高效污水处理工艺智能化控制系统的设计

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污水处理工业的不断发展 ，对环保处理技术要求越来越高，尤其是处理效果和速度。目前，-代二代的沉淀池都是静态沉淀，速度慢，除污率不高。这种沉淀池占地面积很大，且沉淀池随着污水厂的规模扩大而越做越大，对于土地资源紧缺的城市是十分不经济的。智能化高效澄清池可为污水处理运行紧凑、高效快捷的新工艺产业化创造条件，可有效降低占地面积和使用成本 ，提高产品的市澈争力，更好地为发展水处理生产服务，提高水处理生产与应用的高效节约化水平，利于推行环境治理，为保护生存环境做出贡献。

随着机电-体化和计算机控制技术的发展，对自动化和智能化的高效污水处理系统提出了更高要求。本文通过对高密度沉淀污水处理工艺的分析，设计-套基于现场总线的智能化高效污水处理系统，实现了系统集中控制和科学管理的-体化1 高效污水处理工艺简介1.1 高效污水处理工艺流程如图 1所示 ，原水首先进入混合搅拌池中进行搅拌并通过加药装置加药 ，使原水内的不同介质均匀搅拌，然后进入絮凝搅拌池中进行搅拌并加药，使得原水之间的絮凝物相互撞击吸附，絮凝体积加大沉淀，化学混凝反应是整个处理系统的关键步骤，在这个过程 中将去除部分悬浮物，BOD或 COD和 P-P04。原水经絮凝反应后 ，按设计的上升流速上升 J，废水中的大部分悬浮物直接沉淀于沉淀池底部，小部分沉淀较慢的悬浮物通过斜管装置和中心传动刮泥机，靠 自重沉淀到沉淀池底部。中心传动刮泥机由驱动装置通过刮泥板将沉淀在池底的污泥带到中心集泥槽中，上部清水通过集水槽流人清水池。

图 1 高密度沉淀池污水处理流程1.2 主要控制点设计1)提升泵站：污水通过提升泵站配送到高效澄清装置中。根据控制要求 ，实现提升泵站的 自动和手动控制 ；实现 自动调节进水流量和速度大小；实现用户在远程监视作者简介：葛艳(1987-)，女，江苏盐城人，硕士研究生，主要研究方向为机电控制及其自动化。

Machine Building Automation，J.n 2013，42(3)：J ～198 ·195·· 电气与自动化 · 葛艳，等 ·高效污水处理工艺智能化控制系统的设计提升泵的运行状态；实现对进出水管道流量、流速、压力的检测，读取数值。

2)高效澄清池处理站 ：高效澄清池污水处理系统主要由混合池、絮凝池、沉淀池、液位计、刮泥机、搅拌电机、液位计、超声波泥位计 、固体悬浮物测量仪表等部分组成。

根据控制要求 ，系统要实现带变频电机的混合搅拌机和絮凝搅拌机的自动启拓制；实现混合搅拌机和絮凝搅拌机根据进水流量，流速具有 自动调控功能；实现刮泥机的自动启、拓制。同时实现用户在远程监控刮泥机、搅拌机的运行状态，改变电机转速；实现污水处理池液位、泥位、固体悬浮物的在线监视，读取数值。

3)加药站：加药装置将混凝剂、高分子聚合物 PAM等化学药剂通过投加计量泵投加到相应污水处理池中。

根据控制要求，实现对加药泵 自动和手动启、拓制；实现加药计量泵 自动调节功能，使药深度调到预注范围值内，达到效果又不浪费药剂。同时实现用户在远程监视投加泵的运行状态 ，改变药量大校4)污泥处理站：浓缩的污泥通过污泥泵输送到脱水装置进行脱水处理 ，脱水后的泥饼外运，滤液回流至高效澄清池。污泥处理段主要由污泥泵、脱水装置、液位传感器组成。根据控制要求，系统实现对污泥提升泵、脱水装置的自动启、拓制。同时实现用户在远程监视污泥泵和脱水装置运行状态。

5)清水池及回水泵站：通过液位计的检测和电动调节阀的控制对清水池按要求进行排放。在回流管出水总干管上有-个电磁流量计，水泵进出口设置电动蝶阀和止回阀。

根据控制要求，系统要实现对回水泵的自动启拓制，回流泵变频电机的控制；实现对电磁阀的开关 自动启拓制；同时实现用户在远程监视回水泵站和阀门的运行状态；实现对电磁流量计，污泥浓度计的在线监视，读取数值。

2 智能化控制系统设计2.1 控制 目的与要求智能化高效污水处理控制系统的设计不仅要实现污水处理的自动控制，包括混合、搅拌、流量、分流、清污等操作 ；而且能够依据主要污水处理工艺参数和装置运行参数，通过在装置各处设置的各类传感器的现场数据采集，运用模式辨识和优化技术，合理的调整为最佳运行状态的需求，保证装置的运行效率、处理效果和经济性。

2.2 智能化控制总体系统方案污水处理系统要对水的流量，压力，水质及阀门反馈信号进行数据采集，控制对象多且分散，被控对象如电机，泵及调节阀，电磁阀之间有联锁关系，所以控制数据量大且 比较分散。基于系统控制特点和要求 ，本系统采用现场总线 PROFIBUS-DP将生产过程区域中的现场设备或仪表与中央控制器之间进行通讯连接，构成-种现场总线控制系统来实现对不同对象的过程控制，达到系统集中控制和现惩地控制相结合的控制方式进行控制管理的要求。

智能化高效污水控制系统总体方案由中央控制器，提· 196·升泵站，高效沉淀池，加药间，污泥处理房，清水池及回水泵房组成。中央控制器里面设置中央控制的 PLC和装有组态软件的上位机及其电气控制柜。提升泵站，加药间，污水处理房，回水泵房，高密度沉淀池，清水池都通过远程I/O ET 200拈中央控制器根据控制要求进行数据的处理，中央控制室人机界面以 MCGS中文版组态软件为开发平台组态的控制系统显示画面。如图2所示，系统采用现场总线结构，现场层的通信采用 PROFIBUS-DP主/从协议，采用价格便宜的屏蔽双绞线电缆作为传输介质，传输速率可以达到 12 Mbps。根据污水厂房各污水处理站的位置的远近，可以通过增加中继器延长网络距离，增加网络设备数量 。本系统采用 s7-300系列作为DPM1类DP-1主站，在 PLC上配置-块 CP 342-5通讯拈连接$7-300和 Profibus-DP总线系统；远程监控计算机 PC机作为 DPM2类 DP-2主站，通过 CP5613通讯处理器连接到 PROFIBUS；选用 ET 200M远程 I/O拈作为从站用于现场设备或仪表信号采集，从而实现整个污水处理过程控制管理集中化。

$7-300图 2 控制系统结构方案2.3 控制系统硬件设计选用西门子 SIMATIC$7-300的可编程控制器进行程序控制。CPU选用带有 PROFIBUS-DP接 口的 CPU315-2DP。电源拈选用 PS 307型号，额定电源为 lO A的电源。根 据 系 统 控 制 I/0 点 计 算 ，数 字 量 输 入 采 用SM321DD2- DC24V拈 2个 ，将工业现场的数字信号电平转换成 $7-300的内部信号电平输入缓冲器 ，等待 CPU采样处理；数字量输出采用 SM322 DO16-ACI20 V拈 1个，SM322D03224DC/0.5 A拈 1个，数字量输出拈将PLC的数字信号转换为外部数字量信号，该信号驱动继电器、调节 阀、接触 器、指示灯等负 载；模 拟量输 入采用SM331AI8- 12bit拈 2个，将输入 的模拟量 A/D转换为二进 制 数字 量，由 CPU采集 处 理；模 拟 量输 出采 用SM332AO8X12bit拈 1个 ，将 CPU的输出二进制数字信号通过 D/A转换为模拟量后输出。通过 SIMATIC STEP7编程软件完成对硬件的组态、参数设置、拈 的诊断及过程监控等功能。

2.4 控制系统软件设计1)系统运行的主程序系统主程序运行时 ，首先要进行各种变量的初始化工htp：/ZZHD.chinajouma[.net.cn E·mail：ZZHD###chainajournat.net.cl1.《机械静l造与 自动化》