自动化控制系统在曝气生物滤池中的应用_钟学东

建材与装饰2008年7月自动化控制系统在曝气生物滤池中的应用钟学东（江门市碧源污水治理有限责任公司）摘要:结合江门市丰乐污水厂曝气生物滤池工程实例，介绍了自动化控制系统在城市生活污水处理厂曝气生物滤池工艺中的过程监控及应用,并讲述主要工艺部分自动控制的实现方法。关键词:SCADA系统;自动控制;工业以太网前言丰乐污水处理厂是设计处理能力为4万吨/日的城市生活污水处理厂，工艺采用前置反硝化上向流曝气生物滤池。上向流曝气生物滤池（UBAF）是近年国内新兴的污水处理工艺，相对于活性污泥法有土建投资省、占地面积小、运行稳定、抗冲击负荷、无污泥膨胀问题、运行调度灵活、出水水质好等优点。一般曝气生物虑池工艺总氮去除率很低，前置反硝化通过二级生物曝气滤池（CN池）出水回流到一级生物滤池（DN池），利用原水中的有机物作为碳源进行反消化去除总氮，出水要达到国家（GB18918-2002）一级标准，同时比后置反硝化需外加碳源（如甲醇）要节约运行成本。由于曝气生物滤池工艺有诸多的优点，但这种工艺对自控系统的要求较高，运行是否正常、运行成本的高低很大程度取决于自控系统是否完善。丰乐污水处理厂曝气生物滤池自控系统是充分结合工艺设计的一套SCADA系统（数据采集与监视控制系统），是以PLC及计算机技术为基础的生产过程控制与调度自动化系统。1曝气生物滤池工艺简介丰乐污水处理厂曝气生物滤池工艺(见图1)的主要处理构筑物有：酸化水解池、DN反硝化曝气生物滤池、CN曝气生物滤池。酸化水解池主要用于将固体有机物水解为可溶性有机物并对污水中有机物进行一定程度的降解。当池底泥达到一定厚度，通过排泥角阀排泥至储泥池。DN反硝化生物滤池(前置反消化)的进水包括原水和被CN曝气生物滤池净化后的处理水，在该构筑物中主要进行反硝化过程，将进水中的硝酸盐和亚硝酸盐在反硝化菌的作用下转化为氮气，从而达到去除含氮的物质。CN曝气生物滤池主要作用是去除污水中的有机物。在CN曝气生物池中，污水中的污染物被生物膜中的微生物在好氧环境中进一步的去处。经一段时间的运行，DN池、CN池过滤的污泥和脱落的生物膜积累到一定程度使水头损增加，需要进行反冲洗。废水回收池收集反冲洗废水，再回流至酸化水解池。2自控系统2.1系统结构及配置整个系统主要由预处理PLC站、水解池PLC站、滤池PLC站组成及两台上位监控机。预处理站及水解池站采用西门子S7-300PLC，滤池站采用S7-400PLC。系统网络采用100Mbps光纤工业以太环网连接，通过工业以太网交换机，将各个现场控制PLC站、上位机等连接起来，构成环形冗余结构。PLC站与现场仪表，主要通过模拟/数字量的输入和输出实现对现场设备的监视及控制（部分智能仪表通过ProfibusDP协议与现场PLC站通讯）。预处理PLC站负责控制泵房、粗、中细格栅的控制；水解池站负责水解池及配电系统监控，并采用ProfibusDP协议与脱水系PLC站（脱水系统配套提供）连接。2.2数据检测及控制方式根据工艺控制要求系统以设备运行状态监控及仪表检测为主，实现对电气设备的手/自动信号、运行信号、各种故障信号、工艺状态信号和温度、流量、浓度和、浊度、水位、溶解氧含量、PH值、电流、电压等信号的采集和处理。在控制方案中采用了西门子S7PLC+PC即采用上位设置监控计算机、下位控制站为可编程控制器（PLC）并以工业以太网连接的集中监视、分散控制系统结构。自控系统的控制别设置为三层：第一层为现场手动控制，在各电气站点设置现场手动控制箱，可单独启停各测试设备及执行机构。第二层为PLC逻辑联动控制，由PLC根据现场测试设备采集的数据及系统设备运行逻辑关系，自动控制各站点内的电气设备运行状态。第三层为中央控制计算机监测，修改控制参数并发送到PLC，通过PLC控制现场设备，实现远程实时监控。图1丰乐污水厂工艺流程图图2自控系统架构图节能与环保·355·建材与装饰2008年7月中央控制计算机能对整个系统的污水处理过程进行实时监控与控制，随时跟踪接收PLC的数据信号，能对各种类型模拟量进行巡回检测，对主要工艺流程进行动态模拟，趋势分析，制表打印，绘制曲线；对主要数据永久性保存，且在CRT上显示整个工艺流程或局部环节的直观动态彩色画面，动态显示工艺流程各主要部件的运行状态。2.3监控软件本系统是基于WINNT/WIN2000平台，运用西门子WINC-CV6.0（视窗控制中心）组态。WINCC集成监控管理系统，适用于所有自动化应用领域，WinCC提供各种PLC的驱动软件，使得PLC与上位机之间的连接变得十分方便。根据工艺流程生成各种工艺图形，全厂平面图，全厂工艺流程图，各构筑物的平面图，各部分主要的工艺及设备状况的动态模拟图，对污水处理厂数据进行集中采集观察和监视的任务；监控生产作业过程，包括显示控