延慶污水廠SBR工藝自動化程序設計及調試過程
提要 介紹了北京市延慶縣污水處理廠SBR法的自動控制系統設計與調試過程中對運行程序中一些具體細節問題的處理,并提出若干對相同工藝的自動化程序的合理化建議。
關鍵詞 自動控制 SBR法 設備聯動 運轉周期 液位 電動蝶閥
北京市延慶污水廠采用SBR工藝對該縣的污水進行處理,于2001年5月初開始通水調試,一期處理水量115萬m3/d。在進行污泥培養的同時進行了自控系統的調試。
1 工藝及設備介紹
來水依次經過粗格柵,污水泵房,細格柵,鐘式沉砂池系統,SBR池等設施,經處理后排放至自然水體。剩余污泥排入污泥儲存池,由脫水機系統處理后外運。
SBR池共4座,包括進水酸化區和SBR反應區兩部分,進水由電動蝶閥控制,酸化區中設有1臺潛水攪拌機,在進水和曝氣階段開啟。SBR反應區中設有曝氣設施,由鼓風機通過設于每個池子上的電動蝶閥向水中供氣。曝氣沉淀后,污水經潷水器向外排放至水體,底部剩余污泥通過設于池底的潛污泵排至污泥儲存池,另有污泥回流泵1臺。每座SBR池設有1個污水電動蝶閥,1個潛水攪拌機,2臺潷水器,1個剩余污泥泵,1臺污泥回流泵,1個液位計,1個空氣電動蝶閥。鼓風機房設有3臺55kW羅茨鼓風機,風量為30m3/min,壓力為016MPa。另有一個放空電動蝶閥。污水泵房有3臺55kW立式潛污泵,流量為600m3/h,揚程為20m,另有用于液位控制的浮球開關4個。
粗格柵、細格柵、鐘式沉砂池各設2臺,設備前后各設閘門控制進水,以實現備用,2臺鐘式沉砂池共用1臺砂水分離器。污泥濃縮池中有2個浮球開關用以進行液位控制。
2 原始工藝程序設計
(1)2臺粗格柵由時間間隔控制其啟停。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,定期自動切換。液位分低液位、中液位、高液位、超高報警液位4種。液位上升時超過中液位,啟動1臺水泵,當超過高液位時,啟動2臺水泵,當達到超高液位時顯示報警信號。液位下落時,中液位以上2臺泵運轉,至中液位以下1臺泵運轉,至低液位時,水泵全部停止運轉。
(3)2臺細格柵由時間間隔控制其啟停。一般開10min,停1h。
(4)當細格柵工作時,皮帶運輸機稍滯后開機。
(5)SBR池內進水電動蝶閥依次開啟。當一號池水位升到一定液位后關閉進水電動蝶閥,然后開二號進水電動蝶閥,二號水位升到一定液位后關閉閥門,然后開三號進水電動蝶閥,依此類推。
(6)潛水攪拌器與進水閥門聯鎖。進水閥門關閉后空氣閥門開啟,持續運行3h后關閉,空氣閥門關閉后,潛水攪拌器停止運行。
(7)空氣閥門關閉1h后,潷水器開始運行,當SBR池液位達到低液位后回升;當復位后停止運行;整個時間要求為1h。
(8)剩余污泥泵在潷水器停止運行后開始運行,排泥至儲泥池,液位達到高液位或1h后停止運行。
(9)污泥回流泵與潛水攪拌器聯動。
(10)當開啟1臺空氣閥門時,開啟1臺鼓風機,當開啟2臺或3臺空氣閥門時,開2臺鼓風機,各風機累積運行時間,自動輪換。鼓風機的放空電動蝶閥也要在鼓風機啟動之前開啟,并在鼓風機啟動之后關閉,以使鼓風機實現空載啟動。
(11)脫水機系統和鐘式沉砂池系統按工藝要求工作,自身有獨立的自動控制系統。
3 自控系統的硬件組成
SBR自動控制系統由監控管理計算機(上位機)、可編程控制器(PLC)、電氣控制柜、現場執行機構及現場監測儀表組成。控制系統見圖1。
4個SBR反應池嚴格按照一定的時間順序依次
完成進水→曝氣→沉淀→排水→(排泥)等一系列過程,對于這樣一個順序性、周期性很強的邏輯系統,采用了日本某公司的SU-6BPLC,用于現場控制及數據采集。其工作穩定、可靠、抗干擾能力強,可與現場信息直接聯接。
PLC系統的硬件配置見表1。
本系統PLC控制柜與上位機相距500m,它們之間使用通訊模塊(U-01DM),通過CCMNET網絡進行通訊。通訊速率達到19200波特率,數據通訊迅速、可靠。
4 系統的軟件設計
SBR自控系統的軟件設計是整個系統正常運行的核心,一套理想的軟件不只限于滿足工藝要求,而且要考慮到現場可能出現的各種特殊情況,因此必須可靠、實用、易修改。
(1)軟件編制。軟件編制的主要依據為工藝提供的控制時序。4個SBR池的各段工藝過程及其執行時間均嚴格按時序進行,每個池子的任何設備在任何時刻均可通過電氣控制柜上的手動/自動轉換開關改變其狀態,但均不能改變PLC所設定的工作時序,且一旦切入自動狀態后便進入PLC所設定的時序。現場電氣設備的工作狀態均送上位機顯示。
(2)軟件的設計。編制軟件時,要從用戶的實際情況出發,盡量作到功能全面,畫面簡潔易讀,操作方便,使操作員易于掌握。上位機的軟件編制采用WINDOWS98環境下的組態王(KINGVIEW)工業控制軟件,該軟件提供了從組態到顯示、操作、控制的整套功能,可以實現實時數據采集、實時和歷史趨勢顯示、報警管理、用戶綜合報表等功能。整個畫面監控系統包括污水處理總流程圖,儀表顯示圖,空氣總流量實時趨勢圖和歷史趨勢圖,污水總流量實時趨勢圖和歷史趨勢圖,故障報警的實時查詢及記錄,報表系統可打印班報、日報、月報、年報等。
5 程序編制過程中的具體細節
(1)各設備運轉的聯系問題。污水泵啟動之前,SBR池上的進水電動蝶閥必須先開啟,否則污水進入沉砂池后,再無路可走,車間會發生溢水情況。鼓風機啟動之前,相應的SBR池上的空氣電動蝶閥也必須打開,否則會造成鼓風機壓力驟升,損壞鼓風機。另外,為實現水泵的連續運轉,當第一座SBR池進滿水后,應先行開啟第二座SBR池的進水電動蝶閥,然后再關閉第一座SBR池的進水電動蝶閥,以免出現水泵運轉的同時閥門全都處于關閉的情況。同樣的,空氣方面也需要如此處理。
(2)從第一個池子開始,依次進行,但當第四個池子進滿水后,有可能會出現第一個池子的一個周期尚未完成的情況。此時,按照原程序,水泵并沒有停止的措施。經討論后,我們決定加裝一個停泵程序,即當一個池子已經進滿水,而下一個池子尚未完成一個周期的情況下,強制停止污水泵的運轉。
(3)泵和風機根據時間累積自動輪換的方式程序較復雜,使用起來也并不方便,例如,如果其中某臺設備需要進行檢修,而按時間累積恰又輪到該設備運轉,情況就變得復雜了。經商議決定采取人工切換的措施,人工任意將其中2臺設備設定在自控狀態,另1臺設置在人工狀態,系統可自行尋找處于自動狀態的設備進行控制。處于人工狀態的設備則可以隨時檢修。
6 調試過程中的新情況及解決方案
當水泵啟動后,水中會夾帶大量沉積物,這些沉積物會被細格柵攔截,此時如果不及時啟動細格柵,會造成細格柵嚴重堵塞,從而出現水從細格柵前的渠道中溢出的現象,而且,由于細格柵柵條間隙很小,運轉過程中容易發生堵塞和壅水現象。發現這一問題后,采取了將細格柵和水泵聯動運轉的措施。
7 自控系統調試中的一些經驗
(1)現場有很多設備都有備用,如水泵、風機、格柵、鐘式沉砂池等,要實現設備的使用和備用輪換進行,其實不必要從自控程序上來考慮,編程時只要考慮當其中某臺設備設于手動狀態,其他設備仍能自動控制即可,或者即使有時候程序要求有2臺設備運轉,而人為希望只有1臺設備投入運轉時,也可通過將設備的電源開關切斷的方式來實現。
(2)有必要設置局部自動的功能。有時整個系統需要手動操作,例如調試階段,污泥正處于培養時期,不能立刻采用完全負荷的自動化程序。然而一旦自動系統停止運行,所有自控程序全部停止,有些簡單的自控程序,比如水泵受水位控制的啟停,如能實現局部的自控,就免除了操作人員不得不經常到集水池觀察水位的麻煩。
(3)一般來說污水處理的運轉程序是穩定的,通常不需要人為改變,但給系統適當留些改動余地還是有必要的,SBR池最高液位、曝氣時間、沉淀時間等,如能靈活改動,那么在調試階段也可實現自動運轉了,這樣會大大減輕運轉人員的工作強度。
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