一种标准一体化污水处理设备电气控制系统

蔡振江

关键词：一体化污水处理设备;PLC;触摸显示屏

随着我国对生态环境要求的日益提高，污水处理后必须达标才能排放。对于城市等大量污水处理的环境可以建造大型污水处理厂进行收集并集中处理，因此大型污水处理厂也日益增多。但在面对小而散、水量比较少的污水很难进行敷设管网，即使建立了管网也很难发挥收集作用，所以要做到点源污水处理，就必须设计一种有针对性的小型高效且方便安装搬运的污水处理设施，本文的一体化污水处理装置就是为此而设计。

1污水处理工艺选用原则

在污水处理设计中，方案的选择很重要，在方案的规划中要进行工艺的优化选择，优化的原則如下：

（1）技术要合理。工艺所具备的技术指标要结合国情和工程性质，工艺选择注重成熟性和可靠性。

（2）经济节能。节省工程投资是前提，合理确定处理标准，选择简洁紧凑的处理工艺，减少占地。

（3）易于管理。考虑国情现有运行管理水平，尽可能简单方便维护，采用可靠的自动化技术。

实际上采用一种工艺都有利弊，关键在于适用性，在工程实践中具体情况具体分析，采用相互结合达到更优的选择。根据本次的任务要求，该设备采用最广泛的生物法处理与较新的生物膜处理技术相结合的综合处理方法，达到最优的处理效果。

2污水处理流程

2.1主要组成及概况

实际中设备结构一般都比较复杂且需要的设备也比较多，在该设备的污水处理系统中，其核心是通过物理、化学、生物的原理去除污水中多余的污染物与有害物质，其组成流程图如图1所示。

2.2污水处理机制原理

2.2.1生物机制原理

污水生物处理是利用某些微生物吸收与降解污染物的能力净化污水的措施或技术。是用生物学的方法处理污水的总称，是污水处理应用中最为广泛的方法之一。主要借助微生物的分解作用把污水中有机物转化为简单的无机物，使污水得到净化。按对氧气需求量可分厌氧和好氧生物处理两大类。厌氧生物处理系利用厌氧微生物把有机物转化为有机酸，甲烷菌把有机酸分解为甲烷、二氧化碳和氢气等，如厌氧塘、化粪池、污泥的厌气消化和厌氧生物反应器等。好氧生物处理系采用风机曝气（自然界有藻类光合作用产氧）为污水中好氧微生物提供活动能源，促进好氧微生物的分解活动，使污水得到净化，如本活性污泥，其他也有生物滤池、生物转盘、污水灌溉、氧化塘等。

2.2.2物理机制原理

该装置在后面的膜生物反应中，膜生物反应器浸放于好氧曝气区中，膜组件代替传统二次沉淀池，其高效分离作用使泥水彻底分离，微生物和大分子物质被膜截留在生物反应池内，仅有水和部分小分子物质透过膜，从而使系统获得了优良的出水水质，大幅提高处理效率。

2.2.3化学机制原理

该在物理与生物处理机制中未能达到全面的处理效果，就需要结合化学方法的辅助处理机制进行中和处理，以达到综合处理达标的效果。如污水中含磷超标就需要添加适量的除磷剂。

2.3设备的布局

设备将生物反应器、膜分离设备（内部集成若干膜组件）、产水泵、鼓风机、膜清洗器、电控柜以及工艺管道、配套仪表（如压力计、流量计等）等主要部件高度集成在设备间，如图2所示。

3污水处理电气控制系统方案设计

3.1电气控制系统组成

污水处理站电气系统主要有电气设备、控制器、仪表组成。电气设备部分主要有污水提升泵、搅拌器、回流泵、曝气风机、产水抽吸泵组成;控制器主要有PLC、触摸显示屏;仪表主要有液位计、电磁流量计组成。

3.2控制系统说明

该设备是以PLC为控制中心的污水处理控制系统，该系统完成对污水处理设备的自动控制、动态工艺流程的监视、工艺参数的监视和设定，以及报警提示和故障显示等功能，是一个实用性强、自动化程度高的一体化控制系统。通过现场实地调试及系统目前良好的运行状态，证明了该系统设计的正确性及可靠性。

控制器PLC采用西门子Smart200系列，主要完成各设备部件的控制与数据采集;触摸显示屏采用国产昆仑通态系列，负责对PLC进行组态显示，以及这个控制系统的监控。整体控制方案框图如图3。

4污水处理控制系统硬件结构设计

4.1控制器PLC的1/0端口分配

根据污水处理系统控制要求，定义输入输出端口数量，确定L/0分配表如下表所示，进而确定具体的PLC型号。

4.2控制器PLC选择

本系统输入点数为12点，输出点数为8个点。选用西门子Smart200系列SR20配置一个模拟量扩展模块AE03，用于液位计、压力变送器的模拟量信号输入，满足本系统液位与压力新号采集控制要求。

4.3触摸显示屏的选择

本系统采用了国产品牌昆仑通态TPC107 GI（G系列带网口）作为人机界面，以先进的Conex-A53、4核CPU为核心（主频1G-JHz）的高性能嵌入式一体化触摸屏。该产品设计采用了10.2英寸高亮度液晶显示屏（分辨率1024x600），四线电阻式触摸屏，以及有良好的电磁屏蔽性、美观兼顾的铝合金结构。电源DC24 V/6W;内存256M;有1个RS232;1个RS485;1个USB接口，1个LAN网络接口。以上参数满足了系统控制运行的要求，也比较时尚不俗。通过以太网接口可以方便快速地和PLC进行组网通信.USB接口可以通过U盘下载与上传程序，对于程序的维护和运行数据的备份很是方便。

5一体化污水处理站的控制系统软件及组态设计

5.1设备控制逻辑关系

整个系统电气设备以PLC为控制中心，输出设备根据PLC下达指令进行工作，PLC根据仪表传感器输入信号包括手动信号与人机界面设定数据进行逻辑分析比较计算后，下达指令到输出设备。具体有如下设备：

（1）污水提升泵。自动状态受到液位信号控制，液位信号经PLC比较分析下达指令启动与停止。当污水经提升泵输送到格栅过滤后，进入厌氧池（各水池相通），液位计检测到达设定的中液位经PLC判断输出开启搅拌器，并开启风机进行曝气，检测到达设定的高液位时停止工作。一般是1用1备两台水泵，故障时控制器PLC判断控制切换。

（2）搅拌机。厌氧池/缺氧池配有搅拌机，根据液位信息经过PLC比较判断控制搅拌，以满足水池内的水均匀发生生化反应，提高污水处理效率。

（3）回流泵。根据液位高低判断，满足设定液位后连续运行，水位不满足设定要求则停止运行。

（4）风机。根据水位高低控制器判断是否运行，水位在低于设定中液位时，间歇运行（运行周期可通过触屏设定）。

（5）产水泵。产水系统由PLC控制运行，受时序控制，工作周期（触屏可调）运行（触屏可调），停歇时间（触屏可调）;受水位信号控制，水位信号传送到PLC进行判断控制产水泵启动与停止。同时鼓风机运行是产水泵启动条件之一，曝气管路压力表进行压力监测，低于设定压力（可调）时，产水泵不能启动。产生泵可采用1用1备配置，通过参数设定轮换工作，

（6）除磷剂投加泵。受产水泵与时控控制，产水泵停止则停止运行;产水泵运行“设定时间”（触屏可调）后投加泵开始运行。

5.2控制器PLC控制程序设计

PLC流程图如图4所示。PLC部分实际程序显示如图5所示。

5.3触屏组态设计

5.3.1人机界面设计

根据上述的控制要求及控制流程，触摸屏组态的监控画面能清楚地显示设备的动态流程及各个设备的动态运行状态，如图6所示。

人机界面上有报警器显示，当设备出现故障，当风机管道压力低于设定值，当液位显示不在正常值范围内都属于异常情况，都应该能及时显示故障以方便运行维护能及时发现处理。

5.3.2设备参数设置

在设备自动控制工作过程中需要根据一定的设定值与传感器反馈信息作为PLC判读的依据，在根据逻辑程序进行分析计算后发出正确的指令控制相关设备运行。参数设置界面如图7所示。

通过仿真调试，系统运行正常，可以完成PLC控制流程，实现了标准一体化污水处理设备的过程中可视化监控和自动化控制的目的。根据设计的工作要求，设备主要时间是工作的自动运行状态，在自动状态下，整个系统相关设备操作是有仪表传感器反馈给PLC控制器信号，经过相关处理后自动控制相关设备运行或者停止。手动时不受任何儀表条件与逻辑关系控制，任何设备的启停都是通过触屏面板上“点击”控制，手动功能很少使用，只有在维修与调试时才会切换到手动模式，方便对单台电气进行处理。

结语

为了处理污水量少而散的污染点源，本文设计了标准一体化污水处理设备，该设备采用西门子Smart200系列PLC作为污水处理系统的主控制器，国产昆仑童泰TPC1072GI系列触摸屏作为上位机。在专用编程软件的环境下进行了PLC的编程和触摸屏的组态设计。现场应用证实，该系统能够正常运行，达到了自动化控制的目的，实现了运行过程的可视化，能够满足污水量少而散的污染点源处理要求。该小型一体化污水处理设备的自动化控制系统运行稳定，经济实惠。该系统可靠，故障少，节约了人工工作量，同时也符合节能环保的要求，具有一定的实用价值。