测 的压力控制鼓风机运行 的台数 和频率 ；专家预测控制方式 根据 z T 廊道池 的控 制时序 、进水流量和运行经验 ，预测下一时段 Z T 廊道池 中空气调节 阀的开启数量及开度 ，进行控 制鼓风机的开启数量和调节频率 。 5 Z T廊道池系统控制 Z T廊 道 池 系 统 的 控 制 对 象 有 进水 电 动 闸 门 、出水 电动 闸 门 、空 气 调 节 阀 、水 下 搅 拌 器 、漂洗水 泵和排泥泵 等 ，检 测仪表 有漂洗池 液位计 、污泥浓度计 、溶解氧 D O测定仪和氧化 还原 电位 O R P测定仪 。由于 Z T廊道 池的八 个阶 段周 期运行 过程涉 及时 间和空间两 个维度 ，因 此采用专家控制矩阵表的控制方式 ，如表 1 所 示 。 为 了便于工艺根据不 同的进水水质和进水水 量进行精细控制，专家控制矩阵表共设有4 0 个时 段 ，程序按 照从 时段 0至时段 4 0的顺 序循环 执 表 1 Z T廊道池专家控制矩阵表 z T 廊道池1 廊道 时问 A区 B 区 C 区 时段 运行时间 进水闸门 水闸门 漂洗水泵 空气阀 ％ 搅拌器 排泥泵 进水闸门 空气阀％ 搅拌器1 进水闸门 出水闸门 漂 洗水泵 空气阀％ 搅拌器 排泥泵 0 l 2 4 0 李信洪 等基于P L C 的 控制系统在污水处理厂中的应用 堕 行，每个时段可单独设置运行的设备、阀门开度 及运行时间，即将图2 所示Z T 廊道池运行过程的 各 阶段运行模式分解到专家控制矩阵表 中的一个 或多个时段及设备的启停组合中，极大方便了工 艺的调整和控制。 此外某些设备的控制还有一些限制或防止误 操作 的条件 ，如漂洗水泵在漂洗池液位低 于设定 的下限值时将联锁停止、排泥泵在储泥池泥位高 于设定 的上限值时将停止 、同一个 区的进水 闸门 和出水闸门不能同时开启等。 6 其他 系统控制 紫外线消毒池灯管组 的开启数量根 据出厂水 流量 自动控制或在操作站上设定 。污泥浓缩脱水 系统根据储泥池泥位控制。 - -卜- ’ 一 - 一 - ● 一 - 一 - - - 上 接 第 5 8页 面抛光测量法进行区分 ； 3 铜包铝与纯铜导体 电阻率不同 纯铜 电 阻率较小 ； 4 铜包铝与纯铜抗拉强度不 同，无论是硬 态的还是软态的铜包铝线都 比纯铜线要低 ； 5 密度不 同 铜包铝显得密度较小 ，为轻 型导线材料 ； 6 熔点不 同铜包铝熔点更低 ，且溶解后 的粉末状颜色也不太一样。 6 解决对策 1 这两个站屏蔽电缆 的屏蔽层接地方式为 屏蔽层直接与端子箱 的接地铜排相连 ，由于铝金 属暴露在空气表面易于氧化 ，因此将屏蔽层接地 方式改为屏蔽电缆 的屏蔽层通过截面不小于4 ra m 的多股铜线和端子箱 的接地铜排相连 ，这样就可 以避免发生屏蔽层腐蚀断裂的现象。 2 提 高配 电箱 的密 封性 ，及 时更 换 干燥 剂 ，降低配 电箱 中大气湿度 ，可 以有效防止屏蔽 线腐蚀 。 3 对于现有的 已经发生腐蚀的屏 蔽线采取 铜线替代更换。 7结束语 铜包 铝线 的结 构特点 是 外层 为纯 铜或 紫 铜 ，其厚度较小 ，芯部为铝金属 。当用于 电力系 统安装使用时将完整的铜包铝线进行切割后铝金属 就会暴露在空气中，而铝金属的表面易于氧化 ，导 线的端面暴露出铜与铝两种金属 ，由于两者的电极 电位相差很大 ，在潮湿的介质 中易产生 电化学腐 4 结语 该控制系统实现 了整个污水处理厂的全 自动 化运营管理 ， 自投产运行以来运行平稳 ，处理水 质达到排放标准 。其中因P L C具有可靠性高 、抗 干扰 能力 强 、调试 与维 护简单 、性价 比高等 特 点 ，以 P L C为基础采用工业 以太网搭建 的控制系 统在污水处理行业得到了广泛的应用。 参考文献 [ 1 ]江大犟，雷乐成． 水处理新技术及工程设计 [ M]． 北 京化学工业出版社，2 0 0 1 ． 第一作者简介李信洪，男 ，1 9 7 6 年生，福建人，硕士 ， 工程师。研究领域 环保水处理 、建筑智能化与建筑节 能 。已发表论文 4 篇。 编辑 王智圣 - 卜- 一- - - - -卜 - 一 - - 一 - - 蚀。另外 ，鉴于 目前还没有一个 国际或 国家级的 铜包铝线的产品标准 ，也就是说没有一个相 当级 别判定依据 ，说明铜包铝线还未达到市场和国家的 认可 。综上所述 ，对变 电站二次 电缆屏蔽层断 裂的现象应从源头抓起 ，电缆在招投标书中应明确 规定供货方不能采用铜包铝线和铜包铝屏蔽 电缆 ， 防止投产后对电力系统稳定带来极大的安全隐患。 参考文献 [ 1 ]贺家李 ，宋从矩． 电力系统继电保护原理 [ M]． 北 京中国电力出版社 ，2 0 0 4 ． [ 2 ]国家电网公 司． 国家电网公 司十八项电网重大反事故 措施修改版 [ M]． 北京中国电力出版社 ，2 0 1 2 ． [ 3 ]国家电力调度通信 中心． 国家电网公 司继电保护培训 教材 [ M]． 北京中国电力出版社 ，2 0 0 9 ． [ 4 ]国家电力调度通信 中心． 电力系统继电保护实用技术 问答 [ M]． 北京中国电力出版社 ．2 0 0 0 ． [ 5 ]周姬昊． 铜包铝线的优越性和测试方法 [ J ]． 光纤与 电缆及其应 用技术 ，2 0 0 7 4 9 1 2 ． [ 6 ]孙德 勤 ，吴春 京 ，谢 建新． 铜 包铝 复合线材制 造技 术 的发展现状与前景 [ J ]． 电线 电缆 ，2 0 0 3 3 3 - 6 ． [ 7 ]储刘生． 铜 包铝漆 包圆线的性能特点及产品标准的探 索 [ J ]． 电机技术，2 0 0 8 3 3 6 3 8 ． [ 8 ]唐宝锋，范辉，贺春光，等． 二次系统等电位接地网 的敷 设[ J ]．电力 系统保 护 与控 制 ，2 0 0 9 ，3 7 1 4 1 1 2 1 1 5 ． [ 9 ]黄少锋 ，秦晓辉． 一种新型的二次电缆屏蔽层接地方 法 [ J ]． 电力系统 自动化，2 0 0 7 ，3 1 1 6 8 7 9 1 ． 第一作者简介曾庆汇，男 ，1 9 7 6 年生，江西兴国人，大 学本科 ，高级工程师。研究领域继电保护运行管理。已 发表论文 9 篇 。 编辑 向飞 ， 曩 ■ Z r 焉 ■ ● ● 墨 ] √ l l i I 9 1 I L - - ； ‘ ‘ - - - ‘ ‘ J L ． L - ‘ ‘ ‘ ‘ ‘ ‘ j ．