浅谈污水处理自控系统 2页

2012年9月■赫固麓商环保与节能浅谈污水处理自控系统朱斌(中钢集团武汉安全环保研究院有限公司华安分公司)摘要：污水处理是当前我国水利系统的一大重点，工程量巨大。如果单人为操作耗费很多了劳动力，一款好自控系统软件可节省时间和人力。本文根据自己多年的工作经验，详细的阐述了基于PLC的自动控制方案的规划、工作。关键词：污水处理；可编程序控制器；自动控制系统本文以某城市污水处理厂自动控制系统的方案选择与设计过程为例，说明了基于PLC的自动控制方案是当前最高效的污水处理自控系统。笔者详细论述了该污水处理自动控制系统的方案规划、硬件和软件配置、工作原理和基于罗克韦尔RSview32组态软件的上位监控系统以及该污水处理厂生产过程自动化系统与管理信息系统的有机结合。1自动控制系统1．1控制系统方案制定污水处理系统的控制对象既包含开关量也包含模拟量，既涉及顺序控制也涉及过程控制。在系统运行期间有大量的参数需要加以检测和控制，而且各种设备的位置分布比较分散，这就提高了对控制系统的要求。模拟仪表控制系统和集中式数字控制系统由于技术早已过时而不宜采用?本案例采用集散控制系统(DCS)。集散控制系统所有设备分别处于四个不同的层次，自上而下分别是：管理级、监控级、控制级和现场级。对应着这四层结构，分别由四层数据通讯网络，即管理网络、监控网络、控制网络和现场网络。1．2自控系统的组成和各层次功能污水处理自控系统是由中央控制室、自控柜和现场设备控制室三部分组成，分别对应于中央监视、PLc联动控制和现场就地控制三个层次。中央控制室通过上位监控计算机实现对全厂设备的监控，包括工艺流程及设备状态显示、数据记录、操作记录、报表处理、水质参数报警以及打印等功能。PLC是整个自控系统的核心，整个污水厂设备的工艺控制、逻辑判断、在线仪表数据的采集以及控制站之间的通信都是通过PLC来完成的；PLC控制分为自动控制和手动控制，当电控柜相应设备的控制方式设置为PLC控制时，PLC按照工艺进行控制，同时完成水质数据的采集工作，以及防止一些误操作。现场设备的就地控制由现场电控柜承担，并通过控制柜的选择和操作开关来实现，该方式主要在一些紧急和更换设备的情况下使用，并且具有最高的控制权限。在PLc发生故障的情况下，仍然可以通过现场电控柜对设备进行控制，避免因停产造成的损失。中央控制室、自控柜和现场控制柜之间的关系是：中央控制室所需要的数据主要由自控柜中的PLC通过工业以太网传送过来，而中央控制室完成对现场设备的控制也是通过对PLc中相应设备的程序地址写值来实现，现场控制柜根据自控柜中PLc程序运行的结果来启动和停止设备。中央控制要完成控制功能只能向PLC发送相应的命令，然后由PLC判断此时是否应该执行此控制，条件成立则执行，否则将拒绝中央控制室发出的指令。自控系统的功能主要是由PLc来完成，即使网络发生故障，PLC也可以按照预先编制的程序来进行控制。PLc对设备的控制主要是鞋逝妇靶逝j*颦夸培!}k逝业颦逝船逝业{妇逝韭颦业颦业业誊逝业业船业誊省}逝qe逝鞋业j‘}船逝j譬业妇省}业逝{妇逝一定的影响。尽管我国在研制环卫垃圾车方面取得了很大的进步，但还是有很多需要改进的地方。主要在价格方面比较昂贵的因素，使得先进的环卫垃圾车得不到有力推广。现在那些使用的垃圾压缩设备还在不断地影响着工人的健康。3．1环卫垃圾压缩设备的噪音破坏环卫工人的听觉城市垃圾在不断增加，每天大量成吨的垃圾需要被环卫垃圾压缩设备压缩。由于垃圾的数量过大，环卫垃圾压缩设备需要不断地进行工作。随着环卫垃圾压缩设备不断地进行工作，不分类的垃圾聚集在一起会对垃圾处理设备腐蚀和损坏。质量和构造上并不是很好的环卫垃圾压缩设备在工作时往往会发出比较大的噪音，这对于工作时间比较长的环卫工人来说是比较危险的。长时间地在高分贝噪音的环境中工作，这会导致工人的听觉能力大大降低，甚至导致耳聪。大家知道，优美的声音或者音乐给予人享受，但是长时间的噪音则是让人的精神导致恍惚、失常。研究表明，这还会对人的大脑有所损伤。在这种环境下工作的环卫工人尽管在社会上的地位是卑微的，但是其从事的工作却是高尚的。他们为城市里的整洁面貌贡献着自己的青春，却拿着微薄的工资。他们在默默工作的时候或许并没有顾及到自己的健康，但他们的健康确实需要引起更多人的重视网。3．2环卫垃圾压缩设备的粉尘和气体对环卫工人的影响目前，我国大部分城市所使用的环卫垃圾压缩设备更新换代的速度比较慢，大部分的环卫垃圾压缩设备在性能上比如在封闭性方面和自动化方面等比较差。环卫垃圾压缩设备的封闭性比较差可能会导致生活垃圾的液体流出，污染人的视觉，刺激人的鼻子或者对环境造成二次污染；也可能导致生活垃圾的刺激性气体挥发、弥漫整个空气中，刺激环卫工人的呼吸道。如今，我国还并没有对城市生活垃圾进行具体细致的分类，很多生活垃圾都混在一起处理，这会导致环卫垃圾压缩设备在对生活垃圾进行处理时出现大量的粉尘，再加上环卫垃圾压缩设备在封闭性方面比较差，大量的粉尘充斥在工人的周围，当这些工人呼吸时就会把大量的粉尘吸入其肺部，严重影响到工人的口腔、支气管、肺部等部位，这就会影响到工人的健康。由于环卫垃圾压缩设备的封闭性比较差，其工作时，那些未进行细致分类的生活垃圾散发出来的刺激性气体也会对环卫工人的健康构成威胁，情形严重的甚至还可能导致工人中毒。根据调查显示，长期处于恶劣气味环境的人不仅对其嗅觉产生损害，对其神经系统也有一定程度的伤害。长期接触有刺激性的气体会使工人嗅觉变得迟钝，也有可能使其神经变得迟钝。每个人除了工作外还要生活，但长期处于这种环境的人在生活中会遭到别人的鄙视和看不起，由于身上有股气味，经常会让他人避而远之。这会深深影响到工人的精神、生活，在无形中给他们的伤害也将是巨大而无形的[4】。4结语总而言之，目前我国大多数城市所使用的环卫垃圾压缩设备还是比较落后的，尽管市场上该种设备研制更新的速度比较快，但是政府在这方面给予的投入比较少，环卫垃圾压缩设备更新换代的速率并没有跟上市场的节奏，这给保护整个城市环境的环卫工人的健康带来了很大的隐患。环卫工人的工作是比较辛苦的，其工作性质在世人的眼里也是比较卑微的，这需要引起社会人士的广泛关注。总之，政府需要在环卫垃圾设备进行更多的投入，以改善环卫工人的工作条件和环境。参考文献『11张启君．国内垃圾车市场的情况分析及未来预测叨．商用汽车杂志，2009(2)．f21董涛．城市生活垃圾中转站新型压缩装置的研究咖．山东理工大学学报，2010(5)f3愠金良．后装压缩式垃圾车装载压缩装置及其分析比较叫．工程机械．2011(9)．『41李光达．压缩式垃圾车装料器的结构Ⅲ．专用汽车，2012(9)．f51魏志宏．压缩式垃圾车油缸受力分析及校核Ⅲ．专用汽车，2012(12)．·93·\n环保与节能■村宙爱哺2012年9月由PLC柜内的输出继电器向电控柜内的接触器提供一个无源的干接点来实现。1．3自控系统的硬件和软件配置自控系统包括软件和硬件两部分，硬件与软件的配置决定于工艺对系统的需求，它将影响到系统的功能以及稳定性、可扩展性和性价比。‘(1)PLc的硬件配置PLC是整个控制系统的核心，目前国内使用的PLC种类繁多，如西门子、罗克韦尔A—B和施耐德Modicon等品牌。因为规划的该污水处理自控系统基于工业以太网，上述几种类型的PLC本身都带有工业以太网接口，其中西门子的S7—300系列与上位机通讯要求配置专用的以太网卡CP343，施奈德的OuaIltum系列PLC价格又比较贵，综合考虑各方面原因，选用了罗克韦尔A—B的SLC500系列SLC一5／05小型PLC。模块式SLc500处理器的用户内存容量1～64KB，处理器的组态能力为3个本地框架，通过RemoteI，0或DeviceNet，理论上使SLC5，02及以上处理器最多可支持4096个离散输入点和4096个离散输出点。(2)PLC的软件配置对于SLC500系列PLC，RockweUA—B公司推出了Rslogix500编程软件，采用梯形图来进行PLC程序的开发。(3)操作员站监控组态软件(RSview32)RSview32是由Rockwell自动化开发的一种对自动控制设备和生产过程进行监视和控制的HMI(人机界面)组态软件平台。它是在图形组态中应用ActiveX控件、VisualBasicApplicatio和OPc(面向过程控制的0I正)的HMI软件产品，提供了监视、控制和数据采集等必要的功能且使用方便、变量统一。2监控系统软件在现代化的工业生产中，经常需要利用监控软件对现场的自动化设备进行监视和控制，城市污水厂监控软件使用的是Rockwell自动化公司的Rsview32组态软件，这是一种基于组件并用于监视和控制自动化设备的人机界面监控软件，它的功能十分强大，应用也比较广泛。2．1软件结构根据污水处理厂的自身工艺特点和控制系统对软件的要求，监控软件主要由登录管理模块、预测模块、监控界面、趋势、报警、报表、数据库、系统帮助等模块组成：(1)系统登录管理：根据建立权限制度，不同的用户设定不同的权限，防止非法用户操作。(2)监控画面：主要指系统的工艺流程图、设备状态图，按系统的工艺流程编制的中文图形化人机界面，这样便于操作员监视整个污水处理厂的情况，并且可方便地根据系统运行情况正确操作。(3)趋势画面：监控系统对设备参数实时记录，通过趋势曲线显示在趋势画面上，并具有参数预测功能，操作员可通过该画面查询设备参数的变化情况，方便系统操作。(4)报警画面：当现场设备在某种状态或设备的参数达到某范围时，系统采用声音、光亮、文字、颜色和报警记录的登记，在操作站上实现报警，用以告知、提醒操作员，以便做出相应的操作处理，以免发生设备损坏或产出不合格的产品。(5)报表：按照工艺要求对水厂的进水和出水水质和水量等的参数进行报表统计，可根据需要形成特点参数组合的小时报表、天报表、月报表、年报表。．(6)数据库：将系统所有设备的信息生成数据库，便于操作维护人员对系统设备的管理。(7)水质预测：对污水处理厂进出水质进行预测，为生产管理人员进行优化运行提供决策参考。(8)系统帮助：系统提供在线帮助功能，包括操作手册和设备常见故障维护。2．2主要监控画面的功能监控系统的各种功能主要通过画面组态和显示来完成，操作画面主要指系统的工艺流程图、设备状态图及其它系统功能画面等。操作人员只需要在监控菜单或者总图中用鼠标来选择相应的工艺段，再选择工艺段相应的设备，用鼠标点击即可弹出该设备的控制单，然后用鼠标进行控制或者用键盘来改变参数的设置。·94·2．2．1工艺流程监控画面工艺流程监控画面集中了整个自控系统的所有设备，操作员可通过工艺流程监控画面，对整个污水处理厂运行情况有一个总体的了解；并能通过工艺主画面上各工艺段的简图直接进入相应工艺段监控画面对相应工艺段进行监视、信息查询、工艺设备控制。2．22工艺段监控画面及控制面板工艺监控画面按污水处理工艺分为预处理、生物滤池、曝气池三部分。对粗格栅、细格栅、初沉池工艺段以及相关的在线仪表的监控主要是通过预处理工艺段画面来完成：生物滤池完成对20个生物滤池和泵房以及相关在线仪表的监控，曝气池段主要对曝气机及相关在线仪表进行监控。2．2．3记录查询及趋势曲线画面记录查询主要是对设备的历史运行记录进行查询，供日后分析设备状况。它包括操作记录查询、设备运行记录查询、生物滤池反冲洗记录查询、报警记录查询，生物滤池状态记录。趋势记录功能是指系统实时记录现场设备参数变化情况，可通过选择点显示不同历史、实现曲线组，每组可显示最多4条曲线；所存储时间根据需要配置为半年。2．2．4报农画面与打印为了统计需要，建立系统历史数据库。通过日报，月报方式显示系统记录下来的各种水处理记录数据，如药物的消耗，日处理污水量记录等，并相应制报表显示、打印和存档。按照工艺对水厂的进水和出水水质，生物滤池的水质，曝气池水质参数(pH值、COD值等)进行报表统计，可根据需要形成日报表、月报表。3总结本系统总体运行良好，在污水处理厂工作期间，基本没有出现故障，得到了广泛的好评。其中将污水处理厂的生产过程自动化与管理信息化结合起来很值得污水厂借鉴。智能化自控系统是当前污水处理厂的发展方向，现今污水处理厂的自动化水平已得到大大提高，但智能化水平相对较低，在以后的污水处理中应该加大基于PLc自控系统的使用，使污水处理朝着高效、低人力的方向发展。参考文献『11冯生华城市中小型污水处理厂的建设与管理．北京：化学工业出版社，环境科学与工程出版中心，2011，17l～172．f21毛慧欧．城市污水处理计算机控制系统的应用研究．环境污染治理技术与设备，2011，2(5)：32—37．【31杨曹争．污水处理厂中的PLc及自控系统．交通环保，2007，(5)：5～7，f41马学文．污水处理厂的自动控制系统及功能．黄金学报，2010，3(1)：52．54．