一、 概述

1.1污水處理簡介

1、概況：相關(guān)資料顯示养葵，美國平均每1萬人擁有1座污水處理廠，英國和德國則每7000~8000人就擁有1座污水處理廠瘩缆，而中國每150萬人才擁有一座污水處理廠关拒。所以在中國污水處理是迫切的，而污水處理的市場也呈現(xiàn)出一派蓬勃的景象庸娱。

2着绊、常用的污水處理工藝：污水處理的方法主要有物理、化學熟尉、物理化學以及生物等幾種归露。這些方法根據(jù)實際情況，可以單一使用坠街，也可以針對不同的污水混合使用种烫。目前，污水處理的方法一般以生物處理方法為主輔以物理處理法和化學處理法墅失。常用的工藝有以下幾種：

（1）傳統(tǒng)活性污泥法鼻御。最古老的污水處理工藝揭轰，關(guān)鍵組成部分為曝氣池與沉淀池。污水中的有機物在曝氣池停留的過程

圖1

中裙靶，曝氣池中的微生物吸附污水中的大部分有機物泼剩，并且在曝氣池中被氧化成無機物，然后在沉淀池中微生物絮體下沉犹喜，經(jīng)過一段時間后瓜释，就可以輸出清水，同時為了保持曝氣池中污泥的濃度阎敬，沉淀池中經(jīng)過沉淀后的一部分活性泥需要回流到曝氣池中险锻。

該工藝的優(yōu)點有：有機物去除率高；污泥負荷高魄帽；池的容積邢衷；耗電省犬辰，運行成本低嗦篱。

該工藝的缺點有：普通曝氣法占地多，因而建設(shè)投資大幌缝；僅能滿足污水處理標準中的相關(guān)指標灸促；容易產(chǎn)生污泥膨脹現(xiàn)象；磷和氮的去除率低涵卵。

（2）A/O法浴栽。在傳統(tǒng)活性污泥法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種污水處理工藝，其中A代表Anocix（缺氧的）轿偎，O代表Oxic（好氧的）典鸡。A/O法是一種缺氧—好氧生物污水處理工藝。該工藝通過增加好氧池與缺氧池所形成的硝化—反硝化反應(yīng)系統(tǒng)坏晦，很好地處理了污水中的氮含量萝玷，具有明顯的脫氮效果。但是硝化—反硝化反應(yīng)系統(tǒng)需要得到很好的控制昆婿，這樣就對該工藝提出了更高的管理要求砂腰，這也形成了該工藝的一大缺點。

（3）氧化溝法蔑氛。是活性污泥法的一種變形历谍，屬于低負荷斩熊、延時曝氣活性污泥法轩从。廢水和活性污泥的混合液在環(huán)狀的曝氣渠道中不斷地循環(huán)流動哺里，因此又被稱為“循環(huán)曝氣池”。氧化溝法具有處理工藝及構(gòu)筑物簡單恋得、無初沉淀池和污泥硝化池啰哪、有機物去除率較高略菜、脫氮、除磷（溝前增設(shè)厭氧池）侵宝、剩余污泥少且容易脫水池粘、處理效果穩(wěn)定等優(yōu)點，但存在負荷低省喝、占地大胆誊、耗電大、運轉(zhuǎn)費用偏高的缺點肛度，適用于中小規(guī)模的低負荷污水處理廠傻唾。可根據(jù)構(gòu)筑物不同分為：卡魯塞爾氧化溝法承耿、奧貝爾氧化法和一體化氧化溝法冠骄。

另外還有A2/O法，A/B法加袋， SBR法及UNITANK法凛辣，在這里就不詳盡介紹，职烧，如需了解詳細蟀给，請查閱相關(guān)專業(yè)資料。

3阳堕、污水處理系統(tǒng)控制形式

（1）DCS系統(tǒng)。是集散控制系統(tǒng)的簡稱择克，又稱為分布式計算機控制系統(tǒng)恬总，是由計算機技術(shù)、信號處理技術(shù)肚邢、測量控制技術(shù)辱雅、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等相互滲透形成的。有計算機和現(xiàn)場終端組成苛每，通過網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場控制站怨颜、檢測站和操作站、控制站等連接起來木鸭，完成分散控制和集中操作夯架、管理的功能，主要是用于各類生產(chǎn)過程巴俯，可提高生產(chǎn)自動化水平和管理水平批痘，其主要特點如下：

①采用分級分布式控制，減少了系統(tǒng)的信息傳輸量漏炕，使系統(tǒng)應(yīng)用程序比較簡單舌恬。

②實現(xiàn)了真正的分散控制衣夏，使系統(tǒng)的危險性分散，可靠性提高坠行。

③擴展能力較強匙蚣。

④軟硬件資源豐富，可適應(yīng)各種要求改艇。

⑤實時性好收班，響應(yīng)快。

（2）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)遣耍。是由DCS和PLC發(fā)展而來的闺阱，是基于現(xiàn)場總線的自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)按照公開舵变、規(guī)范的通信協(xié)議在智能設(shè)備與計算機之間進行數(shù)據(jù)傳輸和交換酣溃，從而實現(xiàn)控制與管理一體化的自動控制系統(tǒng)，其優(yōu)點如下所示：

①可利用計算機豐富的軟硬件資源纪隙。

②響應(yīng)快赊豌，實時性好。

③通信協(xié)議公開绵咱，不同產(chǎn)品可互連碘饼。

（3）PLC系統(tǒng)”妫可編程邏輯控制器用于處理系統(tǒng)的控制器艾恼，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的功能要求，也可利用計算機作為上位機锨耍，通過網(wǎng)絡(luò)連接PLC执摆，對生產(chǎn)過程進行實時監(jiān)控，其特點如下：

①編程方便平俩、開發(fā)周期短缅叔、維護容易。

②通用性強泡缠，使用方便趟蛋。

③控制能力強。

④模塊化結(jié)構(gòu)鼎示，擴展能力強同嚷。

二、 系統(tǒng)設(shè)計

1虫店、 污水處理系統(tǒng)的工作原理

（1） 控制系統(tǒng)總體框架圖：如圖2所示显钙，NA400 PLC為核心控制器，通過檢測操作板按鈕的輸入斋值、各類傳感器的輸入以及相關(guān)模擬量的輸入绑雄，完成相關(guān)設(shè)備的運行展辞、停止和調(diào)速控制。

圖2

（2） 工作過程：在手動狀態(tài)下万牺，各類設(shè)備的控制是根據(jù)操作面板的按鈕輸入來控制罗珍，無邏輯限制，即可不根據(jù)傳感器的狀態(tài)進行控制脚粟。在自動方式下覆旱，進行閉環(huán)控制，系統(tǒng)根據(jù)檢測到外部傳感器的狀態(tài)對設(shè)備進行啟挺控制核无，其工作過程如圖3

① 接通電源扣唱，啟動自動控制方式，啟動潛水攪拌器和刮泥機团南。

② 運行粗噪沙、細格柵機，進行間歇運行吐根，即運行一段時間然后停止一段時間正歼，循環(huán)運行。

③ 根據(jù)反饋回來的液位差狀態(tài)控制清污機的運行和停止拷橘。

④ 進水泵房中的潛水泵根據(jù)液面的高低進行運行脖耽、停止及運行數(shù)量的控制。

⑤ 轉(zhuǎn)碟曝氣機根據(jù)溶解氧儀反饋的模擬量經(jīng)PLC運算后進行控制拨臂，同時控制分離機的運行和停止京多。

⑥ 污泥回流泵的運行和停止根據(jù)液面的高低進行控制。

⑦ 在污泥脫水系統(tǒng)中基际，離心式脫水機的啟動采用順序控制方式痛慷，依次啟動其設(shè)備。

圖3

2弯沥、 硬件系統(tǒng)配置

（1） PLC選型。根據(jù)污水處理系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)的功能要求造星，以及其復(fù)雜程度鸳辛，從經(jīng)濟性、可靠性等方面考慮毛彼，選擇NA-400PLC作為污水處理系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)的控制主機舒疚。該系統(tǒng)涉及的數(shù)字量輸入/輸出點較多，還需要采集模擬量并利用模擬量控制的功能要求衫凭，因此也需要擴展模擬量輸入/輸出模塊兜畸。具體配置如表1

表1

（2） PLC的I/O點資源配置

① 數(shù)字量輸入部分，在此控制系統(tǒng)中在扰，所需要的輸入量基本上屬于數(shù)字量缕减，主要包括各種控制按鈕、旋轉(zhuǎn)按鈕及數(shù)字輸入芒珠，共31個數(shù)字量輸入桥狡，如表2所示。

表2

② 數(shù)字量輸出部分皱卓。在這個控制系統(tǒng)中裹芝，主要輸出控制的設(shè)備有各種接觸器、閥門等好爬，共有19個輸出點侥嫂，其中具體分配如表3所示。

表3

③ 模擬量輸入部分蒸撕。由于需要采集一個溶解氧儀所反饋的數(shù)據(jù)莽入，因此擴展了一個模擬量輸入輸出模塊，具體如表4所示

表4

④ 模擬量輸出部分跑放。在此控制系統(tǒng)中需要將采集回來的模擬量進行數(shù)據(jù)處理押棋，然后，通過模擬量輸出口對變頻器進行控制慈肯，進而控制其他設(shè)備的運行范益，如表5所示

表5

（3） 其他資源配置

① 接觸器 此系統(tǒng)共需17個接觸器：格柵機接觸器、清污機接觸器遭歉、潛水泵接觸器虫犀、分離機接觸器、轉(zhuǎn)碟曝氣機接觸器肪援、潛水攪拌機接觸器证莺、刮泥機接觸器等。

② 變頻器堕义。使用SIEMENS MM430變頻器猜旬，其為風機水泵負載專用變頻器，倦卖。在此控制系統(tǒng)中洒擦，需要對變頻器進行通信控制，因此需要先對變頻器的參數(shù)進行設(shè)置，主要對以下幾個參數(shù)進行調(diào)整熟嫩，如表6所示秦踪。

表6

對于次系統(tǒng)的變頻器，在進行手動調(diào)試時采用通信控制邦危，因此需要改變變頻器的參數(shù)洋侨。

③ 各類按鈕、人機界面倦蚪、液位差計希坚、溶解氧儀等。

3陵且、 軟件系統(tǒng)設(shè)計 在設(shè)計程序過程中裁僧，會使用到許多中間繼電器、寄存器垃准、定時器等軟元件智榆，為了便于編程及修改，在程序編寫前先列出可能用到的軟元件儿趋，如表7所示档低。

（1） 手動控制程序 在系統(tǒng)上電后，控制方式選擇手動方式時蛔乖，可通過面板上的按潘蟮椋控制每個設(shè)備的運行。設(shè)置手動主要是便于在生產(chǎn)線初裝時進行調(diào)試赃剂，檢測各個設(shè)備是否能正常運行蜜雏，手動控制程序如下。

（2） 自動控制程序 在生產(chǎn)中淑停，大多采用自動過程進行控制孝摘，系統(tǒng)通過傳感器的反饋信號來控制設(shè)備的啟動和停止，以及調(diào)速控制锰抡，自動控制程序如下所示妻往。

（3）功能程序 在此系統(tǒng)中，采用模塊化編程试和，功能塊涉及粗讯泣、細格柵機，潛水泵灰署，除污系統(tǒng)判帮，污泥回流系統(tǒng)及變頻器通訊等局嘁。這里只舉例介紹其中幾種并重點介紹與變頻器通訊的功能塊溉箕。

①粗格柵機系統(tǒng)程序，完成粗格柵機和清污機的控制，系統(tǒng)梯形圖如下肴茄。

②曝氣沉砂系統(tǒng)程序晌畅，完成對轉(zhuǎn)碟曝氣機運行、調(diào)速及停止的控制寡痰，曝氣沉砂系統(tǒng)梯形圖程序如下抗楔。

③變頻器讀取參數(shù)程序，用于變頻器的輸出頻率拦坠，變頻器讀參數(shù)梯形圖程序如下所示连躏。

④PID指令，用于模擬量的處理佳跃，輸出數(shù)據(jù)AOUT到%QW0001怠义，用于輸出模擬量來控制其他設(shè)備的運行。

三啦别、 系統(tǒng)設(shè)計中的問題及解決方法陷母。由于污水處理系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)種類較多，而且不同類型的污水處理方法怯录，其控制方法也有很大差異尿欲，因此需要首先確定采用什么形式的污水處理法，然后決定控制方式牡呀。在電氣控制方面的要求比較多溜舷，需要檢測大量的數(shù)字量，而且需要采集模擬量沼昵。

（1）硬件方面的問題 在污水處理系統(tǒng)中腾枣，主要的硬件問題包括機械結(jié)構(gòu)和PLC的外圍電路設(shè)計和接線處。

機械結(jié)構(gòu)上的問題主要是轉(zhuǎn)碟曝氣機的安裝位置极金，需要根據(jù)氧化池的結(jié)構(gòu)跨跨，放置在合適的位置上。若位置合適則可使用少量的曝氣機就能完成供氧的功能囱皿。在PLC的外圍硬件連線方面勇婴，主要是增加一些保護設(shè)備。由于輸出都是和接觸器等元件連接嘱腥，接觸器的突然斷開和閉合會形成突變波形對PLC的輸出端子造成損壞耕渴，因此需要加裝一些保護裝置，例如齿兔，續(xù)流二極管等橱脸，增加觸點的壽命。

（2）軟件方面的問題 在程序編寫完畢后分苇，需要首先在電腦上對程序進行軟件仿真添诉，主要是檢查是否存在各種錯誤，可利用NAPro自帶的仿真軟件。然后通過模擬硬件的方式檢查程序是否存在邏輯上的錯誤栏赴。調(diào)試時蘑斧，可根據(jù)功能模塊分類分別調(diào)試，最后進行總體調(diào)試卢操。

四堡喳、設(shè)計小結(jié) 此控制系統(tǒng)采用了南大傲拓科技有限公司的NA400系列PLC作為核心控制設(shè)備。在該系統(tǒng)中利用定時器和計數(shù)器組合實現(xiàn)了長時間定時企奔，變頻器的控制方式采用模擬量控制祸播，通過PID指令實現(xiàn)閉環(huán)控制，達到了污水處理系統(tǒng)的控制要求妖奕。在此要感謝山東飛洋環(huán)境工程有限公司的電氣工程師張云峰迅忙，在他的大力幫助下，是文章的內(nèi)容得到極大的豐富窖韧。

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