延庆污水厂SBR工艺自动化程序设计及调试过程
提要 介绍了北京市延庆县污水处理厂SBR法的自动控制系统设计与调试过程中对运行程序中一些具体细节问题的处理,并提出若干对相同工艺的自动化程序的合理化建议。
关键词 自动控制 SBR法 设备联动 运转周期 液位 电动蝶阀
北京市延庆污水厂采用SBR工艺对该县的污水进行处理,于2001年5月初开始通水调试,一期处理水量115万m3/d。在进行污泥培养的同时进行了自控系统的调试。
1 工艺及设备介绍
来水依次经过粗格栅,污水泵房,细格栅,钟式沉砂池系统,SBR池等设施,经处理后排放至自然水体。剩余污泥排入污泥储存池,由脱水机系统处理后外运。
SBR池共4座,包括进水酸化区和SBR反应区两部分,进水由电动蝶阀控制,酸化区中设有1台潜水搅拌机,在进水和曝气阶段开启。SBR反应区中设有曝气设施,由鼓风机通过设于每个池子上的电动蝶阀向水中供气。曝气沉淀后,污水经滗水器向外排放至水体,底部剩余污泥通过设于池底的潜污泵排至污泥储存池,另有污泥回流泵1台。每座SBR池设有1个污水电动蝶阀,1个潜水搅拌机,2台滗水器,1个剩余污泥泵,1台污泥回流泵,1个液位计,1个空气电动蝶阀。鼓风机房设有3台55kW罗茨鼓风机,风量为30m3/min,压力为016MPa。另有一个放空电动蝶阀。污水泵房有3台55kW立式潜污泵,流量为600m3/h,扬程为20m,另有用于液位控制的浮球开关4个。
粗格栅、细格栅、钟式沉砂池各设2台,设备前后各设闸门控制进水,以实现备用,2台钟式沉砂池共用1台砂水分离器。污泥浓缩池中有2个浮球开关用以进行液位控制。
2 原始工艺程序设计
(1)2台粗格栅由时间间隔控制其启停。一般开10min,停1h。
(2)水泵的启停受集水池液位控制。水泵2用1备,定期自动切换。液位分低液位、中液位、高液位、超高报警液位4种。液位上升时超过中液位,启动1台水泵,当超过高液位时,启动2台水泵,当达到超高液位时显示报警信号。液位下落时,中液位以上2台泵运转,至中液位以下1台泵运转,至低液位时,水泵全部停止运转。
(3)2台细格栅由时间间隔控制其启停。一般开10min,停1h。
(4)当细格栅工作时,皮带运输机稍滞后开机。
(5)SBR池内进水电动蝶阀依次开启。当一号池水位升到一定液位后关闭进水电动蝶阀,然后开二号进水电动蝶阀,二号水位升到一定液位后关闭阀门,然后开三号进水电动蝶阀,依此类推。
(6)潜水搅拌器与进水阀门联锁。进水阀门关闭后空气阀门开启,持续运行3h后关闭,空气阀门关闭后,潜水搅拌器停止运行。
(7)空气阀门关闭1h后,滗水器开始运行,当SBR池液位达到低液位后回升;当复位后停止运行;整个时间要求为1h。
(8)剩余污泥泵在滗水器停止运行后开始运行,排泥至储泥池,液位达到高液位或1h后停止运行。
(9)污泥回流泵与潜水搅拌器联动。
(10)当开启1台空气阀门时,开启1台鼓风机,当开启2台或3台空气阀门时,开2台鼓风机,各风机累积运行时间,自动轮换。鼓风机的放空电动蝶阀也要在鼓风机启动之前开启,并在鼓风机启动之后关闭,以使鼓风机实现空载启动。
(11)脱水机系统和钟式沉砂池系统按工艺要求工作,自身有独立的自动控制系统。
3 自控系统的硬件组成
SBR自动控制系统由监控管理计算机(上位机)、可编程控制器(PLC)、电气控制柜、现场执行机构及现场监测仪表组成。控制系统见图1。
4个SBR反应池严格按照一定的时间顺序依次
完成进水→曝气→沉淀→排水→(排泥)等一系列过程,对于这样一个顺序性、周期性很强的逻辑系统,采用了日本某公司的SU-6BPLC,用于现场控制及数据采集。其工作稳定、可靠、抗干扰能力强,可与现场信息直接联接。
PLC系统的硬件配置见表1。
本系统PLC控制柜与上位机相距500m,它们之间使用通讯模块(U-01DM),通过CCMNET网络进行通讯。通讯速率达到19200波特率,数据通讯迅速、可靠。
4 系统的软件设计
SBR自控系统的软件设计是整个系统正常运行的核心,一套理想的软件不只限于满足工艺要求,而且要考虑到现场可能出现的各种特殊情况,因此必须可靠、实用、易修改。
(1)软件编制。软件编制的主要依据为工艺提供的控制时序。4个SBR池的各段工艺过程及其执行时间均严格按时序进行,每个池子的任何设备在任何时刻均可通过电气控制柜上的手动/自动转换开关改变其状态,但均不能改变PLC所设定的工作时序,且一旦切入自动状态后便进入PLC所设定的时序。现场电气设备的工作状态均送上位机显示。
(2)软件的设计。编制软件时,要从用户的实际情况出发,尽量作到功能全面,画面简洁易读,操作方便,使操作员易于掌握。上位机的软件编制采用WINDOWS98环境下的组态王(KINGVIEW)工业控制软件,该软件提供了从组态到显示、操作、控制的整套功能,可以实现实时数据采集、实时和历史趋势显示、报警管理、用户综合报表等功能。整个画面监控系统包括污水处理总流程图,仪表显示图,空气总流量实时趋势图和历史趋势图,污水总流量实时趋势图和历史趋势图,故障报警的实时查询及记录,报表系统可打印班报、日报、月报、年报等。
5 程序编制过程中的具体细节
(1)各设备运转的联系问题。污水泵启动之前,SBR池上的进水电动蝶阀必须先开启,否则污水进入沉砂池后,再无路可走,车间会发生溢水情况。鼓风机启动之前,相应的SBR池上的空气电动蝶阀也必须打开,否则会造成鼓风机压力骤升,损坏鼓风机。另外,为实现水泵的连续运转,当第一座SBR池进满水后,应先行开启第二座SBR池的进水电动蝶阀,然后再关闭第一座SBR池的进水电动蝶阀,以免出现水泵运转的同时阀门全都处于关闭的情况。同样的,空气方面也需要如此处理。
(2)从第一个池子开始,依次进行,但当第四个池子进满水后,有可能会出现第一个池子的一个周期尚未完成的情况。此时,按照原程序,水泵并没有停止的措施。经讨论后,我们决定加装一个停泵程序,即当一个池子已经进满水,而下一个池子尚未完成一个周期的情况下,强制停止污水泵的运转。
(3)泵和风机根据时间累积自动轮换的方式程序较复杂,使用起来也并不方便,例如,如果其中某台设备需要进行检修,而按时间累积恰又轮到该设备运转,情况就变得复杂了。经商议决定采取人工切换的措施,人工任意将其中2台设备设定在自控状态,另1台设置在人工状态,系统可自行寻找处于自动状态的设备进行控制。处于人工状态的设备则可以随时检修。
6 调试过程中的新情况及解决方案
当水泵启动后,水中会夹带大量沉积物,这些沉积物会被细格栅拦截,此时如果不及时启动细格栅,会造成细格栅严重堵塞,从而出现水从细格栅前的渠道中溢出的现象,而且,由于细格栅栅条间隙很小,运转过程中容易发生堵塞和壅水现象。发现这一问题后,采取了将细格栅和水泵联动运转的措施。
7 自控系统调试中的一些经验
(1)现场有很多设备都有备用,如水泵、风机、格栅、钟式沉砂池等,要实现设备的使用和备用轮换进行,其实不必要从自控程序上来考虑,编程时只要考虑当其中某台设备设于手动状态,其他设备仍能自动控制即可,或者即使有时候程序要求有2台设备运转,而人为希望只有1台设备投入运转时,也可通过将设备的电源开关切断的方式来实现。
(2)有必要设置局部自动的功能。有时整个系统需要手动操作,例如调试阶段,污泥正处于培养时期,不能立刻采用完全负荷的自动化程序。然而一旦自动系统停止运行,所有自控程序全部停止,有些简单的自控程序,比如水泵受水位控制的启停,如能实现局部的自控,就免除了操作人员不得不经常到集水池观察水位的麻烦。
(3)一般来说污水处理的运转程序是稳定的,通常不需要人为改变,但给系统适当留些改动余地还是有必要的,SBR池最高液位、曝气时间、沉淀时间等,如能灵活改动,那么在调试阶段也可实现自动运转了,这样会大大减轻运转人员的工作强度。
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