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污水處理控制與監控系統中的自動化設計實現

點擊:7911  添加時間:2019-05-27 17:03:00  來源:《基層建設》2019年第6期 作者:李迪

摘要:我國經濟發展帶動了工業化的快速發展,也帶來了負面影響,水資源污染越來越嚴重,特別是污水排放量不斷增加促使水資源的污染不斷加劇,嚴重的影響了人們的居住環境。所以一定要加強污水治理,將污水處理控制與監控系統結合在一起,促使各種類型的污水處理工藝達到最佳效果,確保設備正常穩定的運行,以便對污水處理中的水質量和使用量進行準確檢測。


一、污水處理控制與監控系統中的自動化設計


1、系统构成


該系統是採用先進的WebAccessSCADA軟件,可編程的自動化控制器、APAX系列模塊以及EKI系列以太網絡交換器結合在一起的,這樣就讓污水處理系統形成了一個整體,既不需要對軟件和硬件的兼容問題進行擔心,還可以很好的做好污水處理系統的開發和建設工作。同時該方案還可以提供更加全面的冗餘功能,所以具有很強的可靠性,就能確保系統能夠不間斷運行,WebAccess因爲具有強大、功能豐富的特徵,開發人員從中獲取了很多好處,既可以非常輕鬆對數據資料進行獲取,還可以將其與很多個節點或者平臺整合在一起,從而滿足項目需求,此外還可以大大降低系統開發和維護的成本。


該系統是由管理和監控控制兩個層面組成的。①管理層。是由網絡服務器、工作站以及打印機等部分組成的,網絡進行傳輸的介質是光纖和雙絞線,數據進行傳輸的時候是採用高速以太網,傳輸的速度是100Mbit/s。此外該系統具有很強大的功能,可以通過INTERNET網絡進行遠程診斷和管理。②監控控制層。是由PLC主機、工控機、打印機以及操作檯等幾個部分組成的,其中監控設備PLC之間、PLC與工控機之間都是採用的工業以太網對數據進行交換,從而對系統進行實時監控。


2、设计方案


(1)水處理系統中自動化監控系統的總體設計


首先,將已配備各種模塊的控制器SIEMENS400模塊安裝在四個處理子站,系統就能採集各站的數位和類比訊號,並透過工業以太網絡交換器EKI-7659C傳送到控制中心。而雖然數據處於隨時可能變動的狀態,但WebAccess都能實時顯示所收集來的資料,從而實現了集中式遠端監控管理。此外,WebAccess還能接收視頻訊號,透過GigabitPoE交換器EKI-9312P來連接攝影機或CCTV,使用者就能直接透過影像來監控現場設備和設施。不同於市面上的其他同類型軟件,We-bAccess提供了更多優秀又好用的功能。比如,作爲核心平臺的WebAccess不僅能集中管理所有獨立運行的SCADA節點,同時還提供冗餘節點和通訊埠以確保任何故障都不會影響系統的整體運行。支援多種開放界面、實時數據連接和數百種裝置的驅動程序(如Modbus協定)則使其具有卓越的整合能力。


(2)水處理系統中自動化監控系統的詳細設計


①污水檢測系統


污水檢測及控制的目的在於控制污水的水質及水量,以經常維持安定有效的污水處理。


水量檢測設備,第一種流量計:常用的流量計有電磁、超聲波、輪葉以及孔口方式;第二種液位計,常用的液位計有浮球、氣泡以及壓力差方式。


水質檢測設備:主要常見的設備有污泥濃度計、DO計、MLSS計、pH計、溫度計、氨氮及COD/TOC計等。


水質檢測項目:一調整池:水流量、pH值、水位;二初沉池:抽出污泥量及濃度、污泥界面計;三曝氣池:送風量、迴流污泥量、DO及MLSS濃度;四二沉池:迴流污泥量及其濃度,剩餘污泥量;五放流渠:處理水量、COD、濁度計、加氯流量計、餘氯濃度計。


②污水控制系統


a.曝氣槽有關控制。送氣量控制,以廢水量調整控制送氣量。鼓風機輸出壓控制,送風量以調節鼓風機吸入閥門的開度及鼓風機之臺數控制,輸出壓力以壓力控制於定值,確保穩定送風量。關於DO控制就是以DO之控制量調節送氣量使槽內的DO與目標值一致。MLSS控制在對迴流污泥量進行調節控制可以促使槽內濃度與目標保持一致,對迴流污泥量進行控制就是用流入的廢水量與比率相乘,所得的數值作爲迴流污泥控制的目標值,從而對迴流污泥量進行調整。


b.加氯量控制。以處理水量作比率調節加氯量,也有以餘氯測定計測定結果作回授控制,並由水量作比率調節。


c.沉澱池控制。該環節的控制在操作過程中以污泥泵浦、刮泥機以及浮除的清除爲主,將定時器與順序控制相結合。


二、污水處理系統中自動化監控系統的優化


以沉澱池污泥停留時間的調控爲例,已知進流SS濃度爲128mg/L,若需達到放流水標準以下(設定值爲25mg/L)所對應之累加質量約佔20%,推估對應管柱之安全水深應爲15cm以內,對應管柱安全水深於15cm時,所對應的濃度爲30%,換算成濃度約爲38.4mg/L。安全水深於15cm下,推估30min沉降後濃度約爲24.3mg/L。


無機性廢水是採用的污泥迴流的方式進行操作,這樣不僅可以對污泥形式、特徵進行中和,還可以很大程度減少藥劑的使用量,對於浮除系統應該將出水添加到24L/hr、濃度12500mg/L的化學回流污泥,進水SS濃度爲272mg/L。依目前實際污水處理廠添加混凝劑與助凝劑於沉澱池的操作方式,其停留時間可縮短至1h,進而增加一倍的處理水量;保守估計,可增加5000CMD處理水量,雖操作成本將有所增加,但可以減低擴建的需求,節省擴建成本的支出。


三、污水處理廠控制系統新趨勢


近年來,隨着電子信息技術及社會經濟的迅猛發展,污水處理廠控制系統的設計和實施也正處於一個技術變革的時期,對控制系統的需求、設計、結構以及控制要求出現了一些新趨勢:


1、減少人力成本,向“少人(無人)值守”方向發展


隨着各地經濟發展越來越富裕、人力成本越來越高,污水處理廠需要考慮降低人力成本,提高勞動生產率,因此要求污水處理廠工藝機械設備均可實現就地自動控制,中控室遠程監控。這就需要增加多種智能化檢測手段並能進行智能化判斷,減少操作人員的工作強度,達到正常運行時現場少人(無人)值守,操作人員定時巡檢。


2、降低能耗,採用精細化智能控制


一直以來污水處理廠能耗大的問題重視不夠,隨着經濟的發展,排放標準的提升,污水處理廠能耗越來越大,這使得污水處理廠能耗的問題越來越受到重視。目前常規的自動化控制手段還比較粗放,對電耗、藥耗控制不夠精細化,導致能耗較高,需要採用精細化智能控制手段來有效的降低能耗。譬如曝氣鼓風機是電耗大戶,佔污水處理廠用電成本一半左,若採用基於模型算法的智能曝氣控制系統的話,可節能電耗10%-20%左右。


3、加強管理決策,提高信息化管理手段


隨着現代企業制度的建立,污水處理廠對管理決策的需求也越來越高,需要對全廠進行實時地、動態地監視,用信息化的手段,科學合理、經濟有效的方法,達到管理、調度、控制的目的,爲運行管理決策提供依據,實現社會效益的最大化,因此需要建立廠級信息化管理平臺。


4、保障人員安全,增加智能化檢測方法


污水處理廠會產生有毒有害氣體,及易造成人員傷害,例如地下式污水處理廠生物反應池蓋板下觀察生物反應池水面曝氣狀況,目前只能採用目視觀察法觀察生物反應池水面曝氣狀況,會增加了操作人員的工作強度及危險性。因此需要增加智能化檢測手段來代替人工,對污水處理廠進行監視。


結束語


對污水處理系統進行監控與控制的自動化設計時,每道工藝均由一個或者若干個構築物、設備組成,各工藝環節均留有一定的係數,通過監控各個設備運行參數及進出水指標,就能發現污水在本藝環節的處理能力和處理效率,在穩定運行時,能夠預測污水處理各環節的指標,提前預測出水指標,如果系統進水指標偏差較大,可以根據設計處理能力和以往的處理經驗來判斷系統承受能力,以便提早預警,這些對大數據應用來說,非常容易。


原標題:污水處理控制與監控系統中的自動化設計實現

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