污水处理厂自动化控制系统及控制功能实现.pdf

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1、第四届中国在线分析仪器应用及 发展国际论坛论文集加倒抽 比即?伽?川】?图?如旧 浏?俪伪阳?叫触内怕晒白?咖姗?户?耳月晚伙丫?山?咏曰印?住?因节能减排安全环保污水处理厂自动化控制系统及控制功能实现?北京市市政工程设计研究总院二赵捷?一以北京市某污水处理厂为例一?摘要?本文 以北京市某污水处理厂的自控系统的设计为例,简单介绍污水处理厂控制 系统 的配置和各个处理过程的控制功 能需要及其实现。?,?关键词?自控系统,仪表监测、控制功 能,污水处理?,?,?直?概述北京市某污水处理厂一期工程 的处理能力是?万吨?日。她负担着北京市西郊的生活和工业污水处理,服务流域面积?。该项工程已于?年?月建

2、成投产,并成为北京市第一座由外方运 营的污水处理厂。某污水处理厂设备采购使用 的资金是世界银行贷款,设备选择采用 的是 公开竞争性招标 的方 式。某污水处理厂采用的是改良的?处理工艺,见下图?。进水?今鼓鼓风机房房房加药间间间中水处理理进进进进进进进进进进进进进进进进进粗粗粗粗水水水水水水水水缺缺厌厌好好缺缺好好格格格格泵泵泵细细沉沉沉氧氧 氧氧 氧氧 氧氧氧氧氧氧氧氧氧氧栅栅栅栅房房房格格砂砂砂区区区区区区区区 区区区二沉池池栅栅栅栅栅栅栅池池池池池池池池池池池池池池集集泥池图?工艺流程示意图渗?,?,?节能减排安全环保恙悲烹粤默烈黔熬溉蒸思 黔黑庶鬓按照生产过程的需要,我们设计了计算机监控

3、系统和仪表系统。某污水处理厂的计算机控制系统在现场 部分采用 的是可编程控制器、监控部分采用的是工业监控计算机,两者通过采用光 纤介质的工业以太环通讯网,实现数据 的通讯连接的监控及数据采集系统。按照工厂 生产管理的需要,设置了通过服务器与 生产控制系统连接的管理局域网。完整 的系统构成如下 图?图?计算机控制系统配置 图?系统构成?计算机监控系统某污水处理厂的计算机监控系统 的主要 上位工艺流程监控 设备是两台工业监控?编程计算机,位于中心控制室。某污水处理厂的中心控制室位于 总变电室的二层,这不同于 以往 我们 将 中心控制室设置在综合管理楼的设计,它 的好处是,使监控设备更靠近生产现场,

4、方便运行管理。在中心控制室还设有一台电气 系统监控计算机,它通过网络集线器与工艺流程监控计算机实现数据通讯连接。除监控计算机以外,在 中心控制室还设有动态马赛克模拟 盘,模拟盘 的动态显 示通过一套可编程控制器驱动。为方便工厂的运行管理,在综合 办公楼内设置了一套管理局域网,带有一 台数据服务器和十台终端。管理局域网通过集线器和 上位监控系统实现数据的共享。管理局域网上的终端上可 以显示工艺处理过程 的测量数据,化验室测量数据以及工厂管理的信息,它使得生产、运行和管理更加有针对性和高效。下位控制设备使用 的是可编程控制器位于各个现场控制站中,主要的现场控 制站?简称?有五 套,分别位于?进水泵

5、房、鼓风机房、脱水机房、分配电室和总变电室。各个现场控制站负责的区域分别是,如下?渗?,?!,第四届 中国在线分析仪器应 用及 发展国际论坛论文集加臼如龙洲?加划晌 公伯勿咧浏厅欲 伪抽?叫油八朋句目?目川巾 朗?匆划如 劝团刚?喊甲伽之卿节能减排安全环保?中央控 制室?进水渠道、进水泵房、除砂设施、热泵 系统、中水系统?鼓风机房?脱水机房、出水、加氯系统?!曝气池、污泥泵房、沉淀池除负责采集相应区域的信号和控制设备以外,在现场控制站还带有现场显示装置,通过该装置,现场操作人员可以观察本区域工艺过程的情况,一定级 别的工程师还可 以修改该区域工 艺流程 的设定参数。其中有的现场控制站还连接有由

6、设备成 套提供的就地控制站,这些 子控制站以现场总线的通讯方式与现场控制站实现通讯连接。由上述系统配置图 中可以看出,进水泵房现场控制站连接有五台就地控制站,鼓风机 房现场控制站连接有一台,而脱水机房现场控制站连接有两 台。每个就地控制站负责的区域如下:就地控制站(LoealControlStation).LCS ll:除砂系统.L C S1 2:中水回用系统.L C S 13:热泵系统1.L C S1 4:热泵 系统2.L C S 15:粗格栅系统.L Cs 21:1#一3#鼓风机.LCS30:污泥脱水系统(包括LCs 31L C S3 4脱水机控制站).L C S34:加氯系统整 个计算机

7、控制系统的输入输出点数为一210 0个,包括:开关量输入、开关 量输出、模拟量输入和模拟量输出。2.2仪表系统在污水处理流程上,我 们设置了必需的在线检测仪表。这些检测仪表 的主要 作用是检测工艺流程中各个环节 的主要的工艺参数,并将测 量到的信号送入相应的现场控制站。在某污水处理 厂共设置了1 8种7 0余台在线测量仪表,分为热工和分析仪表等。这些仪表分别用来测量液位、压力、流量、溶解氧、pH、电导率和C O D等。主要检测仪表的设置及其作用:进水水质监测仪表:按照北京市环保局的要求在进水 处设置的检测仪表,包括由pH及温度、浓度、COD、氨氮等检测仪表,安装在进水水质监测小室中;格栅前后

8、的液位差检测仪表;垂e.oAoz o,2 3 9节能减排安全环保第四届中国在线分析仪 器应用及发展国际论坛论文集伽翎地比加 o f伽4闻 n怕阳如拍F俐m廿明阴 O叫脾八n日晒加 ns t阳阳nl柳喇睑如洲氏咐期枷IE甲进水泵房的液位检测仪表;缺氧池及厌氧池的氧化还原 电位检测仪表;好氧池的溶 解氧检测仪表及 混合液悬浮物浓度 仪表;污泥泵房 的液位检测仪表;鼓风机房的出风压力检测仪表;回流污 泥的流量检测仪表;乘 d余污泥的流量检测仪表;贮泥 池的液位检测仪表;进泥及加药的流 量仪表;按照北京市环保局 的要求设置 的出水水质检测仪表,包括pH、余氯、浊度、COD、氨氮、总磷、总氮和T O C

9、检测仪表,安装在出水水质监测 小室中;在污水处理 的各个环节中设置自动 取水样器。3.设备选型3.1监控系统 选型在 某 污水 处理厂的计 算机控制系统中,上位监 控 计 算机选用 的是工业控制 机I PC 61 0带 有2 1”的纯 平显示器,上 位 组 态 软 件 是由可编 程控制器 制 造厂家提供的。在工业 应用 环境中,使用 工业控制机 可以有效的提 高设备的使用寿命。现场控制站 内的可编程控制器 选用 的是某公司的co nt r ol Lo gi xTM系列。现场的显示装置选用的是某公司的Pa ne lV iew系列产品。工业以太网交换 机选用的是某公司的ED 60os系列网管型,构

10、 成通讯速率为lo oMpb s并可在3 00ms内故障恢复的工业以太环网。工业以太环网的通讯介质是光纤。各个就地控制站选用 的是某公司的SL C系列控制器,它们通过De vi ceN e t“或D H+实现与现场控制站的通讯连接。3.2仪表选型在仪表 系统的选型中,基本上采用了进口设 备,其中主要 的仪表,例如:溶解 氧分析仪表选用的是瑞士某公司的产品、浓度分析 仪表选用 了德国某公司的产品、在线C O D分 析仪表选用 的是美国某公司的产品、电动调节阀门则选用了日本 某公司的电动调节蝶阀产品,空气流量计选用的是德国某公司的产品等。4.检测及控制功能设置计算机控制系统的目的,除了采集现场信号

11、外,就是要实现特定的控制功能,这些控 制功能 的完成 可以满足整个工 艺流程的 自动化生产的需要,比人工操作更 能保证工厂生产的质量,并能减少操作人员的工作强度,降低生产的运行成本,提高工厂的生产管理水平。按照污水处理厂的工艺流程,主要的控制功能如下,.进水粗格栅 的液位差或定时控制:进水粗格栅设置 的目的是拦截工 厂进水 中的大块 固体垃圾(栅渣),并将它们及时清理出工艺流程,一般在污水通过粗格栅时要有一个正常的液位 降,如果产生了异常的液位差就表 示粗格栅有240渗e.oAoZol,第四届中国在线分析仪器应用及发展国际论坛论文集1 1祀C山时妇ld ll.划肠抓阎如倒 F浏m分C拍 n a

12、伪闷n e加晒口比加侧刘匆纳油仅”喇),咖和脚IEx即节能减排安全环保大量 的栅渣要清除,所以通过测 量粗格栅前后 的液位差可 以判断出格栅是否需要清理栅渣。在液位差控制不采用的情况下,可以使用定时方式控制粗格栅的运行。.进水泵的控制:由于进水泵采用 了变频控制方式,进水泵采用 的是恒定水位控 制方式,根据集水池的液位,不断调节进水泵的运行速度保持集水池的液位在设 定值。.细格栅 的液位差或 定时控 制:细格栅的控制方式与粗格栅的控制方式相 同。.曝气池的溶解氧控制:曝气池的生物处理无疑是污水处理厂最重要的处理环节,通过曝气池内的生物处理,可以有效的去除污水 中的各种有机污染成份。用于给曝气池

13、 充氧 的鼓风机是污水 处理厂内电能消耗的主要设备,统计了我们设计 的同样工艺流程 的污水处理厂 的能耗,鼓风机消耗的电能能 占到整 个工厂消耗电能的一半以上。为减少由于过 多的不必要充氧而造成电能 的浪费,必须设置曝气池溶解 氧控制 回路,以保证曝气池 中的溶解氧保持在一个理想 的范围中。溶解氧 的控制 回路一般采用 包括,溶解氧仪表、空气流量计和 空气 流量调节阀组成 的串级回路。利用该串级 回路可以有效的避免由于溶解 氧仪表 的大延迟而造成的回路不可控性。该调节 回路见下图4.1。图4.1溶解氧调节回路示意图在溶解氧调节过 程 中还有一个重要环节就是鼓风机的出口恒压力控制回路,它是曝气池

14、溶解氧调节回路正常工作保障,在 保证了鼓风机出口压力恒定以后,才 可以实现曝气池调节 回路在没有 额外的干扰下,进行曝气池溶解 氧的调节。.回流污泥量的调节:渗e.oAoZ o,24节能减排安全环保黔澡烹粤默烹黔熬黯煞憨煞禁集由于不断有新污水的进入,为保证曝气池中分解有机物的微生物的浓度(活性污泥指标),必须不断补 充活性污泥。活性污泥由二沉池被送回到曝气池 的进口附近,形成回流污泥。曝气池 中活性污泥的浓度与其 分解有机物的效果有着很大 的关 系。在某污水处理厂中对回流污泥没有设置 自动调节,而 是由工作人员参照实际运行 的情况进行手动调节,改变回流污泥泵 的运行速度 或台数。.乘 J余污泥

15、量的控制剩余污泥 量是根据污泥 脱水机的运行需要来进行控制 的,通过测量贮泥池的液位、污泥泵 房的液位和剩余污泥流量来控制剩余污泥泵 的运行速度或运行台数,使得剩余污泥 量满足脱水机的需要。.脱水机加药量 的控制污泥脱水机系统在运行过程中要添加一定量的聚合物,提高脱水质量,加 药量 的控制比较简单,根据脱水机的进泥 量按照比例进行加 药量控制即可。.加氯量 的控制根据污水处理厂 的出水量按照比例进行加氯。5.总结展望在某 污水处理厂中使用 的计 算机控制 系统的配置是合 理的、设备是先进的,通讯网络采用了先进的工业以太环网,实现了集中管理,分散控制和资源共 享。计算机控制 系统 的过程控制功能

16、,已经在某污 水处理厂得以实现,并通过了承接运行工作的外方人员的验收,取得了较 好 的效果。成功地实现污水处理厂的过程控制是一项艰巨的工作,上文 中描述的溶解氧控制 回路就是一个典型。为实现该控制回路 的功能,我们参考了大量 的国内外技术资料,了解了许多污水处理厂 的实践经验和教训,按照某 污水处理厂的工艺和设备特 点进行设计,终于实现了该控制回路 的调节功能,取 得了明显的节 能效果。今后,随着科学技术的不断进步和发展,自动控制产品功能 的壮大,我们 一定可以更加方便的实现计算机控制系统 的各项功能,更 加充 分的利用各种 资源,提高工作效率,减少建设及运行费用。242渗c,OA E Zo,