胡青龍

（無(wú)錫市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇無(wú)錫 214000）

0 引言

隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保監(jiān)管力度的加強(qiáng)，企業(yè)生產(chǎn)廢水的循環(huán)利用產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益日趨顯現(xiàn)。小型廢水處理站的建設(shè)在廢水循環(huán)利用中發(fā)揮重要作用，也逐漸被企業(yè)所認(rèn)可，但在廢水處理站的日常運(yùn)維過(guò)程中需要增設(shè)專(zhuān)門(mén)操作維護(hù)人員時(shí)刻監(jiān)視廢水處理站的日常運(yùn)行，這會(huì)加大企業(yè)運(yùn)行成本。如何實(shí)現(xiàn)小型廢水處理站模塊化建設(shè)以及無(wú)人值守的自動(dòng)化運(yùn)行成為其研究的重點(diǎn)與方向。當(dāng)今社會(huì)技術(shù)的快速發(fā)展帶動(dòng)了自動(dòng)化產(chǎn)品的更新?lián)Q代，使其功能越來(lái)越強(qiáng)大，成本越來(lái)越低，為小型廢水處理站的實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守提供技術(shù)上的保障。本文以某高纖UNITANK工藝廢水處理站的建設(shè)為例來(lái)介紹小型廢水處理站模塊化建設(shè)以及無(wú)人值守的自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)。

1 UNITANK工藝

UNITANK工藝是比利時(shí)西格斯公司在三溝式氧化溝基礎(chǔ)上研發(fā)，由3個(gè)連在一起的矩形池組成，包括2個(gè)邊池和1個(gè)中間池，中間池是反應(yīng)池，2個(gè)邊池交替作為反應(yīng)池和沉淀池，污水可以從任何一個(gè)池進(jìn)入，出水由兩邊池出水，2個(gè)邊池交替作為沉淀池和反應(yīng)池，中間池始終是反應(yīng)池。污水連續(xù)進(jìn)入，處理出水連續(xù)排出，基本上是常水位運(yùn)行，剩余污泥由邊池排出。3個(gè)池內(nèi)的水流方向不時(shí)變換，周期運(yùn)行，不同的周期安排就產(chǎn)生不同的運(yùn)行模式，根據(jù)處理要求，可以把運(yùn)行模式歸納為幾個(gè)時(shí)段[1]，如圖1所示。

圖1 UNITANK工藝時(shí)段

（1）A時(shí)段：污水進(jìn)入Ⅰ池，經(jīng)Ⅱ池進(jìn)入Ⅲ池，然后通過(guò)Ⅲ池流出，Ⅰ池和Ⅱ池是曝氣池，Ⅲ池是沉淀池。

（2）B時(shí)段：污水進(jìn)入Ⅱ池，從Ⅲ池流出，Ⅱ池是曝氣池，Ⅲ池是沉淀池，Ⅰ池靜置，為下一時(shí)段作為沉淀池創(chuàng)造條件。這一時(shí)段為過(guò)渡段。

（3）C時(shí)段：污水進(jìn)入Ⅲ池，經(jīng)Ⅱ池進(jìn)入Ⅰ池流出。

（4）D時(shí)段：污水進(jìn)入Ⅱ池，從Ⅰ池流出，Ⅲ池為靜置池，為下一時(shí)段作為沉淀池創(chuàng)造條件，這一時(shí)段也是過(guò)渡段。

每個(gè)周期時(shí)間為8 h，每天運(yùn)行3個(gè)周期。

2 運(yùn)行工況描述

某高纖廢水處理站的廢水處理實(shí)際運(yùn)行工況如下。

（1）車(chē)間生產(chǎn)廢水流入初沉池，初沉池采用溢流堰出流，初沉池中有一臺(tái)剩余污泥泵，初沉池中廢水來(lái)自車(chē)間輸送泵送入，水位無(wú)需控制，剩余污泥泵每小時(shí)運(yùn)行1次，一次運(yùn)行10 min，運(yùn)行時(shí)間可人為根據(jù)生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行改動(dòng)。

（2）深度水解池采用溢流堰出流，利用水泵進(jìn)水，池體有4個(gè)手動(dòng)閘門(mén)，排放污泥，排放周期根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要人工控制。

（3）調(diào)節(jié)池、反應(yīng)池、豎流沉淀池和調(diào)質(zhì)池聯(lián)動(dòng)運(yùn)行，調(diào)節(jié)池中有2臺(tái)提升泵（1用1備），根據(jù)調(diào)節(jié)池浮球液位計(jì)高位啟泵，低位關(guān)閉，提升泵每24 h更換啟動(dòng)一次；調(diào)節(jié)池提升泵啟動(dòng)后，反應(yīng)池中3臺(tái)攪拌器全部啟動(dòng)；調(diào)質(zhì)池中有2臺(tái)提升泵（1用1備），根據(jù)調(diào)質(zhì)池浮球液位計(jì)高位啟動(dòng)，低位關(guān)閉，提升泵每24 h更換啟動(dòng)一次；豎流沉淀池剩余污泥泵與調(diào)節(jié)池提升泵聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)，每小時(shí)運(yùn)行1次，一次運(yùn)行10 min，運(yùn)行時(shí)間可人為根據(jù)生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行改動(dòng)。

（4）小鼓風(fēng)機(jī)和調(diào)質(zhì)池提升泵聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)，提升泵啟動(dòng)時(shí)，小鼓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)1臺(tái)（系統(tǒng)首次投入運(yùn)行以編號(hào)為#1的鼓風(fēng)機(jī)投入運(yùn)行，以后根據(jù)運(yùn)行時(shí)間輪詢(xún)運(yùn)行），鼓風(fēng)機(jī)1用1備，每24 h更換一次。

（5）大鼓風(fēng)機(jī)根據(jù)空氣閥（現(xiàn)場(chǎng)安裝兩臺(tái)）聯(lián)動(dòng)控制，上述其中一個(gè)閥門(mén)開(kāi)到位后，其中1臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，鼓風(fēng)機(jī)1用1備，每24 h更換一次。

（6）污泥濃縮池?cái)嚢铏C(jī)人工手動(dòng)控制，排泥泵與污泥脫水機(jī)聯(lián)動(dòng)控制，污泥脫水機(jī)運(yùn)行后，排泥泵方可運(yùn)行。污泥濃縮池上清液泵根據(jù)浮球液位計(jì)控制，高液位啟動(dòng)，低液位關(guān)閉。

（7）清水池清水泵根據(jù)清水池的浮球液位計(jì)控制，高液位啟動(dòng)，低液位關(guān)閉。

（8）UNITANK池進(jìn)水采用重力進(jìn)水，調(diào)質(zhì)池提升泵啟動(dòng)后，大鼓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，UNITANK池開(kāi)始運(yùn)行，具體運(yùn)行情況如表1所示[2-3]。

表1 UNITANK運(yùn)行工況表

3 廢水處理站PLC控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)廢水處理站的工藝要求及控制需要，配置如下主要設(shè)備：開(kāi)關(guān)閥6臺(tái)（空氣閥、排水閥、泥水閥各兩臺(tái)），提升泵4臺(tái)（調(diào)節(jié)池、調(diào)質(zhì)池各兩臺(tái)），回流泵2臺(tái)，排泥泵3臺(tái)（豎流沉淀池、UNITANK-A池、UNITANK-B池各一臺(tái)），攪拌器4臺(tái)（反應(yīng)池3臺(tái)，污泥濃縮池1臺(tái)），羅茨風(fēng)機(jī)4臺(tái)，污泥濃縮池進(jìn)料泵1臺(tái)，污泥脫水機(jī)進(jìn)料泵1臺(tái)，污泥濃縮池上清液泵1臺(tái)，清水池供水泵1臺(tái)，調(diào)節(jié)池、調(diào)質(zhì)池、污泥濃縮池、清水池4個(gè)池子的高低液位共計(jì)8個(gè)浮球液位計(jì)。

根據(jù)控制需要及投資成本，對(duì)I/O作如下分配[4]。

（1）輸入端

開(kāi)關(guān)閥到位信號(hào)：12點(diǎn)；水泵運(yùn)行狀態(tài)及保護(hù)：26點(diǎn)；風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)及保護(hù)：8點(diǎn)；攪拌器運(yùn)行狀態(tài)及保護(hù)：6點(diǎn)；高低液位保護(hù)：8點(diǎn)。以上輸入共計(jì)60點(diǎn)。

（2）輸出端

開(kāi)關(guān)閥輸出開(kāi)關(guān)控制點(diǎn)：12點(diǎn)；水泵控制輸出：13點(diǎn)；風(fēng)機(jī)控制輸出：4點(diǎn)；攪拌器控制輸出：3點(diǎn)。以上輸出共計(jì)32點(diǎn)。

4 SIMATIC S7-200 SMART簡(jiǎn)介

西門(mén)子公司一直致力于工業(yè)自動(dòng)化最新技術(shù)的研發(fā)、推廣及應(yīng)用，努力為廣大工業(yè)客戶(hù)帶來(lái)了可靠高效的自動(dòng)化產(chǎn)品，增強(qiáng)客戶(hù)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。SIMATIC S7-200 SMART是西門(mén)子公司經(jīng)過(guò)大量市場(chǎng)調(diào)研，為中國(guó)客戶(hù)量身定制的一款高性?xún)r(jià)比小型PLC產(chǎn)品，具有以下特點(diǎn)[5]。

（1）機(jī)型豐富，更多選擇

CPU模塊配備標(biāo)準(zhǔn)型和經(jīng)濟(jì)型供用戶(hù)選擇，單體I/O點(diǎn)數(shù)最高可達(dá)60點(diǎn)，可滿足大部分小型自動(dòng)化設(shè)備的控制需求，產(chǎn)品配置更加靈活，最大限度的控制成本。配備西門(mén)子專(zhuān)用高速處理器芯片，基本指令執(zhí)行時(shí)間可達(dá)0.15μs，在同級(jí)別小型PLC中遙遙領(lǐng)先。CPU本體標(biāo)配以太網(wǎng)接口，支持PROFINET、TCP、UDP、ModbusTCP等多種通信協(xié)議。通過(guò)此接口還可與其他PLC、觸摸屏、上位機(jī)等連網(wǎng)通信。利用一根普通的網(wǎng)線即可將程序下載到PLC中，省去了專(zhuān)用編程電纜，經(jīng)濟(jì)快捷。

（2）軟件友好，編程高效

在繼承西門(mén)子編程軟件強(qiáng)大功能的基礎(chǔ)上，融入了更多的人性化設(shè)計(jì)，如新穎的帶狀式菜單、全移動(dòng)式界面窗口、方便的程序注釋功能、強(qiáng)大的密碼保護(hù)等。在體驗(yàn)強(qiáng)大功能的同時(shí)，大幅提高開(kāi)發(fā)效率。由此可見(jiàn)SIMATICS7-200 SMART可編程序控制器完全能夠滿足此廢水處理站工藝控制的需要。

結(jié)合廢水處理站主要設(shè)備的輸入/出的點(diǎn)數(shù)的數(shù)量，在考慮一定備用量的基礎(chǔ)上，選用CPUSR60可編程序控制器作為主控制模塊，選擇EM DR32和EM DE16模塊作為數(shù)字量輸入/輸出的擴(kuò)展模塊。

5 控制系統(tǒng)元件選擇

根據(jù)工藝要求，控制系統(tǒng)部分元件選擇如表2所示[6-8]。

表2 控制系統(tǒng)部分元件選擇

6 控制系統(tǒng)程序編寫(xiě)

根據(jù)UNITANK工藝運(yùn)行工況表編寫(xiě)其控制系統(tǒng)的梯形圖[9]，如圖2所示。

圖2 控制系統(tǒng)部分程序（2臺(tái)風(fēng)機(jī)交替運(yùn)行程序）

7 結(jié)束語(yǔ)

利用西門(mén)子S7-200 SMART系列PLC控制的UNITANK工藝在某高纖廢水處理站投運(yùn)至今，自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，工藝出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。系統(tǒng)采用順序控制和循環(huán)控制實(shí)現(xiàn)了廢水處理站無(wú)人值守，解決了傳統(tǒng)廢水處理站依靠值班人員時(shí)刻值守進(jìn)行調(diào)節(jié)的問(wèn)題。現(xiàn)場(chǎng)控制柜無(wú)按鈕開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)觸摸屏一鍵自動(dòng)運(yùn)行，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生設(shè)備故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)立即進(jìn)入故障處理程序，關(guān)閉系統(tǒng)進(jìn)水閥門(mén)和出水閥門(mén)，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)通知操作人員進(jìn)行設(shè)備故障處理，故障處理完畢后，只需點(diǎn)擊觸摸屏復(fù)位按鈕，系統(tǒng)立即進(jìn)入正常運(yùn)行程序，具有操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠，維護(hù)方便的特點(diǎn)。廢水處理站自動(dòng)化程度高，降低了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約了用工成本，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，得到了客戶(hù)的肯定。