一種標準一體化污水處理設備電氣控制系統

蔡振江

關鍵詞：一體化污水處理設備;PLC;觸摸顯示屏

隨著我國對生態環境要求的日益提高，污水處理后必須達標才能排放。對于城市等大量污水處理的環境可以建造大型污水處理廠進行收集并集中處理，因此大型污水處理廠也日益增多。但在面對小而散、水量比較少的污水很難進行敷設管網，即使建立了管網也很難發揮收集作用，所以要做到點源污水處理，就必須設計一種有針對性的小型高效且方便安裝搬運的污水處理設施，本文的一體化污水處理裝置就是為此而設計。

1污水處理工藝選用原則

在污水處理設計中，方案的選擇很重要，在方案的規劃中要進行工藝的優化選擇，優化的原則如下：

（1）技術要合理。工藝所具備的技術指標要結合國情和工程性質，工藝選擇注重成熟性和可靠性。

（2）經濟節能。節省工程投資是前提，合理確定處理標準，選擇簡潔緊湊的處理工藝，減少占地。

（3）易于管理?？紤]國情現有運行管理水平，盡可能簡單方便維護，采用可靠的自動化技術。

實際上采用一種工藝都有利弊，關鍵在于適用性，在工程實踐中具體情況具體分析，采用相互結合達到更優的選擇。根據本次的任務要求，該設備采用最廣泛的生物法處理與較新的生物膜處理技術相結合的綜合處理方法，達到最優的處理效果。

2污水處理流程

2.1主要組成及概況

實際中設備結構一般都比較復雜且需要的設備也比較多，在該設備的污水處理系統中，其核心是通過物理、化學、生物的原理去除污水中多余的污染物與有害物質，其組成流程圖如圖1所示。

2.2污水處理機制原理

2.2.1生物機制原理

污水生物處理是利用某些微生物吸收與降解污染物的能力凈化污水的措施或技術。是用生物學的方法處理污水的總稱，是污水處理應用中最為廣泛的方法之一。主要借助微生物的分解作用把污水中有機物轉化為簡單的無機物，使污水得到凈化。按對氧氣需求量可分厭氧和好氧生物處理兩大類。厭氧生物處理系利用厭氧微生物把有機物轉化為有機酸，甲烷菌把有機酸分解為甲烷、二氧化碳和氫氣等，如厭氧塘、化糞池、污泥的厭氣消化和厭氧生物反應器等。好氧生物處理系采用風機曝氣（自然界有藻類光合作用產氧）為污水中好氧微生物提供活動能源，促進好氧微生物的分解活動，使污水得到凈化，如本活性污泥，其他也有生物濾池、生物轉盤、污水灌溉、氧化塘等。

2.2.2物理機制原理

該裝置在后面的膜生物反應中，膜生物反應器浸放于好氧曝氣區中，膜組件代替傳統二次沉淀池，其高效分離作用使泥水徹底分離，微生物和大分子物質被膜截留在生物反應池內，僅有水和部分小分子物質透過膜，從而使系統獲得了優良的出水水質，大幅提高處理效率。

2.2.3化學機制原理

該在物理與生物處理機制中未能達到全面的處理效果，就需要結合化學方法的輔助處理機制進行中和處理，以達到綜合處理達標的效果。如污水中含磷超標就需要添加適量的除磷劑。

2.3設備的布局

設備將生物反應器、膜分離設備（內部集成若干膜組件）、產水泵、鼓風機、膜清洗器、電控柜以及工藝管道、配套儀表（如壓力計、流量計等）等主要部件高度集成在設備間，如圖2所示。

3污水處理電氣控制系統方案設計

3.1電氣控制系統組成

污水處理站電氣系統主要有電氣設備、控制器、儀表組成。電氣設備部分主要有污水提升泵、攪拌器、回流泵、曝氣風機、產水抽吸泵組成;控制器主要有PLC、觸摸顯示屏;儀表主要有液位計、電磁流量計組成。

3.2控制系統說明

該設備是以PLC為控制中心的污水處理控制系統，該系統完成對污水處理設備的自動控制、動態工藝流程的監視、工藝參數的監視和設定，以及報警提示和故障顯示等功能，是一個實用性強、自動化程度高的一體化控制系統。通過現場實地調試及系統目前良好的運行狀態，證明了該系統設計的正確性及可靠性。

控制器PLC采用西門子Smart200系列，主要完成各設備部件的控制與數據采集;觸摸顯示屏采用國產昆侖通態系列，負責對PLC進行組態顯示，以及這個控制系統的監控。整體控制方案框圖如圖3。

4污水處理控制系統硬件結構設計

4.1控制器PLC的1/0端口分配

根據污水處理系統控制要求，定義輸入輸出端口數量，確定L/0分配表如下表所示，進而確定具體的PLC型號。

4.2控制器PLC選擇

本系統輸入點數為12點，輸出點數為8個點。選用西門子Smart200系列SR20配置一個模擬量擴展模塊AE03，用于液位計、壓力變送器的模擬量信號輸入，滿足本系統液位與壓力新號采集控制要求。

4.3觸摸顯示屏的選擇

本系統采用了國產品牌昆侖通態TPC107 GI（G系列帶網口）作為人機界面，以先進的Conex-A53、4核CPU為核心（主頻1G-JHz）的高性能嵌入式一體化觸摸屏。該產品設計采用了10.2英寸高亮度液晶顯示屏（分辨率1024x600），四線電阻式觸摸屏，以及有良好的電磁屏蔽性、美觀兼顧的鋁合金結構。電源DC24 V/6W;內存256M;有1個RS232;1個RS485;1個USB接口，1個LAN網絡接口。以上參數滿足了系統控制運行的要求，也比較時尚不俗。通過以太網接口可以方便快速地和PLC進行組網通信.USB接口可以通過U盤下載與上傳程序，對于程序的維護和運行數據的備份很是方便。

5一體化污水處理站的控制系統軟件及組態設計

5.1設備控制邏輯關系

整個系統電氣設備以PLC為控制中心，輸出設備根據PLC下達指令進行工作，PLC根據儀表傳感器輸入信號包括手動信號與人機界面設定數據進行邏輯分析比較計算后，下達指令到輸出設備。具體有如下設備：

（1）污水提升泵。自動狀態受到液位信號控制，液位信號經PLC比較分析下達指令啟動與停止。當污水經提升泵輸送到格柵過濾后，進入厭氧池（各水池相通），液位計檢測到達設定的中液位經PLC判斷輸出開啟攪拌器，并開啟風機進行曝氣，檢測到達設定的高液位時停止工作。一般是1用1備兩臺水泵，故障時控制器PLC判斷控制切換。

（2）攪拌機。厭氧池/缺氧池配有攪拌機，根據液位信息經過PLC比較判斷控制攪拌，以滿足水池內的水均勻發生生化反應，提高污水處理效率。

（3）回流泵。根據液位高低判斷，滿足設定液位后連續運行，水位不滿足設定要求則停止運行。

（4）風機。根據水位高低控制器判斷是否運行，水位在低于設定中液位時，間歇運行（運行周期可通過觸屏設定）。

（5）產水泵。產水系統由PLC控制運行，受時序控制，工作周期（觸屏可調）運行（觸屏可調），停歇時間（觸屏可調）;受水位信號控制，水位信號傳送到PLC進行判斷控制產水泵啟動與停止。同時鼓風機運行是產水泵啟動條件之一，曝氣管路壓力表進行壓力監測，低于設定壓力（可調）時，產水泵不能啟動。產生泵可采用1用1備配置，通過參數設定輪換工作，

（6）除磷劑投加泵。受產水泵與時控控制，產水泵停止則停止運行;產水泵運行“設定時間”（觸屏可調）后投加泵開始運行。

5.2控制器PLC控制程序設計

PLC流程圖如圖4所示。PLC部分實際程序顯示如圖5所示。

5.3觸屏組態設計

5.3.1人機界面設計

根據上述的控制要求及控制流程，觸摸屏組態的監控畫面能清楚地顯示設備的動態流程及各個設備的動態運行狀態，如圖6所示。

人機界面上有報警器顯示，當設備出現故障，當風機管道壓力低于設定值，當液位顯示不在正常值范圍內都屬于異常情況，都應該能及時顯示故障以方便運行維護能及時發現處理。

5.3.2設備參數設置

在設備自動控制工作過程中需要根據一定的設定值與傳感器反饋信息作為PLC判讀的依據，在根據邏輯程序進行分析計算后發出正確的指令控制相關設備運行。參數設置界面如圖7所示。

通過仿真調試，系統運行正常，可以完成PLC控制流程，實現了標準一體化污水處理設備的過程中可視化監控和自動化控制的目的。根據設計的工作要求，設備主要時間是工作的自動運行狀態，在自動狀態下，整個系統相關設備操作是有儀表傳感器反饋給PLC控制器信號，經過相關處理后自動控制相關設備運行或者停止。手動時不受任何儀表條件與邏輯關系控制，任何設備的啟停都是通過觸屏面板上“點擊”控制，手動功能很少使用，只有在維修與調試時才會切換到手動模式，方便對單臺電氣進行處理。

結語

為了處理污水量少而散的污染點源，本文設計了標準一體化污水處理設備，該設備采用西門子Smart200系列PLC作為污水處理系統的主控制器，國產昆侖童泰TPC1072GI系列觸摸屏作為上位機。在專用編程軟件的環境下進行了PLC的編程和觸摸屏的組態設計?，F場應用證實，該系統能夠正常運行，達到了自動化控制的目的，實現了運行過程的可視化，能夠滿足污水量少而散的污染點源處理要求。該小型一體化污水處理設備的自動化控制系統運行穩定，經濟實惠。該系統可靠，故障少，節約了人工工作量，同時也符合節能環保的要求，具有一定的實用價值。