工艺的最大区别在于它是以时间顺序来分割流程各单元,以时间分割操作代替空间分割操作,非稳态生化反应代替生化反应,静置理想沉淀代替动态沉淀等。整个过程对于单个操作单元而言是间歇进行的,但是通过多个单元组合调度后又是连续的,在运行上实现了有序和间歇操作相结合。 2.3本设计系统工业污水处理工艺及描述:
本工业污水处理工艺流程图
图2-4 工艺流程图
污水由进水系统通过粗格栅和清污机进行初步排除大块杂质物体,到达除砂池中。在除砂池系统中细格栅和转鼓清污机进一步净化污水中的细小颗粒物体,将污水中的细小沙粒滤除后进入氧化沟反应池。在该氧化沟系统中进行生化处理,分解污水中的有害物质,此环节用到一些化学药剂来加强处理效果,如复合碱、氯气、油絮凝剂等。对污水进行除油、消毒、调整PH值。同时在该系统中设置有溶解氧仪超声波检测器,通过它对污水中的含氧量进行检测,根据其反馈到PLC的值来控制曝气机变频器的运行,改变污水中溶解氧的含量。潜水搅拌机的作用是推进水流,使氧化沟的污水和活性污泥处于剧烈搅拌充分混合接触,使生化反应更加充分,以最大程度地分解污水中的有害成分。经处理的污水进入沉淀池中,在刮泥机的作用下进行物理沉淀,为了加强沉淀效果,同时加入混凝剂和絮凝剂利用高分子助凝剂的强烈吸附架桥作用更加容易沉降。污水经沉淀池处理最后到达脱水环节,离心式脱水机作用下进行脱水处理后排出清水。
2.4工业污水处理系统控制形式
早期的控制系统多采用继电器——接触器控制系统,但随着电子技术的飞速发展,控制要求的不断提高,该类控制方法已不能满足现代工业污水处理系统的控制要求,因此已逐渐被淘汰,取而代之的是DCS、现场总线控制、PLC等控制方。
(1)DCS系统。DCS是集散控制系统的简称,又称为分布式计算机控制系统,是由计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、通信网络技术等相互渗透形成的。由计算机和现场终端组成,通过网络将现场控制站、检测站和操作站、控制站等连接起来,完成分散控制和集中操作、管理的功能,主要是用于各类生产过程,可提高生产自动化水平和管理水平,其主要特点如下:采用分级分布式控制,减少了系统的信息传输量,使系统应用程序比较简单。实现了真正的分散控制,使系统的危险性分散,可靠性提高。扩展能力较强。软硬件资源丰富,可适应各种要求。实时性好,响应快。
(2)现场总线控制系统。现场总线控制系统是由DCS和PLC发展而来的,是基于现场总线的自动控制系统。该系统按照公开、规范的通信协议在智能设备之间,以及智能设备与计算机之间进行数据传输和交换,从而实现控制与管理一体化的自动控制系统,其优点:可以用计算机丰富的软件、硬件资源。响应快,实时性好。通信协议公开,不同产品可互连。
(3)PLC系统。PLC是可编程逻辑控制器的简称,用它作为处理系统的控制器,实现控制系统的功能要求,也可利用计算机作为其上位机,通过网络连接PLC,对生产过程进行实时监控,其特点如下:编程方便,开发周期短,维护容易。通用性强,使用方便。控制功能强。模块化结构,扩展能力强。
2.5工业污水处理系统的功能要求
工业污水处理系统的主要功能是完成对城市污水的净化的作用,将城市中排除的污水通过该系统处理后,输出符合国家标准的水质。长期以来,工业污水处理技术虽然经过了迅速发展,但仍滞后于城市发展的需要,工业污水处理率低、设备运转率低等极大地影响了城市发展。为实现工业污水处理技术的简易、高效、低能耗的功能, 并且实现自动化的控制过程,采用PLC作为核心控制器是个较好的方案。
PLC作为工业污水处理系统的控制系统使得设计过程变得更加简单,可实现的功能变得更多。与各类人机界面的通信可完成PLC控制系统的监视,同时使用户可通过操作界面功能控制PLC系统。由于PLC的CPU强大的网络通信能力,使
得工业污水处理系统的数据传输与通信变得可能,并且也可实现其远程监控。 利用PLC作为控制器的工业污水处理系统主要涉及两个方面:一是信号输入;二是控制输出信号。 2.5.1信号输入
工业污水处理系统信号输入检测方面主要涉及四类信号的监测,主要包括:按钮的输入检测、液位差的输入检测、液位高低的输入检测,以及曝气池中含氧量的输入检测。
(1)按钮输入检测。大多数为人工方式控制的输入检测,主要有自动按钮、手动按钮、格栅机启动按钮、清污机启动按钮、潜水泵启动按钮、潜水搅拌机启动按钮、污泥回流泵按钮、曝气机工频、变频按钮,以及变频加速减速按钮等。
(2)液位差输入检测。检测粗细格栅两侧液位差,用来控制清污机的启动与停止。
(3)液位高低输入检测。检测进水泵房和污泥回流泵房中液位的高低,用来控制潜水泵或污泥回流泵的启动和停止,以及投入运行的潜水泵的数量。
(4)含氧量输入检测。以上三种都为数字量输入,该输入为模拟量输入。曝气过程是工业污水处理系统中最重要的环节,为了保证微生物所需要的氧气,必须检测污水中的含氧量,并通过曝气机增加或减少其含氧量。通过将溶解氧仪设置在适当位置上,将检测值反馈到PLC中,通过运算输出控制曝气机的转速信号。当溶解氧值偏低时,降低了微生物分解的效果,延长了处理时间,严重时甚至导致处理失效,因此需要增加曝气机转速以增加供氧量;当溶解氧值偏高时,导致微生物过氧化,降低了其活性,也不利于处理,因此减小曝气机转速以减少供氧量,最终使污水中的溶解氧保持在一定的范围内。 2.5.2控制输出信号
信号输出部分主要包括两个方面:一个是数字量输出,即各类设备的接触器;另外一个是模拟量输出,用来控制曝气机变频器。
(1)数字量输出。控制各类设备的启动和停止,包括:格栅机启停、清污机启停、潜水泵启停、潜水搅拌器启停、污泥回流泵等设备。
(2)模拟量输出通过PLC中PID运算后的数据,通过其功能模块输出控制信号,该控制信号输入到变频器的控制端子上,改变变频器的输出频率,从而控制曝气机的转速,最后达到控制污水中含氧量的要求。
第三章 污水处理控制系统的PLC选型和资源配置
3.1控制系统构成图 (1)监控系统图
打印上位监控机 模拟显示屏 主控PLC 水泵 鼓风机 DO仪 液位计 远程I/O 图3-1 污水处理监控系统图
(2)主控PLC框架配置图
主控PLC框架配置图
图3-2 主控PLC框架配置图
3.2远程I/O框架配置图
远程I/O框架配置图:
U-02RS U-05T Q100-Q117 U-05T Q120-Q137 U-05T Q140-Q157 图3-3 远程I/O框架配置图
3.3模块功能概述
(1)U-01DM 专门为华光SU-5/SU-6系列PLC而生产的数据通信模块,使用U-01DM就可以与其他PLC或上位计算机进行串行通信。
(2)U-55N 数字量输入模块,输入点数为16点,主要用来将外部一些信号输入到PLC,如行程开关信号等。
(3)U-05T 数字量输出模块,输出点数为16点,主要用来将控制信号输出到相应的器件,实现控制。
(4)U-01AD 模拟量输入模块,用于将模拟量信号(电压、电流)变换成数字信号。本模块具有4个通道,各通道将模拟输入信号分时变换成(0~4095)或(-4095~+4095)的数字信号,并逐个向CPU输出。
(5)U-02RM和U-02RS 远程I/O模块,主控PLC利用U-02RM模块,采用串行通信的方式控制扩展I/O。
(6)U-DMY 填空模块,它的外形尺寸和输入/输出模块一样。