CASS法污水處理計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
出處：xgh1217 發(fā)布于：2007-05-25 11:29:08
| 摘 要： 循環(huán)活性污泥系統(tǒng)(CASS)是一種先進(jìn)的污水處理工藝，設(shè)計(jì)了一種實(shí)現(xiàn)CASS工藝的計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有較好的靈活性、較高的可靠性和可維護(hù)性。 關(guān)鍵詞： 污水處理 CASS工藝 集散式系統(tǒng) 組態(tài) 現(xiàn)場總線 |
| 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，污水量和污水中的污染物種類也在不斷增加。污水處理的目的是用某種方法把污水中的污染物質(zhì)分離出來，或者將其轉(zhuǎn)化分解成無毒無害的穩(wěn)定物質(zhì)，從而使污水得到凈化。污水處理技術(shù)已經(jīng)經(jīng)過了一百多年的發(fā)展歷史，發(fā)展出了各種不同特點(diǎn)的污水處理工藝，有物理處理法、化學(xué)處理法及生物處理法等。為了讓這些方法更好地發(fā)揮作用，在計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)飛速發(fā)展的今天，將計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際污水處理，實(shí)現(xiàn)污水處理工藝的半自動(dòng)乃至全自動(dòng)監(jiān)控，具有非?，F(xiàn)實(shí)的意義。 |
| 1 循環(huán)活性污泥處理系統(tǒng)(CASS)簡介 循環(huán)活性污泥系統(tǒng)(Cyclic Activated Sludge System,即CASS)工藝是一種具有脫氮除磷功能的以序批曝氣-非曝氣方式運(yùn)行的充-放式間隙活性污泥處理工藝，在一個(gè)反應(yīng)器中完成有機(jī)污染物的生物降解和泥水分離的處理功能。CASS工藝以推流方式按一定的時(shí)間序列運(yùn)行，其運(yùn)行過程包括充水-曝氣、充水-泥水分離、上清液潷除等三個(gè)階段。這三個(gè)階段組成一個(gè)運(yùn)行周期，各周期可連續(xù)循環(huán)運(yùn)行。 系統(tǒng)整體工藝結(jié)構(gòu)如圖1所示。 |
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| 2 系統(tǒng)分析 2.1 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu) 現(xiàn)在要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，經(jīng)分析考察，可知有下列參數(shù)需要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控：調(diào)節(jié)池高/低液位；CASS池高/低液位；潷水器位置；污泥池高/低液位；粗/細(xì)格柵啟/停；進(jìn)水泵啟/停；污泥回流泵啟/停；潷水器運(yùn)行/停止；壓濾機(jī)啟/停；曝氣機(jī)運(yùn)行/停止。 系統(tǒng)除了要完成測控任務(wù)外，還要具有良好的人機(jī)交互界面，所以系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)如圖2所示。 |
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| 2.2 系統(tǒng)技術(shù)目標(biāo)分析 作為一個(gè)工控系統(tǒng)，除了完成必要的監(jiān)控功能和具有良好的人機(jī)交互界面外，還應(yīng)在系統(tǒng)的安全性、可靠性和可維護(hù)性等諸多方面加以考慮，并采取相應(yīng)的措施。 2.2.1 要具有較高的可靠性 使系統(tǒng)能長期穩(wěn)定地運(yùn)行，要盡量保證系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生控制錯(cuò)誤、測控失效等現(xiàn)象。即使在系統(tǒng)某些組成部分發(fā)生故障的情況下也要能提供一定的應(yīng)急手段，保證生產(chǎn)繼續(xù)進(jìn)行。 2.2.2 可維護(hù)性要好 因?yàn)槲覀儾⒉荒芤笙到y(tǒng)的使用人員具有工業(yè)監(jiān)控的知識(shí)，但這套系統(tǒng)還需要他們?nèi)ナ褂镁S護(hù)，這樣系統(tǒng)的可維護(hù)性就顯得比較重要。要能做到在系統(tǒng)出現(xiàn)問題后，維護(hù)人員能很快地判斷出故障原因及位置，并能找出相應(yīng)的解決措施。 2.2.3 要具有一定的靈活性 因?yàn)槲鬯|(zhì)情況會(huì)有一定的波動(dòng)，所有系統(tǒng)要能提供一定的功能，允許用戶根據(jù)污水水質(zhì)及其它外界原因(如氣溫等)適當(dāng)調(diào)整系統(tǒng)工藝，并可根據(jù)實(shí)際情況選用多種操作方式。 |
| 3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及實(shí)施策略 3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 通過以上分析，本設(shè)計(jì)采用二級(jí)集散式控制體系，每個(gè)CASS池由一臺(tái)聯(lián)鎖機(jī)進(jìn)行控制，所有PLC都由同一臺(tái)上位機(jī)(管理機(jī))進(jìn)行管理顯示。測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。 |
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| 3.2 系統(tǒng)分層描述 3.2.1 管理層 管理層作為污水處理系統(tǒng)的層次，主要擔(dān)負(fù)以下任務(wù)： · 對(duì)聯(lián)鎖層PLC的工藝控制策略進(jìn)行組態(tài)，使得工藝人員可以方便地在線更改控制策略及其它工藝參數(shù)； · 顯示工藝流程圖，動(dòng)態(tài)顯示液位及各設(shè)備狀態(tài)、系統(tǒng)狀態(tài)； · 提供手動(dòng)操作界面； · 實(shí)現(xiàn)畫面及語音報(bào)警； · 實(shí)現(xiàn)操作及系統(tǒng)狀態(tài)記錄、歷史查詢； · 操作人員管理； · 提供人網(wǎng)接口，與企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)聯(lián)接。 3.2.2 聯(lián)鎖層 聯(lián)鎖層是系統(tǒng)的，系統(tǒng)的測控聯(lián)鎖功能主要是在這里完成的，包括： · 檢測液位及各設(shè)備狀態(tài)； · 根據(jù)工藝參數(shù)組態(tài)形成控制策略，并據(jù)此對(duì)污水處理的全過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制； · 設(shè)計(jì)開發(fā)了現(xiàn)場設(shè)備的專用控制算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場設(shè)備的保護(hù)控制。 3.2.3 執(zhí)行層 該層主要由電氣執(zhí)行設(shè)備組成，實(shí)現(xiàn)ＰＬＣ與控制設(shè)備的隔離，并執(zhí)行PLC下達(dá)的控制命令。 3.2.4 現(xiàn)場 主要指污水處理系統(tǒng)中的現(xiàn)場執(zhí)行及傳感設(shè)備，包括液位控制器、泵、風(fēng)機(jī)等。 3.3 設(shè)備選型 本系統(tǒng)在設(shè)備選型時(shí)以可靠性作為主要考查依據(jù)。上位管理機(jī)選用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)；聯(lián)鎖機(jī)選用PLC，因其具有較高的可靠性，平均無故障時(shí)間可達(dá)5萬小時(shí)以上，且具有很強(qiáng)的抗干擾能力。 3.4 系統(tǒng)操作方式 系統(tǒng)提供三種操作模式： · 自動(dòng)運(yùn)行模式：系統(tǒng)對(duì)污水處理按設(shè)定工藝方案實(shí)行全自動(dòng)控制； · 計(jì)算機(jī)手動(dòng)運(yùn)行模式：上位機(jī)顯示系統(tǒng)狀態(tài)，各設(shè)備間不存在聯(lián)鎖關(guān)系； · 機(jī)械手動(dòng)運(yùn)行模式：在系統(tǒng)出現(xiàn)故障或處在維修期間時(shí)可運(yùn)行此種模式。在此種模式下各設(shè)備的運(yùn)行不受管理機(jī)與PLC控制，而由柜體上的物理開關(guān)對(duì)其實(shí)現(xiàn)操作。 |
| 4 控制效果 4.1 系統(tǒng)特點(diǎn) · 本系統(tǒng)適宜處理城市生活污水、酒廠污水、食品工業(yè)污水； · 本系統(tǒng)具有一定的組態(tài)功能，能夠適應(yīng)水質(zhì)變化較大的環(huán)境； · 可對(duì)現(xiàn)場設(shè)備實(shí)現(xiàn)保護(hù)控制，延長了現(xiàn)場設(shè)備的使用壽命，并大大減少了異常情況的發(fā)生，提高了可靠性； · 自動(dòng)化程度高，操作界面形象直觀，提供語音報(bào)警功能，易于使用；提供人員管理功能和歷史記錄功能，便于進(jìn)行事故分析； · 二級(jí)集散式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)中各控制單元相對(duì)隔離，易于維護(hù)。 4.2 實(shí)際控制效果 本系統(tǒng)已成功應(yīng)用于安徽省圣泉啤酒廠，日處理污水7000噸，有效地改變了該廠的排放水質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了達(dá)標(biāo)排放。同時(shí)削減了大量污染物，減少了對(duì)環(huán)境的危害。其主要污染物年削減量為(排放濃度以GBS978－96B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)，年運(yùn)行時(shí)間300天)： CoDCr 1942.5 噸/年 BDD5 987 噸/年 SS 630 噸/年 因此，實(shí)際運(yùn)行效果良好，獲得用戶一致好評(píng)，已于2000年1月順利驗(yàn)收，并準(zhǔn)備在西寧特鋼等國內(nèi)大中型企業(yè)推廣使用。 |
| 隨著社會(huì)對(duì)污水處理要求的提高，開發(fā)和應(yīng)用經(jīng)濟(jì)合理、操作靈活且運(yùn)行穩(wěn)定的污水處理系統(tǒng)已日益受到研究者及企業(yè)的重視，CASS工藝無論在城市污水還是工業(yè)廢水的處理方面都具有良好的應(yīng)用前景。為了使本系統(tǒng)更具競爭力，我們設(shè)想在以下幾個(gè)方面對(duì)其加以改進(jìn)： (1)系統(tǒng)采用總線式的分布式結(jié)構(gòu)，設(shè)立現(xiàn)場控制器，所有檢測設(shè)備及電機(jī)均直接掛接在各自的現(xiàn)場控制器上，并由總線連接構(gòu)成系統(tǒng)。這樣可降低系統(tǒng)成本，并且現(xiàn)場施工也變得極為簡單，同時(shí)這種結(jié)構(gòu)也更有利于維護(hù)。 (2)在系統(tǒng)中設(shè)置融氧儀、PH值測試儀、濁度儀等設(shè)備，在線檢測CASS池及污泥池的水質(zhì)。根據(jù)檢測的參數(shù)，自動(dòng)實(shí)時(shí)調(diào)整工藝參數(shù)，達(dá)到對(duì)系統(tǒng)的閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)污水處理的全自動(dòng)控制，保證系統(tǒng)控制的狀態(tài)。 (3)把系統(tǒng)管理機(jī)通過企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)與Internet相連，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程診斷，降低維護(hù)成本。 |
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