污水处理智能化电气控制分析

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1高效污水处理工艺

微絮凝与活性污泥法相结合，是当前污水处理高效工艺的主要技术。在生化处理时，污水会先进入到前置的反硝化区域内，10%左右的进水会流进前置池内，再进入到厌氧池、后置反硝化池、好氧池分别进行生化处理，最后进入到二沉池内。这种反应装置可以采取内分流与外分流两种处理机制，好氧池中的出水流即内回流污水，会从好氧池中进入到后置硝化池与厌氧池；外回流污水则是污泥回流池内的出水流，会返回到前置反硝化池内，停留20-30h后，通过生物处理，将进水中有机物所包含的硝态氧全部去除，消除硝态氧对于厌氧池的不利影响，保证厌氧池能够稳定处理。这一工艺使用了乙酸钠、PAC和PAM两种絮凝药剂，整个系统由粗细格栅、沉砂池、污泥回流池、高密度沉淀池、高效过滤池和紫外消毒池等构筑物组成，大幅提高了污水处理效果，并能够与超滤反渗透处理工艺结合使用，从而实现中水的二次循环利用。

2污水处理智能化电气控制系统设计

2.1系统设计目的与要求智能化控制系统需要能够自动控制污水处理全部环节的操作，如进水、混合、搅拌、分流、清污、出水等；需要做到实时采集、挖掘、分析各类传感器与测定仪的现场生产数据，能够结合各环节工艺参数与装置运行参数，通过模式辨识与优化，合理调整装置运行状态直至达到最佳要求，确保各装置的运行效率、运行效益与处理质量，并能够在线诊断各种常见工艺故障，最后完成自修复。2.2总体设计方案通过PLC控制系统设置一个集散型自动控制系统，由设备层、控制层、监控层与系统层组成，TCP/IP工业以太网负责完成PLC与第三方设备的通信连接，现场PLC与远程IO运用PROFIBUS–DP标准总线实现数据通信。PLC与中控室计算机则通过光纤单环网完成高速度、大容量、实时性数据交换。2.3上位机设计上位机由工业级PC机组成，界面软件语言使用VISUALBASIC进行编制。使用分色动态化模式将澄清水路、污水路等显示在计算机上，以便于工作人员能够及时、准确地掌握电机与阀门的实时运行状态，能够根据故障状态，切实解决运行问题。在计算机上能够将PH值、流量、溶解氧、温度等参数以直方图的形式显示出来，通过鼠标控制其分布与放大，将各参数1h、1d甚至1个月之内的曲线图全部显出来，从而使曲线图更为立体化，更便于同时对现场运行状态进行监控。人机交互画面使用MCGS软件开发，MCGS内部设置有变量数据库，通过该数据库能够完成MCGS和下位机之间的变量转换。MCSG数据库可以建立多个变量数据库，开关量、字符串以及模拟量等都可以包含在其中，通过该软件组态画面就能够将PLC中的各种内在信息实时显示出来，以便于中控室上位机进行实时监控。如，在数据库中以“一号提水泵自动”命名其开关量状态变量，再将“一号提水泵自动”数据库与其PLC所使用的对应输入端口相连接，在MCGS与PLC完成连接后，设备连接中的“一号提水泵”通道链接就与该端口完成了连接，最后将该系统变量与其相应的画面控件相连接，就能够对一号提水泵进行实时监控。该变量数据库也同时存储了各类故障信号变量，当设备、仪表数据等出现异常和故障时，就会在连接过程中发出报警信号。2.4PLC控制系统控制系统由PLC组成，可以与中控室、现场设备进行双向通讯，完成总体逻辑控制，确保污水处理能够满足工艺要求。在选择PLC时，要先准确判断能够满足控制要求的I/O、A/D数量，确保设计最优化。选择合适的PLC及适配电源模块，根据准确的I/O数目，选择合适的数字输入模块，通过该模块将现场数字信号电平有效转换为适宜于PLC识别的内部信号电平，再输入到缓冲器中，以便于CPU采集和处理。选择合适的数字量输出模块，通过该模块将PLC数字信号有效转换为外部设备所需要的数字量信号，以此作为继电器、阀门、接触器和指示灯等设备的驱动负载。选择合适的模拟量输入模块，将输入后的模拟量A/D有效转换为适宜于CPU识别的二进制数字量，并等待CPU采集与处理。选择合适的模拟量输出模块，CPU采集输出的二进制数字信号将使用该模块进行模拟量转换并输出。最后由PLC所使用的编程软件进行硬件组态、参数设置、模块诊断与过程监控。2.5下位机下位机即各种智能控制仪器、量表、PID调节器，是控制系统的重要组成部分，能够长期保存一系列完整参数。下位机的各种智能控制仪表是整个控制系统的基础环节，设计人员在设计时，要确保这些智能仪表具有良好的抗干扰性能。下位机主要由粗、细格栅的液位差计、进水管的电磁流量计、调节池的PH计、澄清池的液位机、搅拌机、泥位机、刮泥机、悬浮物测量仪等仪器、加药站的加药计量泵、污泥处理池的污泥泵、脱水装置、液位计及液位传感器等装置、厌氧池的电位在线测定仪和溶解氧在线测定仪、好氧池的污泥浓度计、二沉池的泥位计、清水池的液位机、回流管道出水管的流量计、回水泵进出口的电动阀与止回阀、出水池的PH计、污泥浓度计以及COD测定仪等组成。2.6无线数据传输线路PH值、污泥浓度、温度、COD、水量等指标均由智能仪表检测，仪表检测后输出的信号可以使用专门的信号隔离器，并将其输出的标准电流信号转换成电压信号，再使用单片机控制器进行检测处理，将RXDP3�0和TXDP3�1连接到使用的无线通信模块串口，就能够将智能仪表中的数据进行无线传输。单片机的选择要满足A/D数目要求。2.7PID控制PID调节器会对搅拌机和回流泵等装置的电机转速进行调节，确保处理工艺最优化。主程序读取设定值后，以A/D转换模块对模拟量的当前运行状态与数据进行采集，在比较采样值和设定值之间的差值后，使用PID调节策略准确计算调节量后，再由PLC和变频器、步进电机及其驱动器进行通信，将调节量转换为相应的频率与电机信号后，由中断程序调用相应的功能模块控制变频器的频率与步进电机的转速，从而控制各个装置的运行状态。2.8PLC控制程序设计PLC控制器编程软件包含了部分子程序模块，将这些子程序设计为相应的功能模块，在CPU启动时，操作系统需要初始化环境变量与各项模拟量，将这部分工作设置为一个功能模块；初始化工作结束后，包含主程序模块，该模块负责编写主程序，以调用各个功能模块；初始化模块，负责环境变量、各个模拟量及参数的补始化工作；报警模块，负责存放各种仪器与数值的异常和故障报警信号；PID功能模块，负责存放PID控制策略所计算出的各个调节量，能够发挥对搅拌机、回水泵、回流泵、加药计量泵的转速与频率的调节控制功能；中断循环程序模块，是通过固定时间的间隔循环完成PID功能模块的运行组织工作。在CPU开始运行后，首先要调用初始化模块，完成初始化工作，之后循环调用主程序模块。

3结语

污水处理智能化电气控制系统是城市污水处理自动化的必然发展趋势，根据污水处理站的运行规模、装置参数等选择合适的PC机、PLC机、单片机、通信模块、网络模块、智能仪表、PID调节器，运用合适的脚本语言、程序语言编写相应的人机交互界面与PLC控制程序，能够使处理站各个装置、仪表根据设定的参数运行，并自动发出故障与异常警报，使问题处理更为及时，降低了处理成本，提高了运行效率、污水处理质量与经济性。

作者:史卫华 单位:淮安信息职业技术学院