基于PLC的SBR污水處理控制系統(tǒng)

（無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 無(wú) 錫 2 14121）

污水廠的管理目前大都停留在經(jīng)驗(yàn)決策階段，因此污水處理質(zhì)量極大程度上受管理人員素質(zhì)的制約。隨著污水處理水質(zhì)要求的日趨嚴(yán)格，污水處理工藝過(guò)程更趨復(fù)雜，控制要求越來(lái)越高，管理水平將是污水處理事業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的障礙之一。近年來(lái)從國(guó)外引進(jìn)設(shè)備的污水廠基本上都采用工業(yè)計(jì)算機(jī)管理，取得了較好的效果。本文就污水處理SBR法PLC控制作些探討。

1 系統(tǒng)的工藝流程及設(shè)備控制要求

SBR是序批式間歇活性污泥法（又稱(chēng)序批式反應(yīng)器，Sequencing Batch Reactor）的簡(jiǎn)稱(chēng)。SBR污水生物處理工藝，是按“進(jìn)水、反應(yīng)(曝氣等)、沉淀、排水”步驟周期性進(jìn)行生化反應(yīng)。從污水流入開(kāi)始到排水結(jié)束算做一個(gè)周期，其工藝流程圖如圖1所示。

圖1 SBR污水處理工藝流程

SBR污水處理工藝的基本操作運(yùn)行程序?yàn)槿缦拢?/p>

（1）進(jìn)水。進(jìn)水閥門(mén)打開(kāi)，污水通過(guò)粗格柵過(guò)濾，經(jīng)過(guò)水泵，然后細(xì)格柵過(guò)濾到達(dá)SBR池。

（2）反應(yīng)。當(dāng)進(jìn)水到—定液位后，停止進(jìn)水，空氣閥門(mén)打開(kāi)，鼓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，開(kāi)始曝氣，同時(shí)潛水?dāng)嚢杵骱突亓魑勰啾眠\(yùn)。

（3）沉淀：當(dāng)SBR池停止曝氣以后，空氣引伺門(mén)關(guān)閉，潛水?dāng)嚢杵骱突亓魑勰啾猛！线\(yùn)行，開(kāi)始重力沉淀和泥水分離。

（4）排水。當(dāng)SBR池水位達(dá)到最高水位，并經(jīng)過(guò)沉淀工藝以后，上清液(上面的清液)由潷水器緩慢排出池外。當(dāng)池水位達(dá)到處理周期開(kāi)始時(shí)的最低水位時(shí)，停止?jié)ＪＳ辔勰啾迷跐魍＿\(yùn)行后開(kāi)始運(yùn)行，排泥至儲(chǔ)泥池。

2 污水處理控制系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)組成

在中央控制室設(shè)有一臺(tái)上位監(jiān)控機(jī)，一個(gè)模擬顯示屏。在值班室設(shè)有一個(gè)PLC控制箱，負(fù)責(zé)對(duì)所控設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控及有關(guān)模擬量的采集工作。監(jiān)控管理機(jī)與PLC通過(guò)通信電纜(屏蔽雙絞線)連接。

2.2 設(shè)備控制原理

（1）兩臺(tái)粗格柵除污機(jī)，由時(shí)間間隔來(lái)控制其開(kāi)或者停，一般開(kāi)10 min，停1 h。

（2）兩臺(tái)水泵，由浮球控制。當(dāng)集水池處于低水位時(shí)，關(guān)閉所有泵；當(dāng)水位較高時(shí)，開(kāi)一臺(tái)水泵；當(dāng)水位高時(shí)，開(kāi)兩臺(tái)水泵：當(dāng)水位很高時(shí)，發(fā)報(bào)警信號(hào)。

（3）兩臺(tái)細(xì)格柵由時(shí)間控制其開(kāi)或停。一般開(kāi)10 min，停 1 h。

（4）當(dāng)有一臺(tái)細(xì)格柵工作時(shí)，皮帶運(yùn)輸機(jī)滯后10 s開(kāi)機(jī)。

（5）SBR池內(nèi)進(jìn)水閥門(mén)依次開(kāi)啟，當(dāng)1#池水位升到一定液位后關(guān)閥門(mén)，然后開(kāi)2#進(jìn)水閥門(mén)，2#池水位升到一定液位后關(guān)閥門(mén)，然后開(kāi)3#進(jìn)水閥門(mén)，依此類(lèi)推。

（6）當(dāng)進(jìn)水閥門(mén)關(guān)閉后，空氣閥門(mén)開(kāi)啟，潛水?dāng)嚢杵骱突亓魑勰啾猛瑫r(shí)開(kāi)啟。曝氣3 h后關(guān)閉空氣閥門(mén)關(guān)閉，潛水?dāng)嚢杵骱突亓魑勰啾靡搽S之關(guān)閉。

（7）空氣閥門(mén)關(guān)閉1 h后，潷水器開(kāi)始運(yùn)行。當(dāng)SBR池液位達(dá)到一定液位后停止運(yùn)行。

（8）剩余污泥泵在潷水器停止運(yùn)行后開(kāi)始運(yùn)行，排泥至儲(chǔ)泥池。儲(chǔ)泥池液位達(dá)到高液位或1 h后停止運(yùn)行。

（9）當(dāng)開(kāi)啟1個(gè)空氣閥門(mén)時(shí)，開(kāi)啟一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)，當(dāng)開(kāi)啟2個(gè)或3個(gè)空氣閥門(mén)時(shí)，開(kāi)兩臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)。

（10）脫水機(jī)按水處理工藝要求工作，單體為白動(dòng)化組。

2.3 上位監(jiān)控管理機(jī)

PLC將采集SBR池內(nèi)液位、總水量、空氣流量、DO儀等參數(shù)作為控制用外，還通過(guò)通信電纜將其參數(shù)傳送給卜位監(jiān)控管理機(jī)，通過(guò)上位監(jiān)控管理機(jī)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)有關(guān)參數(shù)變化，并保留一段時(shí)間的數(shù)據(jù)，形成變化曲線。同時(shí)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所控設(shè)備工作狀態(tài)，具有設(shè)備故障報(bào)警、參數(shù)打印等功能。

2.4 模擬顯示屏

可以直觀地了解格柵除污機(jī)、水泵、空氣閥門(mén)、潷水器、剩余污泥泵、脫水機(jī)等主要設(shè)備的工作狀態(tài)。

3 污水處理控制系統(tǒng)的PLC選型和資源配置

污水處理控制系統(tǒng)主要由上位監(jiān)控機(jī)，主控PLC、水泵、鼓風(fēng)機(jī)、液位計(jì)、遠(yuǎn)程I/O等組成，其中主控PLC控制水泵、鼓風(fēng)機(jī)、液位計(jì)工作并接收上位監(jiān)控機(jī)的監(jiān)控，通過(guò)遠(yuǎn)程I/O連接模擬顯示屏并顯示。污水處理控制系統(tǒng)的構(gòu)成如圖2所示。

圖2 污水處理控制系統(tǒng)構(gòu)成

主控PLC框架配置圖如圖3所示。各模塊的說(shuō)明如下：

（1）U-01DM 專(zhuān)門(mén)為華光 SU-5／SU-6系列PLC而生產(chǎn)的數(shù)據(jù)通信模塊，使用U-01DM就可以與其他PLC或上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行串行通信。

（2）U-55N數(shù)字量輸入模塊，輸入點(diǎn)數(shù)為16點(diǎn)，主要用來(lái)將外部一些信號(hào)輸入到PLC，如行程開(kāi)關(guān)信號(hào)等。

（3）U-05T數(shù)字量輸出模塊，輸出點(diǎn)數(shù)為16點(diǎn)，主要用來(lái)將控制信號(hào)輸出到相應(yīng)的器件，實(shí)現(xiàn)控制。

（4）U-01AD模擬量輸入模塊，用于將模擬量信號(hào)(電壓、電流)變換成數(shù)字信號(hào)。本模塊具有4個(gè)通道，各通道將模擬輸入信號(hào)分時(shí)變換成(0—4095)或9-4095—+4095)的數(shù)字信號(hào)，并逐個(gè)向CPU輸出。

（5）U-02RM和U-02RS遠(yuǎn)程I/O模塊，主控PLC利用U-02RM模塊，采用串行通信的方式控制擴(kuò)展I/O。

（6）U-DMY填空模塊，它的外形尺寸和輸入/輸出模塊一樣。

圖3 主控PLC框架配置圖

4 程序的流程圖和時(shí)序圖、構(gòu)成和相關(guān)設(shè)置

程序主要依據(jù)SBR法污水處理工藝 (進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水)，根據(jù)各環(huán)節(jié)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行編制。具體一個(gè)SBR池、一個(gè)周期的流程圖如圖4所示，而整個(gè)工程有4個(gè)SBR池。

圖4 一個(gè)SBR池子，一個(gè)周期的流程圖

程序主要有以下幾種模式：自動(dòng)模式、手動(dòng)模式、報(bào)警模式等。

（1）自動(dòng)模式。在這種模式下，PLC將運(yùn)行已經(jīng)設(shè)置好的程序和參數(shù)(適用于機(jī)械一切都工作正常的情況)。

（2）手動(dòng)模式。此模式主要是針對(duì)測(cè)試或出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)適用的 (如水泵出現(xiàn)故障、閥門(mén)開(kāi)不到位等情況)。本工程中，所有設(shè)備都具有手動(dòng)功能。在手動(dòng)模式下，設(shè)備運(yùn)行不再按照PLC程序運(yùn)行，完全是通過(guò)人的操作來(lái)完成。

（3）報(bào)警模式。為了確保整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行，特設(shè)置了此模式。當(dāng)SBR池水位過(guò)高時(shí)，開(kāi)始報(bào)警，防止SBR池內(nèi)水溢出。

5 結(jié)束語(yǔ)

SBR污水處理工藝控制在預(yù)定的進(jìn)水時(shí)間內(nèi)，根據(jù)反應(yīng)池的充滿(mǎn)程序，確定啟、停鼓風(fēng)機(jī)、潷水器等一系列操作，這些均需PLC來(lái)控制。另外，由于季節(jié)變化污水量少、水質(zhì)濃度的變化，處理效果需要通過(guò)調(diào)整周期內(nèi)時(shí)間配置來(lái)調(diào)節(jié)。如出水氨氮過(guò)高，則需延長(zhǎng)曝氣時(shí)間等，一般可以在PLC內(nèi)預(yù)先設(shè)置幾套周期配置模式，以便根據(jù)實(shí)際水量、水質(zhì)、水溫等因素，在一段時(shí)間內(nèi)選用一種周期模式，或晝夜用不同的周期模式。此外，PLC內(nèi)還具有意外情況下的處理對(duì)策，如突然停電一段時(shí)間后，應(yīng)以何種措施過(guò)渡恢復(fù)等，這些均是SBR法有別于連續(xù)流工藝控制管理的方面。

[1]梁 偉，李志東，張洪林.SBR法特性分析及其發(fā)展趨勢(shì)[J].長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2006(03)：96-98.

[2]王凱軍，宋英豪.SBR工藝的發(fā)展類(lèi)型及其應(yīng)用特性[J].中國(guó)給水排水，2002(7)：23-26.

[3]李建興.可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.