提要　介紹了北京市延慶縣污水處理廠SBR法的自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試過(guò)程中對(duì)運(yùn)行程序中一些具體細(xì)節(jié)問(wèn)題的處理,并提出若干對(duì)相同工藝的自動(dòng)化程序的合理化建議。

關(guān)鍵詞　自動(dòng)控制　SBR法　設(shè)備聯(lián)動(dòng)　運(yùn)轉(zhuǎn)周期　液位　電動(dòng)蝶閥

北京市延慶污水廠采用SBR工藝對(duì)該縣的污水進(jìn)行處理,于2001年5月初開始通水調(diào)試,一期處理水量115萬(wàn)m3/d。在進(jìn)行污泥培養(yǎng)的同時(shí)進(jìn)行了自控系統(tǒng)的調(diào)試。

1　工藝及設(shè)備介紹

來(lái)水依次經(jīng)過(guò)粗格柵,污水泵房,細(xì)格柵,鐘式沉砂池系統(tǒng),SBR池等設(shè)施,經(jīng)處理后排放至自然水體。剩余污泥排入污泥儲(chǔ)存池,由脫水機(jī)系統(tǒng)處理后外運(yùn)。

SBR池共4座,包括進(jìn)水酸化區(qū)和SBR反應(yīng)區(qū)兩部分,進(jìn)水由電動(dòng)蝶閥控制,酸化區(qū)中設(shè)有1臺(tái)潛水?dāng)嚢铏C(jī),在進(jìn)水和曝氣階段開啟。SBR反應(yīng)區(qū)中設(shè)有曝氣設(shè)施,由鼓風(fēng)機(jī)通過(guò)設(shè)于每個(gè)池子上的電動(dòng)蝶閥向水中供氣。曝氣沉淀后,污水經(jīng)潷水器向外排放至水體,底部剩余污泥通過(guò)設(shè)于池底的潛污泵排至污泥儲(chǔ)存池,另有污泥回流泵1臺(tái)。每座SBR池設(shè)有1個(gè)污水電動(dòng)蝶閥,1個(gè)潛水?dāng)嚢铏C(jī),2臺(tái)潷水器,1個(gè)剩余污泥泵,1臺(tái)污泥回流泵,1個(gè)液位計(jì),1個(gè)空氣電動(dòng)蝶閥。鼓風(fēng)機(jī)房設(shè)有3臺(tái)55kW羅茨鼓風(fēng)機(jī),風(fēng)量為30m3/min,壓力為016MPa。另有一個(gè)放空電動(dòng)蝶閥。污水泵房有3臺(tái)55kW立式潛污泵,流量為600m3/h,揚(yáng)程為20m,另有用于液位控制的浮球開關(guān)4個(gè)。

粗格柵、細(xì)格柵、鐘式沉砂池各設(shè)2臺(tái),設(shè)備前后各設(shè)閘門控制進(jìn)水,以實(shí)現(xiàn)備用,2臺(tái)鐘式沉砂池共用1臺(tái)砂水分離器。污泥濃縮池中有2個(gè)浮球開關(guān)用以進(jìn)行液位控制。

2　原始工藝程序設(shè)計(jì)

(1)2臺(tái)粗格柵由時(shí)間間隔控制其啟停。一般開10min,停1h。

(2)水泵的啟停受集水池液位控制。水泵2用1備,定期自動(dòng)切換。液位分低液位、中液位、高液位、超高報(bào)警液位4種。液位上升時(shí)超過(guò)中液位,啟動(dòng)1臺(tái)水泵,當(dāng)超過(guò)高液位時(shí),啟動(dòng)2臺(tái)水泵,當(dāng)達(dá)到超高液位時(shí)顯示報(bào)警信號(hào)。液位下落時(shí),中液位以上2臺(tái)泵運(yùn)轉(zhuǎn),至中液位以下1臺(tái)泵運(yùn)轉(zhuǎn),至低液位時(shí),水泵全部停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

(3)2臺(tái)細(xì)格柵由時(shí)間間隔控制其啟停。一般開10min,停1h。

(4)當(dāng)細(xì)格柵工作時(shí),皮帶運(yùn)輸機(jī)稍滯后開機(jī)。

(5)SBR池內(nèi)進(jìn)水電動(dòng)蝶閥依次開啟。當(dāng)一號(hào)池水位升到一定液位后關(guān)閉進(jìn)水電動(dòng)蝶閥,然后開二號(hào)進(jìn)水電動(dòng)蝶閥,二號(hào)水位升到一定液位后關(guān)閉閥門,然后開三號(hào)進(jìn)水電動(dòng)蝶閥,依此類推。

(6)潛水?dāng)嚢杵髋c進(jìn)水閥門聯(lián)鎖。進(jìn)水閥門關(guān)閉后空氣閥門開啟,持續(xù)運(yùn)行3h后關(guān)閉,空氣閥門關(guān)閉后,潛水?dāng)嚢杵魍Ｖ惯\(yùn)行。

(7)空氣閥門關(guān)閉1h后,潷水器開始運(yùn)行,當(dāng)SBR池液位達(dá)到低液位后回升;當(dāng)復(fù)位后停止運(yùn)行;整個(gè)時(shí)間要求為1h。

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

(9)污泥回流泵與潛水?dāng)嚢杵髀?lián)動(dòng)。

(10)當(dāng)開啟1臺(tái)空氣閥門時(shí),開啟1臺(tái)鼓風(fēng)機(jī),當(dāng)開啟2臺(tái)或3臺(tái)空氣閥門時(shí),開2臺(tái)鼓風(fēng)機(jī),各風(fēng)機(jī)累積運(yùn)行時(shí)間,自動(dòng)輪換。鼓風(fēng)機(jī)的放空電動(dòng)蝶閥也要在鼓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)之前開啟,并在鼓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)之后關(guān)閉,以使鼓風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)空載啟動(dòng)。

(11)脫水機(jī)系統(tǒng)和鐘式沉砂池系統(tǒng)按工藝要求工作,自身有獨(dú)立的自動(dòng)控制系統(tǒng)。

3　自控系統(tǒng)的硬件組成

SBR自動(dòng)控制系統(tǒng)由監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)(上位機(jī))、可編程控制器(PLC)、電氣控制柜、現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀表組成。控制系統(tǒng)見圖1。

4個(gè)SBR反應(yīng)池嚴(yán)格按照一定的時(shí)間順序依次

完成進(jìn)水→曝氣→沉淀→排水→(排泥)等一系列過(guò)程,對(duì)于這樣一個(gè)順序性、周期性很強(qiáng)的邏輯系統(tǒng),采用了日本某公司的SU-6BPLC,用于現(xiàn)場(chǎng)控制及數(shù)據(jù)采集。其工作穩(wěn)定、可靠、抗干擾能力強(qiáng),可與現(xiàn)場(chǎng)信息直接聯(lián)接。

PLC系統(tǒng)的硬件配置見表1。

本系統(tǒng)PLC控制柜與上位機(jī)相距500m,它們之間使用通訊模塊(U-01DM),通過(guò)CCMNET網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊。通訊速率達(dá)到19200波特率,數(shù)據(jù)通訊迅速、可靠。

4　系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

SBR自控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行的核心,一套理想的軟件不只限于滿足工藝要求,而且要考慮到現(xiàn)場(chǎng)可能出現(xiàn)的各種特殊情況,因此必須可靠、實(shí)用、易修改。

(1)軟件編制。軟件編制的主要依據(jù)為工藝提供的控制時(shí)序。4個(gè)SBR池的各段工藝過(guò)程及其執(zhí)行時(shí)間均嚴(yán)格按時(shí)序進(jìn)行,每個(gè)池子的任何設(shè)備在任何時(shí)刻均可通過(guò)電氣控制柜上的手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)改變其狀態(tài),但均不能改變PLC所設(shè)定的工作時(shí)序,且一旦切入自動(dòng)狀態(tài)后便進(jìn)入PLC所設(shè)定的時(shí)序。現(xiàn)場(chǎng)電氣設(shè)備的工作狀態(tài)均送上位機(jī)顯示。

(2)軟件的設(shè)計(jì)。編制軟件時(shí),要從用戶的實(shí)際情況出發(fā),盡量作到功能全面,畫面簡(jiǎn)潔易讀,操作方便,使操作員易于掌握。上位機(jī)的軟件編制采用WINDOWS98環(huán)境下的組態(tài)王(KINGVIEW)工業(yè)控制軟件,該軟件提供了從組態(tài)到顯示、操作、控制的整套功能,可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史趨勢(shì)顯示、報(bào)警管理、用戶綜合報(bào)表等功能。整個(gè)畫面監(jiān)控系統(tǒng)包括污水處理總流程圖,儀表顯示圖,空氣總流量實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖和歷史趨勢(shì)圖,污水總流量實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖和歷史趨勢(shì)圖,故障報(bào)警的實(shí)時(shí)查詢及記錄,報(bào)表系統(tǒng)可打印班報(bào)、日?qǐng)?bào)、月報(bào)、年報(bào)等。

5　程序編制過(guò)程中的具體細(xì)節(jié)

(1)各設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的聯(lián)系問(wèn)題。污水泵啟動(dòng)之前,SBR池上的進(jìn)水電動(dòng)蝶閥必須先開啟,否則污水進(jìn)入沉砂池后,再無(wú)路可走,車間會(huì)發(fā)生溢水情況。鼓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)之前,相應(yīng)的SBR池上的空氣電動(dòng)蝶閥也必須打開,否則會(huì)造成鼓風(fēng)機(jī)壓力驟升,損壞鼓風(fēng)機(jī)。另外,為實(shí)現(xiàn)水泵的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),當(dāng)?shù)谝蛔鵖BR池進(jìn)滿水后,應(yīng)先行開啟第二座SBR池的進(jìn)水電動(dòng)蝶閥,然后再關(guān)閉第一座SBR池的進(jìn)水電動(dòng)蝶閥,以免出現(xiàn)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)閥門全都處于關(guān)閉的情況。同樣的,空氣方面也需要如此處理。

(2)從第一個(gè)池子開始,依次進(jìn)行,但當(dāng)?shù)谒膫€(gè)池子進(jìn)滿水后,有可能會(huì)出現(xiàn)第一個(gè)池子的一個(gè)周期尚未完成的情況。此時(shí),按照原程序,水泵并沒(méi)有停止的措施。經(jīng)討論后,我們決定加裝一個(gè)停泵程序,即當(dāng)一個(gè)池子已經(jīng)進(jìn)滿水,而下一個(gè)池子尚未完成一個(gè)周期的情況下,強(qiáng)制停止污水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)。

(3)泵和風(fēng)機(jī)根據(jù)時(shí)間累積自動(dòng)輪換的方式程序較復(fù)雜,使用起來(lái)也并不方便,例如,如果其中某臺(tái)設(shè)備需要進(jìn)行檢修,而按時(shí)間累積恰又輪到該設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn),情況就變得復(fù)雜了。經(jīng)商議決定采取人工切換的措施,人工任意將其中2臺(tái)設(shè)備設(shè)定在自控狀態(tài),另1臺(tái)設(shè)置在人工狀態(tài),系統(tǒng)可自行尋找處于自動(dòng)狀態(tài)的設(shè)備進(jìn)行控制。處于人工狀態(tài)的設(shè)備則可以隨時(shí)檢修。

6　調(diào)試過(guò)程中的新情況及解決方案

當(dāng)水泵啟動(dòng)后,水中會(huì)夾帶大量沉積物,這些沉積物會(huì)被細(xì)格柵攔截,此時(shí)如果不及時(shí)啟動(dòng)細(xì)格柵,會(huì)造成細(xì)格柵嚴(yán)重堵塞,從而出現(xiàn)水從細(xì)格柵前的渠道中溢出的現(xiàn)象,而且,由于細(xì)格柵柵條間隙很小,運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中容易發(fā)生堵塞和壅水現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)這一問(wèn)題后,采取了將細(xì)格柵和水泵聯(lián)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的措施。

7　自控系統(tǒng)調(diào)試中的一些經(jīng)驗(yàn)

(1)現(xiàn)場(chǎng)有很多設(shè)備都有備用,如水泵、風(fēng)機(jī)、格柵、鐘式沉砂池等,要實(shí)現(xiàn)設(shè)備的使用和備用輪換進(jìn)行,其實(shí)不必要從自控程序上來(lái)考慮,編程時(shí)只要考慮當(dāng)其中某臺(tái)設(shè)備設(shè)于手動(dòng)狀態(tài),其他設(shè)備仍能自動(dòng)控制即可,或者即使有時(shí)候程序要求有2臺(tái)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn),而人為希望只有1臺(tái)設(shè)備投入運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),也可通過(guò)將設(shè)備的電源開關(guān)切斷的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

(2)有必要設(shè)置局部自動(dòng)的功能。有時(shí)整個(gè)系統(tǒng)需要手動(dòng)操作,例如調(diào)試階段,污泥正處于培養(yǎng)時(shí)期,不能立刻采用完全負(fù)荷的自動(dòng)化程序。然而一旦自動(dòng)系統(tǒng)停止運(yùn)行,所有自控程序全部停止,有些簡(jiǎn)單的自控程序,比如水泵受水位控制的啟停,如能實(shí)現(xiàn)局部的自控,就免除了操作人員不得不經(jīng)常到集水池觀察水位的麻煩。

(3)一般來(lái)說(shuō)污水處理的運(yùn)轉(zhuǎn)程序是穩(wěn)定的,通常不需要人為改變,但給系統(tǒng)適當(dāng)留些改動(dòng)余地還是有必要的,SBR池最高液位、曝氣時(shí)間、沉淀時(shí)間等,如能靈活改動(dòng),那么在調(diào)試階段也可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)了,這樣會(huì)大大減輕運(yùn)轉(zhuǎn)人員的工作強(qiáng)度。

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