小型污水处理厂自控仪表系统的硬件设置

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来源：《中国建设信息》水工业市场 作者：宋颉 摘　要: 以某污水处理厂的自控仪表控制系统为例，论述了如何根据小型污水处理的规模、采用工艺，因地制宜、经济、合理配置仪表自控系统，以最少的硬件投入,最大限度的满足生产管理人员对工艺过程的自动控制和全面、准确的监视、管理要求。 一、概述 随着经济的飞速发展，城镇建设和人民生活水平不断提高，环境保护愈来愈得到政府和群众的重视，落实科学的发展观，做到人与自然的和谐发展，成为我国现阶段产业政策的基本出发点。按照环境保护法和相关产业政策的要求，城镇污水应进行污水处理后达标排放，目前我国建成的城镇污水处理工程以大、中城市为主，规模一般在5万m3/d以上，近几年来小城镇建设得到迅猛发展，经济的快速增长，带来了生活污水和工业废水的骤然增加，但目前数量众多县、镇级城镇污水的处理率还较低，在全国正在兴建及待建的日处理量小于5万m3污水厂日益增多。根据我国现行的“城市污水处理工程项目建设标准”中将处理规模分为五类，其中V类为1～5万m3/d，而大多数小城镇污水处理厂的规模小于3万m3/d，甚至只有几千m3/d。目前大型污水处理厂建设数量相对减少，而中小型污水厂则越来越多。如何搞好中、小型污水处理厂，特别是小型污水厂的建设已成为许多专家和工程技术人员关注的问题。 二、小城镇污水处理厂的特点 小城镇污水厂处理厂往往具有以下特点： （1）人口少、负担的排水面积小，处理规模小，一天内水量、水质变化系数较大； （2）产业结构及气象条件的区域特征差异较大、水质、水量选择的通用性较差； （3）经济发展水平偏低，经济承受能力弱，可供选择的适用技术少； （4）由于处理规模小而造成工程建设费及运行费用相对较高； （5）希望自动化程度较高，但同时技术人员缺乏，难以保证较高自动化要求； （6）一般在城镇小区或企业内修建，其占地往往受到限制，处理单元应当尽量布置紧凑； （7）由于规模较小，从工艺合理性考虑一般不设污泥消化，应采用低负荷，延时曝气工艺，尽量减少污泥量同时使污泥部分好氧稳定。 在中小城镇污水厂的建设中，应充分考虑其特点，确定切实可行的污水处理工艺方案和控制系统方案，因地制宜和经济适用非常重要，不宜追求过大过全，除了保证处理效果这一基本条件外，主要目的是降低基建投资，节省日常的运行费用，以求在保证达标排放的前提下，使经营成本达到最小。 三、自控仪表系统的配置及说明 一、小城镇污水处理厂适用的工艺 1．常规活性污泥法 2．AB两段活性污泥法 3．A／O（厌氧、缺氧、好氧）工艺组合活性污泥法 4．氧化沟活性污泥法及其各种变形工艺 5．序批式活性污泥法（SBR）及其各种变形工艺 二、自控仪表系统的配置 根据不同工艺要求，自控仪表的配置应在满足工艺要求的前提下，尽量避免华而不实的过高配置和追求与大型污水厂同样的高端硬件设置。同时提高污水处理厂的自动化程度，尽量减少定员数量，这一点对减少小型污水处理厂的经营成本有很重要的意义。因为，尽管污水厂较小，如果没有自动化程度较高的自控系统，往往需要按岗定员，这样3000-30000吨/日的污水处理厂也需要10-30人。实际上，对于规模稍大的污水厂，定员也不过如此，所以相对人力成本很高。在条件允许的情况下，应尽量提高污水厂的自动化程度。因此切合实际的控制系统对于小型污水厂的正常运行至关重要。根据对多座中小城镇污水厂的设计、运行研究确定了仪表控制系统设计的原则： 1．小型污水厂采用基于PLC的现场总线型集散控制系统，以集中监测为主，重点工段实现自动控制。 2．中控室与变电站联建，减少占地、功能集中、便于管理。中控室内设二台冗余的监控管理计算机，两套计算机可分担不同功能，故障时可互为热备，计算机配有彩色显示器，打印机，键盘等。不设大型模拟屏，必要时可设置一台投影仪及电动屏幕。 3．变电站内设一PLC子站，远离变电站设备相对集中工段设远程I/O终端，PLC子站为黑匣子，不设人机界面。 4．PLC子站与监控管理计算机间采用10/100bit/s工业以太网通讯，PLC子站与远程I/O终端之间采用工业现场总线通讯。 5.PLC硬件选择进口设备中的中、低档品牌，如西门子的S7-300系列、施耐德的Premium系列、OMRON的CS1系列等。 6．根据工艺要求，在关键工段设置水质监测仪表，避免多而全的做法。水量计量可在进口或出口一处安装流量计。 7．仪表的选型应以国产设备为主，特别是压力、电磁流量、液位等仪表，国产设备已达到国际领先水平，应优先选择，分析仪表可选择进口设备，以保证可靠、稳定运行。 四、工程实例 由于SBR工艺是间歇运行，具有较强抗冲击负荷的调节能力，适用于水质水量变化较大的情况，且SBR工艺布置紧凑，池深不受限制又省去二沉池和回流污泥泵房，在小型污水处理厂设计中，SBR工艺广泛的被采用。本文以重庆某污水处理厂工程为例，着重介绍仪表自控系统的硬件设计。 该工程近期规模为2万m3/d，处理工艺为SBR工艺方案。 1．系统的组成：本系统为二级计算机监控系统，由中央监控管理计算机、PLC子站和下属远程I/O终端组成。系统图如下:

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系统图 2．PLC现场子站 根据处理规模、工艺特点及构筑物的布置和现场控制的分布情况，设置一个PLC现场子站，PLC现场子站选用可编程序控制器（PLC），PLC为模块化结构，硬件配置较灵活，软件编程方便。并且PLC子站与相应的MCC置于同一地点，同时对于设备较集中又远离子站的现场设置远程I/O由通讯电缆连接。节省其间电缆，提高运行可靠性。 各子站划分如下： A. 变配电间子站PLC PLC置于变配电间，负责粗格栅及进水泵房、细格栅站、 曝气沉砂池、鼓风机房及出水等部分设备的自动控制和数据采集。 B. 远程I/O站 分别在4座SBR池、脱水机房、加氯间设置远程I/O终端，负责全部设备运行状态的信号上传和SBR池设备的自动控制。 3．控制原则 该污水处理厂处理规模较小，但采用了序批式活性污泥法的SBR工艺，该工艺要求反应池需要严格按照预先设定的工艺步骤顺序完成不同的功能，其各工艺设备均有严格的逻辑时序，工艺的时序性对自控系统的要求较高。结合以上特点，控制系统采用PLC自动控制和就地控制箱现场控制两种方式，SBR工段为全部自动控制。在MCC或现场控制箱上设有手动/自动转换开关。就地手动操作具有最高的优先权，转换开关置于手动位置时操作人员只能实现机旁操作，只有在转换开关置于自控位置时才可由PLC 按照预先编制好的程序进行自动控制，因此操作人员可根据实际情况进行不同状态的切换。同时电气设备的运行状况，故障信号被送到中心控制室。全部检测仪表信号均在控制室监测。为使控制系统做到简单、可靠，同时做到关键工艺段全自动运行，设计中要求预处理等成熟的设备由工艺厂家自带现场控制箱，设备的连锁运行通过现场控制箱实现，运行状态信号传送至中控室监控管理计算机，核心部分如SBR池的运行通过PLC编程实现，这样既保证了控制系统高水平，减少运行、管理人员，又降低了投资成本。 4．仪表检测点的选择 污水厂仪表的设计主要根据不同的工艺流程，找出关键的检测点和检测参数,用最少的仪表投入,来最大限度的满足生产管理人员对工艺过程的自动控制和全面、准确的监视、管理。特别是对于小型污水处理厂一定要避免多而全的设计理念，在核心工段进行检测、控制，降低日常维护量，节省一次性投资。根据“城市污水处理工程项目建设标准”及具体工艺要求，本工程选取检测点流程图如下：

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检测点流程图

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5．系统的详细配置 根据上述的控制原则，PLC I/O表设计如下：

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PLC I/O表设计图 6．综述 以上针对污水厂的仪表、控制系统的硬件选型作了介绍，根据上述配置，流量、压力、液位仪表选择国产设备，溶氧仪采用膜式传感器，PLC产品在满足控制要求的条件下选择进口中、低档品牌，计算机系统选择目前的主流产品，按此设计小型污水厂控制系统的总价可控制在100万元以内。当然根据处理规模不同、处理工艺不同（氧化沟工艺总价还可降低）总价也不尽相同，对于小型污水厂的控制系应在降低硬件投资的同时加强软件的开发、完善，做到以最小的成本投入达到最佳的控制效果。 五、结束语 随着工业和现代科学技术的飞速发展，自控技术及理论日趋成熟和规范化，但在污水处理领域自控的设计、使用仍处于完善和发展中，由于各种工程技术的不断改进，硬件、软件开发的多样性和通用性，污水处理厂自控设计面临较多的选择。如何根据污水厂的不同规模、不同工艺合理配置控制系统；如何根据污水厂的工艺特点在硬件系统满足要求的前提下，利用我国人力软件资源充裕的优势，将最优化的控制系统提供给污水厂管理、运行人员，是未来污水处理厂、特别是中小型污水处理厂自控系统发展和研究的课题。

jiangnan2008

感谢提供，学习中！呵呵

ymxl2011

学习了，资料很棒，谢谢楼主无私分享。。。

ymwatcher

谢谢分享，赞了，受益了。。。

郑维翔

确实挺全面的，收藏备查。