一種地埋式污水處理廠除砂系統的智能化控制方案

摘 ?要：對污水處理廠沉砂池工藝設備的控制進行了研究，提出一種除砂系統泵與閥門智能聯動的解決方案，通過標準化的參數傳遞，設定泵/閥門的狀態判定、起始閥門編號與停止編號的判定，優化砂泵的啟停條件控制，優化閥門的開閥與關閥條件，實現單泵與4組閥門的互鎖聯動，也可1V3、1V2、1V1組閥門聯動，自動容錯運行中的閥門故障，保證沉砂池除砂系統的高效穩定運行。

關鍵詞：污水處理;除砂系統;智能控制

中圖分類號：TP311 ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2022）05-0157-04

An Intelligent Control Scheme for Sand Removal System of Buried Sewage Treatment Plant

NIU Furong

（China Union Engineering Co.， Ltd.， Xiamen ?361004， China）

Abstract： This paper studies the control of the process equipment of the grit chamber of the sewage treatment plant， and puts forward a solution scheme of intelligent linkage between the pump and the valve of the sand removal system. Through standardized parameter transmission， it sets the judgment of the state of the pump/valve， the judgment of the starting valve number and the stop number， optimizes the control of the start and stop conditions of the sand pump， and optimizes the opening and closing conditions of the valve， realizes the interlocking linkage between single pump and 4 groups of valves and the linkage of 1V3， 1V2 and 1V1 groups of valves. The valve fault in operation can be automatically tolerated to ensure the efficient and stable operation of the grit chamber sand removal system.

Keywords： sewage treatment; sand removal system; intelligent control

0 ?引 ?言

污水處理的主流程工藝一般劃分為幾個段：預處理段、生化段、深度處理段、尾水排放等，配套的系統則包括提升系統、曝氣系統、加藥系統等。沉砂池在污水處理廠的占比很小，但其作用卻不可忽視。若不設置沉砂池，大量砂粒將進入后續工藝段，給污水廠的正常運行帶來諸多隱患：（1）砂粒會加速污泥處置單元的設備磨損，比如泵、壓泥機等，縮短使用壽命。（2）部分工藝會減少池容積，降低工藝處理能力。

在預處理段中，污水通過粗細格柵和污水提升泵提升以后，進入到沉砂池，此時需要對污水中的無機物顆粒進行去除，目的主要有兩個：（1）降低污水無機物的比例。通過前期處理，使進入到后續生化工藝段中的污水無機物下降到較低水平，低無機物進入將使得生化池內的活性污泥濃度中的有機占比升高，污泥濃度可以控制在合理的范圍內。（2）減少運營維護的成本，增加設備壽命。砂礫的減少能夠降低對設備的損耗、磨損，同時減少的無機物可以降低活性污泥濃度，因而減少剩余污泥排放量，減少污泥脫水機的壓力，對于降低污泥車間的整體的藥耗、能耗、外運成本等作用很大。

因此對于除砂池的運行管理也是提升污水廠整體管理的一個重要環節。

沉砂池作為控制活性污泥有機比例的處理構筑物，對它的良好管理是非常必要的，本文針對除砂系統的設備管理，通過自動化的編程設計，提高除砂系統的自動化水平，降低人工成本，加強除砂系統的運行水平，這對于整體工藝提升也是非常有益的。事實上，前段沉砂池去除無機物的泥沙，提升有機物在剩余污泥中的含量，將對于后段污泥資源化再利用大有裨益，比如污泥焚燒的熱值提高，可厭氧發酵再利用，可作為土地填滿物改良土壤特性，等等。

1 ?控制需求

整個地埋式污水處理站，除砂系統布置在地下室，通過管道將砂水混合物提升至地上設備間砂水分離機，因此對地埋式污水處理站除砂系統有以下特別要求：（1）系統穩定性與靈活性共存。系統穩定性要求系統能夠長時間自動運行，盡可能少地需要人工參與;靈活性則要求系統能夠根據現場實際情況，人工設定系統運行工況參數。（2）自動化程度高。自動化程度高則要求除了正常的工作流程，對于其他“意外”也能保證系統運行，容錯度高，可持續時間長。

因此梳理地埋式除砂系統的工作流程有以下要求：（1）周期工作制。根據進水水質情況，定時定期的開啟除砂系統。整個系統要求能夠循環工作，即工作一段時間停一段時間，周而復始。（2）輪換工作制。從1#閥門開始，到4#閥門結束為一個周期，每個閥門工作時間可自由設定，以應對不同沉砂池的沉砂情況。（3）閥門與泵的相互關聯。為了設備安全及管道安全，要求砂泵開啟的時候必須有閥門開到位，砂泵停止了才能關閉閥門。（4）閥門故障下的選擇與跳轉。在日常運行中，難免會出現設備故障或管道故障，要求在出現某單一設備故障下，自動程序仍能有效運行，減少人工工作強度，增加工藝處理靈活性。（5）自動下的糾錯。系統自動運行期間，因人工誤操作，關閉某個閥門的時候，程序能夠自動跳轉或恢復到初始狀態。

沉砂系統的設備平面布置示意圖如圖1所示。

圖1沉砂系統泵與閥門平面布置示意圖

2 ?邏輯分析

在整個系統中，難點主要還是閥門的開啟條件及關閉條件，同理砂泵的開啟與關閉條件。特別是在邏輯時序不定的情況下，如何確定該閥門的上級閥門與下級閥門的身份，同時砂泵的開啟和關閉條件。

3 ?實現方法

圖2為程序塊最終調用的情況，將液位、泵、閥門均作為一個標準化對象，將對象的所有屬性傳遞給程序塊，方便程序調用。

LEVAL：沉砂池液位條件，參數傳遞如表1所示。

IN_TIME：兩個閥門之間交錯時間，即兩個閥門允許同時開到位的時間，單位秒。

PUMP：砂泵屬性，參數傳遞如表2所示。

VALVE1：閥門1屬性;VALVE2：閥門2屬性;VALVE3：閥門3屬性;VALVE4：閥門4屬性，其參數傳遞如表3所示。

表4為除砂系統功能塊中的程序段注釋

詳細說明功能塊中比較重要的幾處程序：

（1）首先確定閥門與泵的正常狀態與非正常狀態，如圖3所示，其他類似。

（2）自行判斷開始閥門與停止閥門編號。根據閥門的狀態條件，依據PLC順序掃描原理，賦值STAR_NO和STOP_NO。

（3）按步序定義閥門開啟命令與停止命令。主流程采取順序控制流程，定義步驟0為初始等待步驟。步驟1為閥門1的開啟周期，步驟2為閥門2的開啟周期，步驟3為閥門3的開啟周期，步驟4為閥門4的開啟周期。每個周期的時間為標準化對象傳遞進程序塊的閥門持續時間。時間到達，觸發下一個閥門開啟，下一個閥門開啟后持續一段時間，關閉上一個閥門。或者下一個閥門故障，則進入下下個閥門的步驟。1#閥門動作如圖4所示。

需要注意的是1#閥門的停止觸發，可能是正常下的2#閥門，也可能是3#、4#或者砂泵。圖4中顯示的邏輯是更安全考慮的邏輯，簡單總結就是，2#閥門正常，根據2#閥門開到位時間超過IN_TIME，復位1#閥門;3#閥門正常，根據3#閥門開到位時間超過IN_TIME，復位1#閥門，4#閥門正常，根據4#閥門開到位時間超過IN_TIME，復位1#閥門;或者其他閥門都故障，根據1#閥門自身開閥時間超過設定時間，并且泵停止時間超過30 s后，復位1#閥門。同理，2#、3#、4#的復位邏輯相似。

（4）定義砂泵的啟動停止條件。因為前面很好地定義了閥門的動作條件，以及開始閥門編號和步序的邏輯關系，砂泵的啟動和停止條件則很好實現。如果起始閥門是1#，則根據1#閥門開閥到位后的持續時間，啟動砂泵運行，起始閥門是其他閥門則類似。到第4個閥門的時序完成，則停止砂泵。

4 ?結 論

按以下情況分組進行了測試：1—2—3—4的正常流程;任意3組閥門流程;任意2組閥門流程;任意1組閥門流程。可以設定任意閥門的開閥持續時間，從而實現對每個砂池的個性化控制。在4組以下閥門數量的系統中，可以不用修改當前程序段，直接套用程序段，雖然每個時序都會進行，但是沒有外部變量的閥門數據流，默認為非正常狀態而自動跳過。可以按當前標準化程序段，增加其他組別閥門控制，最大可擴容到最大8組閥門的聯動控制。事實上，在更多閥門組出現的時候，通常是分成了兩組砂泵閥門組進行工藝設計，從而更好實現工藝上需要的冗余度。可以修改程序塊接口，增加標準化程序段，實現更多的閥門與泵的聯動控制。

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作者簡介：牛富榮（1981.03—），男，漢族，湖北當陽人，中級，本科，研究方向：電子工程。