基于PLC的污水处理系统设计

第25卷第4期山东轻工业学院学报Vol.25 No.42011年1 且JOURNAL OF SHANDONG POLYTECHNIC UNIVERSITYNov.__ 2011文章编号:1004- 4280( 2011 )4006604基于PLC的污水处理系统设计杜富瑞,安福东,原英君,杨少波,王峰(山东黄金矿业(莱州)有限公司三山岛金矿,山东莱州261442)摘要:在本文中将PLC自动控制技术引入到污水处理系统中来,利用工业环网,搭建了系统控制平台,实现了污水处理系统的集中控制,在实际运行过程中,取得了良好的经济效益和社会效益。关键词:自动控制:工业环网;PLC中图分类号:TP21/27文献标识码:AThe design of the sewage treatment system based on PLCDU Fu-rui ,AN Fu-dong, YUAN Ying-jun, YANG Shao-bo, WANG Feng(Shandong Gold Mining( laizhou)Co. ,ud. ,Sanshandao Cold Mine ,Laihou 261442 ,China)Abstract:In this paper, the PLC automatic control technology is introduced to the sewage treatmentsystem. A control platform is set up with industry network. This system realized the long - distancecentralized control. In practical applications , the system runs well and achieves good economic and socialbenefits.Key words :automatic control; industry network ;PLC拥有了数值运算,模拟监控,中断和通信等功能,为0引言满足控制网络的开放性, PLC融合了多种现场总线技术和以太网技术,充分满足了工业控制对于数据三山岛金矿现有水处理系统已累计使用近30采集和通信的要求",与机器人、CAD/CAM成为现余年,存在设备老化、人工维护困难的特点。现有水代工业生产的三大支柱。处理系统的维护与管理均为人工参与,人工成本过将先进的PLC自动控制技术应用到到污水处高,且在泵房、处理间等工作场所存在工作环境恶理系统中,一方面可以大大改善设备(继电器、接触劣、不适宜人员长期值守的特点。为了提升水处理器、阀门、传感器、仪表、电动机)的动作准确性和可系统自动化水平,降低系统运行的人工成本,决定对靠性,另一-方面又可以兼容传统的继电保护设计思现有水处理系统进行自动化改造升级。想和技术方法,尤其是对于逻辑关系比较复杂的功可编程控制器(PLC)是一种新型的,免维护的能,应用PLC软件编程能很快设计出最简明的符合微电脑控制器,它是用内部已经定义的各种辅助继规程的方案(2]。电器代替传统的机械触点继电器,又通过软件编程方式用内部逻辑关系代替实际的硬件连接线,这些1工艺流程内部继电器的节点0~1状态转换时间可以理想的认为等于零。随着微电子,通信和控制技术的发展，程图加图1所示来自西山矿区、机.PLC不仅具有了逻辑运算,计时计数等逻辑功能,还电车中国煤化工路送至矿部污水MHCNMHG收稿日期201106.-17作者简介:杜商瑞( 1981-) ,男,山东省滨州市人,山东黄金矿业(莱州)有限公司三山岛金矿信息化建设项目部工程师,硕士研究生,研究方向:无线传感器网络和嵌人式系统第4期杜富瑞.等:基于PLC的污水处理系统设计67泵房,矿部污水泵房通过3台15 KW离心泵送至配在初沉池的停留时间为1.5~2.0h,在这一-过程中，水井,配水井有一定高度,可以保证污水以“自流"初沉池还有均和水质、水解(酸化)作用。污水经初的形式进入格栅井。格栅井包括粗格栅和细格栅，沉池处理后,进人曝气池,3台5.5 KW的罗茨风机粗格栅主要拦截污水中比较大的垃圾，细格栅拦截将高压空气注入曝气池,可以粉碎污水中的块状物，水中相对较小的垃圾;过滤后的污水分两路进人沉并增加水中微生物活力,沉人池底的污泥通过抽砂砂池,沉砂池分离的沉淀物为颗粒较大的砂子,以免泵进入砂水分离器,进行砂水分离,上清液则重新回砂子磨损机泵、堵塞管网、破坏生化反应;分离砂子到曝气池进行后续工艺的处理。污水进人厌氧池和后的污水进人初沉池,初沉池主要去除可沉固体物氧化沟后,在厌氧池中由于厌氧菌的作用,将大分子质,去除效果可达90%以上甲;在可沉淀物质沉淀有机物分解为小分子有机物,有利于好氧段的降解;过程中,悬浮物质中不可沉淀漂浮物质的一小部分在氧化沟中,利用好氧与缺氧区段微生物的作用,以(约10% )会粘附在絮体上-起沉淀下去。另外,漂硝化和反硝化形式将水体中的氮脱去;以吸磷和排浮物质的大部分也将在初沉池内漂浮在污水表面作磷作用将水体中的磷随着污泥排出;最终在微生物为浮渣去除,沉下去的物质作为污泥被排出。污水的合成代谢中将水体中的有机物变成活性污泥。配水井s.5K W#3液位计2600T水池机汤池型"(池:沉池50T清水泉房格棚井厌氧池H氧化沟个水2十37KWDN200河泥回，5.5KW4曝气池1 DN100阿流地下水|黎房污泥池森林100τ水池消化联房牟牟伞Q4(河泥池)图1三山岛 金矿污水处理工艺图此时再经过二沉池进行沉淀,含水量很高的污后勤公司控制室矿山信息调度中心泥进入回流污泥泵站,在回流污泥泵站中的污水又重新进入厌氧池进行处理,而污泥和二沉池产生的污泥一起进入剩余污泥泵站处理,在剩余污泥泵站PIC中通过添加絮凝剂,由污泥浓缩机把污泥进行最后的脱水处理。二沉池中符合要求的水进入50 T水污水处理主站:-i级处押间)池,50 T水池内的水通过两台37 KW水泵送至西山600立方水池,作为生产用水供选矿车间使用。工业以太环网2系统设计MOXA交换材2.1总体方案中国煤化工CNMH GPIC f站5YHL一L的」西山矿区水池图2污水处理系统网络拓扑圄68山东轻工业学院学报第25卷三山岛污水处理厂监控系统设计以集中检测分散间添加DN200不锈钢电动调节阀1套,根据系统需控制为原则,后台控制室可对全厂的各工况实现实.要自动或手动调节阀门开闭。时监控,工艺设备采用就地、自控、远控的原则。对鼓风房现有3台5.5 KW罗茨风机,控制方式于本自控仪表系统设计采用三级控制层:就地手动、为定时控制。通过添加PLC控制器、触摸屏及全新现场监控和远程监控。就地手动是指通过设备旁的控制箱、低压元器件一套。 触摸屏可以现场设定启转换开关手动控制设备的开启和关闭;现场监控是动风机数量、风机启动顺序、工作时长,并可实现人指由现场PLC站执行控制设备的任务;远程监控是员考勤。中控室可以远程设定启动风机数量、风机指由污水厂的后台控制室通过系统网络对远端的设启动顺序、.工作时长。工艺要求:设置控制方式为定备进行监控。系统网络拓扑图如图2所示。时控制:以-个星期为- -个周期,设定每一一台电机每整个系统的后台控制平台分为两部分:后勤公一天的开启时间、关闭时间、工作时长、启动顺序。司控制平台,矿山数字化控制平台。可以实现对整风机现状态为定时控制:开1 h,停2 h,3台轮开且个整个系统的自动化管理,能够显示整个工艺流程风机工作时间随季节变化。通过触摸屏或上位机设的运行状态。系统支持B/S结构,支持远程访问。定启动风机数量、风机启动顺序、工作时长。.可以收集各个现场控制子站的设备运行状态、运行回流泵房现有5.5 KW水泵2台,现有控制方参数,并可以根据现场运行参数自动的发布控制命式为定时控制。通过添加PLC、触摸屏及全新控制令,控制各个现场控制站。箱、低压元器件- -套。触摸屏可以现场设定启动风2.2控制方案机数量、风机启动顺序、工作时长、工作周期,并可实污水处理系统中央控制室设置在三级处理间.现人员考勤。工艺要求:设定控制方式为定时控制:内，中心CPU采用SIEMENS S7315, 采用了以一个星期为一个周期,设定每一台电机每- -天的SIMATIC STEP7 编程软件对控制级进行组态,开启时间、关闭时间、工作时长、启动顺序。回流泵STEP7将所有用户编写的程序和程序所需的数据放房用于向曝气池回流污泥。回流泵房回流泵房工作置在块中。在一个块内或块之间类似于程序的调时间较长。现开启时间为上午,11:00~13:00停;用,使用户程序结构化成为可能。这显著增加了下午,17:00~ 19:00停,其他时间内均开启。消化PLC程序的组织透明性、可理解性和易维护性。根泵房内15 KW工作,即排泥时，回流泵房水泵停。据污水处理自动控制要求和SIMATICSTEP7的特通过触摸屏或上位机设定启动水泵数量、水泵启动点,采用了梯形图和语句表相结合的编程方法。该顺序.工作时长。，厂污水处理自动控制编程都在组织块内进行,主要消化泵房现有1台15 KW排污泵,1台2.2 KW分为六个部分:格栅间、污水提升泵站控制，曝气沉维修泵。添加全新控制箱、低压元器件及浮球开关。砂池控制,回流污泥泵站控制,剩余污泥泵站控制，上位机设定排污泵的工作周期、工作时长。工艺要二沉池控制，氧化沟控制。当组织块运行时,控制器求:设置两种控制方式:①定时控制:以一个星期为自动按规定的扫描周期执行块内的程序。一个周期,设定电机的开启时间、关闭时间、工作时2.2.1污水处理厂 主站长、启动顺序。②液位控制:通过E +H液位计检测主站主要包括鼓风房、回流泵房、消化泵房、三消化泵房污泥池液位高度实现污泥自动外排:液位级处理间(水泵房)。整个污水处理系统的中央控到达上限液位,开启电机外排污泥;液位到达下限液制室设在污水处理厂内,中控室内设置上位机，上位位,关闭电机。消化泵房现状态为:15 KW排污泵机可以显示整个水处理流程,日常运行监视、数据库每周1.3.5开半小时。开启15 KW排污泵:必须先维护与使用。打开初沉池排污阀或二沉池排污阀(初沉池阀门、在总出水口处增加一台流量计,用于计算每日二沉池阀门不能同时开) ,开启排污阀的数量、开启处理水量,同时用于成本核算。流量计采用E+H .顺序.工作时长由中控室设定。2.2 KW维修泵主电磁流量计,并将出水量信息反馈给上位机。设置要负责排除维修井内积水，要通过适当方式实现维总电能计量装置,有助于进行成本考核,在操作界面中国煤化工实时显示吨水能耗。系统保留-定余量,可随时对台37 KW水泵,4现场情况进行更改与调整。在初沉池排污阀泵房添台5."MYHC N MH G内配置中心控制加DN200不锈钢电动调节阀2套,可根据现场情况柜、配电柜、上位机、UPS电源,系统采用西门子公司对阀进行自动或手动开闭。在污泥池到消化泵房之S7-300PLC,以此作为项目的控制中心。工艺要.第4期杜窗瑞，等:基于PLC的污水处理系统设计9求:三级处理间现有2台37 KW水泵,4台5.5 KW液位到达上限液位时,关闭阀门。针对600T水池潜水泵。当西山600 m'水池液位低于1.6m,且液面“晃荡”问题,乙方应采取适当方式消除电动阀50 m'水池液位高于0.9 m时,则开启37 KW水泵，门的误动作,避免频繁启停。要将600T水池的液西山水池液位至上限液位时,关闭37 KW水泵;4台位信息及时反馈到上位机，上位机操作员可以远程潜水泵一般不开(潜水泵抽水为咸水) ,在生产用水控制电动阀门的开启与关闭。紧张且水池内无水时才开启。开启与关闭各个水泵2.2.4上位机系统的顺序数量和工作时长以及两个水池的工作液位监控系统以中央控制室为核心,采用西门子高度可由上位机设定,上位机可以实时显示西山水WINCC软件,充分利用其图形界面功能，报警、报池液位高度.50 m'水池液位高度。表、趋势等功能,实现对格栅、泵、刮泥机搅拌器鼓2.2.2矿 部污水泵房分站风机脱泥机、阀门等工艺设备的控制和管理,为生生活区污水泵房现有1台7.5 KW潜水泵、3台产提供人机界面。中央控制室随时监视整个污水厂15 KW离心泵和2.2 KW维修泵。添加PLC、触摸的运行状态,显示各种检测值及参数,以图形形式显屏及低压元器件,使用MOXA工业以太网交换机通示现行及历史值,给出各种临界提示和错误,越限报过矿区千兆以太网与主站进行通信。通过添加液位警,显示及打印分析报表。用户画面分为3类,第一计、PLC控制器、触摸屏及全新控制柜。触摸屏同时类:工艺流程图(剖面图、平面图):第二类:回路控实现现场巡检考勤功能。工艺要求:设置三个液位制图,实时数据表;第三类:趋势图、报警总览、报表。高度:超高液位，中高液位,较低液位。当液位到达“中高液位”时,开启15 KW水泵向配水井送水,当3结束语水位至“较低液位”时,关闭15 KW水泵;当遇突发情况水量较大时,水位至“超高液位" ,开动7.5 KW环境保护已经成为我们生活中重要的一-部分，潜水泵,向外排水。水泵的开启数量、开启顺序、工污水处理作为环境保护的一部分,对处理精度要求作时长可由中控室或现场触摸屏设定。开启各个水越来越高,将先进的自动控制技术应用到污水处理泵的液位高度可以通过触摸屏进行设置。2.2 KW系统中 ,对系统大有裨益。本系统现已投入使用,运维修泵负责清除泵房内部积水,要通过适当方式实行情况良好,大大提高了污水处理的自动化控制水现维修井积水的自动外排。平和管理水平,降低了人工成本,提高了生产效率, .2.2.3 西山矿区水池分站收到了很好的社会效益和经济效益。现场添加PLC控制器、1台超声波液位计、参考文献:DN100(1套)不锈钢电动阀及全新控制箱,实现对600 T生产水池液位的检测及调控。使用MOXA以[1] 皮状行.可编程序挖制器的系统设计与应用实例[J].机械工太网交换机通过以太网与污水处理厂主站进行通业出版社,2001 ,3:13-14.信。控制箱设置手动自动转换开关,控制箱采用德[2] 黄云龙可编程控制器教程[ M].北京:科学出版社,003.[3]周世辉.城市生活污水强化--级处理中絮凝剂的选择研究国威图品牌,防水防腐,不锈钢壳体,并采用双层结[J].给水排水1999 ,25(11):14-17.构,外部带锁。600 m'水池:通过检测600 T水池液位,控制电动阀门:液位到达下限液位时,打开阀门，中国煤化工MYHCNMHG