張大賢 仲繼華

摘 要：本設(shè)計以南京市某污水處理廠的膜生物反應(yīng)系統(tǒng)為研究背景，結(jié)合污水處理工藝，探討以西門子S7-300系列的PLC在采用膜生物反應(yīng)器（MBR）工藝的污水處理設(shè)施中的應(yīng)用，重點闡述了系統(tǒng)的硬件構(gòu)成及系統(tǒng)軟件的設(shè)計思路。

關(guān)鍵詞：可編程控制器（PLC）；膜生物反應(yīng)器（MBR）；自動控制系統(tǒng)

隨著國家資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的觀點提出，先進的自動控制技術(shù)在環(huán)保工程中得到更廣泛的應(yīng)用。在這樣的工程背景下，更深入的研究工業(yè)污水處理自動化控制系統(tǒng)，可以獲得更大的社會效益和經(jīng)濟效益。

1 工程概況

南京市某污水處理廠一期工程處理規(guī)模為50000m3/d，遠期總規(guī)模為180000m3/d。本文主要針對MBR膜池系統(tǒng)的自動控制系統(tǒng)作詳細介紹。

2 污水處理工藝及過程控制要求

2.1 膜系統(tǒng)主要設(shè)備

在此膜系統(tǒng)中，膜組件被分為8個系列/2個組，共用一套加藥系統(tǒng)，每個組單獨一套曝氣設(shè)備膜產(chǎn)水/反洗部分設(shè)備有：產(chǎn)水/反洗泵；調(diào)節(jié)堰門；膜池污泥回流泵；自動閥門；產(chǎn)水/反洗壓力變送器；產(chǎn)水/反洗流量計；液位變送器。膜池曝氣部分設(shè)備有：膜曝氣風(fēng)機；風(fēng)量流量計。

2.2 膜系統(tǒng)運行模式

停運模式；待命模式；排氣模式；反洗模式；產(chǎn)水模式；抽氣模式；清洗模式。其中，產(chǎn)水時，根據(jù)回流池液位的高低值，將產(chǎn)水的通量分為兩個檔次Fmax通量和Fopt通量。待命曝氣模式；間歇（Fint）曝氣模式；續(xù)（Fcon）曝氣模式。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計

3.1 控制功能

污水程控采用可編程序控制器（PLC）進行數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)控制，在控制室內(nèi)實現(xiàn)對系統(tǒng)進行集中監(jiān)視、管理、自動順序控制，并可實現(xiàn)遠方手動操作。對于泵、風(fēng)機和電動門等被控對象，除了在控制室LCD上遙控外，還能在MCC上的控制開關(guān)或閥門電動裝置上的按鈕進行就地控制。

3.2 控制簡述

程控系統(tǒng)采用自動程序單元控制、遠方操作及就地操作相結(jié)合的控制方式。程序控制設(shè)有步進操作、成組操作或單獨操作等手段，并有跳步、中斷或旁路等操作功能，還將設(shè)有必要的步驟時間和狀態(tài)指示、選擇和閉鎖功能。

3.3 硬件設(shè)計

控制系統(tǒng)硬件由可編程控制器、電磁閥、直流交流電源、中間繼電器、空氣開關(guān)、接觸器、熱繼電器等其它輔助部件組成。系統(tǒng)采用西門子S7-300系列PLC，選用CPU型號為315-2DP，另外配置IM360和IM361作為接口模塊，擴展模塊為32點DI模塊8塊、8點AI模塊10塊、32點DO模塊5塊、8點AO模塊3塊以及1塊CP343-1以太網(wǎng)通訊模塊

4 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

4.1 概述

本系統(tǒng)設(shè)計了手動/自動兩種工作模式， 當(dāng)其運行模式為手動時， 可直接操作控制柜的按鈕實時對各種設(shè)備進行控制。在自動控制的工作模式下，可以預(yù)先設(shè)計好各系統(tǒng)運行參數(shù)和膜清洗的起始條件，PLC根據(jù)設(shè)定數(shù)值與當(dāng)前系統(tǒng)的實際運行參數(shù)進行對比，然后通過已設(shè)程序處理開啟或停止水泵、風(fēng)機和自動閥門等。本系統(tǒng)的主要邏輯框圖見下圖。

4.2 重點設(shè)備控制

⑴產(chǎn)水反洗泵。產(chǎn)水/反洗泵采用PID控制方式，控制目標是產(chǎn)水流量，參考量是預(yù)先設(shè)置產(chǎn)水目標流量。為保證系統(tǒng)運行平穩(wěn)需在產(chǎn)水/反洗泵切入PID控制前，采用固定頻率運行20秒左右，使實際流量接近目標值，在切入PID控制。

⑵膜池進水調(diào)節(jié)堰門。對膜池進水調(diào)節(jié)堰門的控制，可采用“分時階梯對比法”，及在每隔一段時間后（一般為5-10秒）將膜池實際液位與目標液位進行對比，而后適當(dāng)增加或減少堰門開度（一般為1%-5%），如此反復(fù)循環(huán)，可使液位相對穩(wěn)定且滿足液位要求，亦可避免堰門過于頻繁調(diào)節(jié)，降低其壽命。

⑶膜池曝氣風(fēng)機。膜池曝氣風(fēng)機的運行頻率在不同目標風(fēng)量下的運行頻率是不同，由于本系統(tǒng)采用容積式輸出的羅茨風(fēng)機，變頻控制，運行轉(zhuǎn)速與風(fēng)量體積的輸出成線性關(guān)系，固由此可計算出在目標風(fēng)量下風(fēng)機適合的運行頻率

本文結(jié)合MBR法污水處理工藝，針對污水處理及中水回用設(shè)施的實際應(yīng)用需要，結(jié)合工藝設(shè)計、電氣設(shè)計和控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計，完成了本控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計。當(dāng)前科學(xué)技術(shù)時代的發(fā)展需要，對這些復(fù)雜系統(tǒng)控制性能的要求也會越來越高，對污水處理系統(tǒng)的自動控制向智能化方向轉(zhuǎn)變逐漸成為一種趨勢。

[參考文獻]

[1]孫曉，周浩.基于PLC的樣品煤定量包裝控制系統(tǒng)設(shè)計[J].包裝工程.2011，32（21）：76～78.

[2]牛濤濤，汪建根，李振玉.膜生物反應(yīng)器在污水處理中的應(yīng)用及其前景展望[J].環(huán)境研究與監(jiān)測.2008，21（1）：35-38，47.

[3]中國環(huán)境科學(xué)研究院，輕工業(yè)環(huán)境保護研究所.GB19431-2004《味精行業(yè)污染物排放標準》[S].北京：中國標準出版社.2003：3～6.

[4]徐琳，牟道光.PLC在污水處理中的作用[J].微計算機信息.2004，20（3）：42～44.