BDP污水处理工艺控制系统的研究

近些年来，随着人口的增长和经济的快速发展，产生了很多的生活污水和工业废水。其中这些废水中含有很多有害的物质，如果对这些废水不进行处理就直接排放到河流湖泊中，会对生态环境造成毁灭性的破坏。要积极响应国家的节能环保政策，所以要对污水进行严格的处理，使其完全达到排放标准后才可以排出。现在主要的污水处理工艺有SBR、A/O、及氧化沟等。生物倍增污水处理工艺的特点是将整个污水处理过程巧妙地安排在一个反应池内进行，优点十分突出：①低溶氧条件下完成同步硝化反硝化反应；②低污泥产出；③低溶氧的条件下良好的除磷效果；④运行高效。它是一项高效生物污水处理技术，通过一体化（QSYB）系统大大提高了微生物的处理效率，降低了污水处理能耗，减少了占地面积，同时它的操作管理及维护维修过程简便，可靠性高。通过PLC控制系统，可以实现整个工艺的自动化，大大提高了处理污水的效率，降低了工人的劳动强度，其操作简便，控制精度准确，所以实现其自动化控制系统的意义重大。表1为其工艺对比图。

表1 BDP 工艺和传统工艺的对比

1 BDP处理工艺流程

1.1工艺流程

根据污水情况，本次选用预处理+生化+深度处理工艺进行处理。污水首先由格栅拦截大颗粒杂质，然后进入到调节池进行水质、水量均衡作用，再以污水泵提升至一体化设备进行生化处理，经过一系列处理，达到排放标准后排放。污泥通过污泥泵进入污泥池，进行浓缩后定期抽吸。污水处理工艺流程如图1所示。

图1 工艺流程

由于污水可能含有较多的悬浮物，且水量和水质不稳定，污水在进入生物处理之前都必须进行预处理，以保证后续处理工段的运行。根据现场状况，预处理系统采用格栅和调节池。格栅的主要作用为拦截污水中的较大悬浮物，防止堵塞后续处理设施。调节池用于调节水质水量，保证水质水量稳定。二级生化处理采用一体化（QSYB）工艺，即清水源生物强化技术。

1.2电气控制的整体要求

要实现自动和手动控制，采用1个整体控制箱，箱外采用触摸屏式一体化控制。设有故障报警和清渣维护等报警蜂鸣器报警，整套系统设置急停按钮。利用工控机对其运行状态进行监控，在显示屏上能实时看到设备的运行状态。

2 控制系统的硬件设计

2.1控制系统组成

本控制系统采用西门子PLC来实现自动控制，通过PLC来控制加药计量泵、鼓风机、潜污泵、空气电动阀、反洗泵、阀门的运行状态，然后各个液位传感器把当前的液位信号转化成电流信号传输给A/D转换模块，然后将模拟量转换为数字信号传输给PLC，然后根据收到的信号，迅速地做出判断，来控制各个工件。用网线把PLC和工控机连接起来，通过显示屏来对其进行监控，这样就可以看到整个工艺流程和各个设备的工作状态。在控制柜上用组态软件通过显示屏显示出来，能更加直观地了解系统的运行状态。

2.2硬件选择

上位机的监控系统采用的是研祥公司的IPC-810E工控机，采用MCGS组态软件。下位机采用昆仑通态，它是以-A8CPU为核心（主频1GHz）的高性能嵌入式一体化触摸屏。

它采用了10.2英寸高亮度TFT液晶显示屏，分辨率达到了1024×768，是铝合金结构，防撞击，具有强大的图像显示和数据处理功能。电气控制系统选用的PLC是西门子S7-1200（1214C），S7-1200的可扩展性强、灵活度高，支持主站从站通信，RS485和RS232通信模块为点对点的串行提供连接及I/O连接主站。其系统控制框图如图2所示。

图2 系统控制框图

3 控制系统的软件设计

3.1控制程序设计

本控制程序采用西门子的编程软件进行进行编写。编好完成后用通信网线下载到PLC中。本程序包括1个主程序和4个子程序。

因为本系统在投入使用后，后期需要进行定时维修检查，所以本系统有自动和手动模式。自动模式下，按照输入到PLC的程序进行运转，来实现污水的自动化处理；手动模式下用户可以对所有电机、阀门和泵的工作状态进行控制，手动和自动模式之间可以根据现场的实际情况进行自由切换。为了方便对现场设备的管理，操作员可以通过使用触摸屏来控制各个工件的工作状态。触摸屏人机界面上的虚拟按钮和上位机程序中的控制按钮一样，通过软元件与梯形图程序中使用的中间继电器M相连接，前者通过硬件实现连接，后者通过程序设置实现连接，互不干扰，确保系统稳定性。

子程序除了自动和手动模式以外，还有警报模式。警报模式，当系统故障时，需要采取系统停车处理，显示故障，蜂鸣器报警。根据指示灯的状态，就可以知道当下设备的工作情况。输出模式的输出是对加药计量泵、鼓风机、加药计量泵、潜污泵、反洗泵、出水阀、进水阀、排污水阀和清水进水阀等的精准和高效的控制。在系统正常运行模式下，能看到各设备的运行状态。图3所示为程序控制流程。

图3 程序控制流程

3.2控制程序的实现

主程序本控制系统是由一套PLC控制系统组成，选用的是西门子S7-1200（1214C）。本系列的PLC同时拥有模拟量和数字量的输出输入功能，可同时扩展多个模块，还有很强大的指令功能，能满足对设备的控制。对自动模式、手动模式、警报模式和输出模式进行控制。其在显示屏上就可以看到各个工件的工作状态，其工作状态图如图4所示。

图4 工作状况图

自动程序系统切换到自动模式下，首先启动清洗程序。出水阀、潜污泵、加药计量泵、空气电动阀按照设定程序进行运转。潜污泵的运行状态及液位采用浮球自动控制，高开低停操作。潜污泵停止工作后，启动反洗程序，上述设备停止工作。反洗泵、清水阀、空气电动阀按顺序依次进行工作。到达预定时间后，清洗程序和反洗程序关闭。打开排污口，排出污泥废渣。完成上述所以动作后，系统回到初始状态，继续重复上述动作。

手动控制当系统的自动程序正常运转时，手动系统是处于预备状态；当自动程序出现故障时，可以代替自动模式对设备进行控制。这样可以让控制系统能对设备实现实时的控制，同时也能保证系统的稳定性和完整性。其自动模式和手动模式在人机交换界面显示屏上的显示如图5所示。

图5 自动控制和手动控制界面

警报模式系统设备按设定程序运转时，绿灯会亮起。在系统设备出现运转故障时，这时红灯亮起和蜂鸣器发出声音，可以实时地判断设备的运转状态。根据指示灯和蜂鸣器的状态，就可以迅速准确知道当下设备的工作情况。

4 结语

本污水处理工艺比传统工艺无论是在占地面积，运行成本、处理效率都有优势。经过该系统处理过的污水，可以满足国家对污水的排放标准而且处理效率高。该系统有监控系统和人机交换界面，大大提高了系统的精确度，同时自动化程度高，节约了人力，方便管理，质量稳定，是一种高效的污水处理系统。