李曉飛

（西山煤電集團(tuán)公司 太原選煤廠，山西 太原 030023）

1 技術(shù)改造的背景

水環(huán)境是人類賴以生存的空間，也是選煤企業(yè)生產(chǎn)必需的寶貴資源。太原選煤廠目前建有日處理量2000t污水處理站，設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)（以同類地埋式污水處理數(shù)據(jù)作為參考）：

CODcr：300mg／L

BOD5：200mg／L

pH：7.5

NH3-N：40mg／L

P：10mg／L

SS：220mg／L

油含量：25mg／L

經(jīng)污水處理站處理后水質(zhì)：達(dá)一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)

CODcr：小于60mg／L

BOD5：小于20mg／L

pH：小于6～9

NH3-N小于15mg／L

P：小于0.5mg／L

SS：小于20mg／L

油含量：小于5mg／L

本污水處理站方案工藝流程圖見圖1.

圖1 工藝流程圖

污水處理設(shè)備主要包括：

水解池、好氧池、厭氧池、沉淀池、中間水池、清水池、操作間、風(fēng)機(jī)房、污泥脫水間

2 技術(shù)改造

2.1 改造前現(xiàn)狀

1）開啟進(jìn)水閥門，使處理的污水流進(jìn)系統(tǒng)內(nèi)。2）定期開啟機(jī)械格柵，處理廢渣。3）開啟鼓風(fēng)機(jī)（24h常開）。4）開啟調(diào)節(jié)池提升泵1#和2#.5）開啟混合液回流泵（1#和2#自選1臺(tái)，3#和4#自選1臺(tái)）。6）開啟加藥裝置加藥泵。7）開啟1#中間水池提升泵1#或2#.8）開啟一體化設(shè)備攪拌器（4臺(tái)全開）。9）開啟2#中間水池提升泵1#和2#（全開）。

改造前的操作流程比較復(fù)雜，要啟動(dòng)每個(gè)按鈕，且不能實(shí)現(xiàn)相關(guān)閉鎖，如后面的單元出現(xiàn)問題，之前的單元不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)閉鎖，還會(huì)進(jìn)行處理，很容易造成之后的池體溢出等問題，存在安全隱患。

2.2 改造設(shè)計(jì)

利用PLC系統(tǒng)的控制功能可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的控制。采用計(jì)算機(jī)作為其上位機(jī)，通過網(wǎng)絡(luò)連接PLC，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。特點(diǎn)：編程方便，開發(fā)周期短，維護(hù)容易，通用性強(qiáng)，使用方便，控制功能強(qiáng)，模塊化結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展能力強(qiáng)。

利用PLC系統(tǒng)較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)通信能力，使得工業(yè)污水處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸與通信變得可能，并且也可實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程監(jiān)控。

本次改造設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)主要包括操作面板、顯示面板、電氣控制柜等單元。由于污水處理系統(tǒng)是一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)，各個(gè)環(huán)節(jié)都存在聯(lián)系，因此系統(tǒng)中需要檢測較多的數(shù)字輸入量，且還要檢測模擬量的輸入，根據(jù)設(shè)定的程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，輸出控制指令。系統(tǒng)的控制邏輯和時(shí)序按照指令進(jìn)行控制。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采用兩臺(tái)PLC對(duì)污水處理生產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)控。系統(tǒng)構(gòu)成監(jiān)控布局見圖2.

圖2 監(jiān)控布局圖

主PLC控制提升泵、沉淀池、好氧池、回流污泥泵站、曝氣機(jī)的設(shè)備及傳感器。從PLC控制剩余污泥泵站、污泥箱、污泥脫水、加藥泵的設(shè)備及傳感器。兩個(gè)控制系統(tǒng)通過Control-Link總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與傳輸。系統(tǒng)采用PLC控制核心，功能強(qiáng)大、可靠性高。通過對(duì)工藝流程的分析，根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行編程，以實(shí)現(xiàn)PLC按照內(nèi)部程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2.3 控制系統(tǒng)圖及電路圖

以PLC作為核心控制器，通過檢測各個(gè)傳感器傳回的指令，做出相應(yīng)的輸出指令，從而完成對(duì)相關(guān)設(shè)備的控制，實(shí)現(xiàn)整個(gè)污水處理系統(tǒng)的安全運(yùn)行。電氣控制系統(tǒng)框圖見圖3.

圖3 電氣控制系統(tǒng)框圖

污水處理系統(tǒng)的部分主電路圖見圖4.

圖4 工業(yè)污水處理系統(tǒng)部分主電路圖

圖4中，M1是潛水泵電機(jī)、M2是清污泥機(jī)電機(jī)、M3是曝氣機(jī)電機(jī)。KM2、KM3、KM6三個(gè)接觸器分別控制M2、M1、M3的工頻運(yùn)行；KM5、KM9接觸器M1、M3的變頻運(yùn)行；FR1、FR2、FR3分別為三臺(tái)電機(jī)過載保護(hù)用的熱繼電器；FU1為主電路的熔斷器，曝氣風(fēng)機(jī)的熔體額定電流IFU≥2IN=2×2.5A=5A，所以選用5A的熔體，控制回路熔體額定電流選用2 A.QF1為供電系統(tǒng)電源開關(guān)，其主回路控制對(duì)象為電感性負(fù)載交流電動(dòng)機(jī)；選用的MM430變頻器是用來控制電機(jī)M1，M3變頻運(yùn)行的。

2.4 PLC選型和設(shè)計(jì)

PLC控制系統(tǒng)分為3個(gè)階段：輸入階段、執(zhí)行程序階段、輸出階段。每個(gè)階段完成不同的任務(wù)。PLC作為控制污水處理系統(tǒng)主要涉及兩個(gè)方面信號(hào)輸入和信號(hào)輸出。

信號(hào)輸入檢測主要包括：按鈕的輸入檢測、液位差的輸入檢測、液位高低的輸入檢測，以及曝氣池中含氧量的輸入檢測。其中按鈕輸入、液位差輸入、液位高低輸入3個(gè)信號(hào)均為數(shù)字量信號(hào)，含氧量輸入為模擬量輸入。曝氣量的多少直接影響到微生物的生長及品種。將溶解氧儀設(shè)置在適當(dāng)?shù)奈恢蒙?，將檢測值反饋到PLC中，通過設(shè)定輸出不同的轉(zhuǎn)速信號(hào)，從而達(dá)到控制曝氣量的多少，最終使污水中的溶解氧保持在一定的范圍內(nèi)。

信號(hào)輸出包括：數(shù)字量輸出和模擬量輸出。數(shù)字輸出控制各類設(shè)備的啟動(dòng)停止，包括：格柵機(jī)、污泥提升機(jī)、潛水泵、一體化箱體攪拌器、污泥回流泵等設(shè)備的停啟。模擬量輸出通過PLC中PID運(yùn)算后的數(shù)據(jù)，通過其功能模塊輸出控制指令，控制指令傳輸?shù)阶冾l器的控制端子上，通過改變變頻的輸出頻率，從而控制曝氣機(jī)的轉(zhuǎn)速，根據(jù)需求達(dá)到控制污水中氧氣的含量，從而保證菌體按照要求生長與繁殖。

根據(jù)對(duì)電氣控制系統(tǒng)的要求，以及本系統(tǒng)的復(fù)雜程度，選擇西門子S7—200系列PLC作為污水處理系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)的控制主機(jī)，采用CPU226作為該控制系統(tǒng)的主機(jī)。

2.5 PLC的I／O資源配置

該P(yáng)LC控制系統(tǒng)因需要采集一個(gè)溶氧儀所反饋的模擬數(shù)據(jù)，因此擴(kuò)展了一個(gè)模擬量輸入輸出模塊?？刂葡到y(tǒng)中需要將采集回來的模擬量進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過模擬輸出口對(duì)變頻器進(jìn)行控制，進(jìn)而控制其他設(shè)備的運(yùn)行。

3 效益分析

通過對(duì)污水處理站控制系統(tǒng)的技術(shù)改造，降低了工人的操作難度，減少了勞動(dòng)量的投入，降低了企業(yè)運(yùn)營成本，節(jié)約了人力資源。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)控制，杜絕因?yàn)楹罄m(xù)設(shè)備處理問題不能及時(shí)作出反應(yīng)而產(chǎn)生的故障，降低了安全隱患，提高了安全生產(chǎn)的保障。基于PLC控制系統(tǒng)可以推廣到其他生產(chǎn)系統(tǒng)中，具有較強(qiáng)的指導(dǎo)和推廣價(jià)值。

4 結(jié) 語

水與人的生活息息相關(guān)，在現(xiàn)代社會(huì)生活及生產(chǎn)中人們對(duì)水的需求量越來越多。可是我國淡水資源不斷減少，而且污染現(xiàn)象較為嚴(yán)重?，F(xiàn)代工業(yè)中生產(chǎn)工藝和設(shè)備對(duì)水質(zhì)要求也是越來越高，淡水的浪費(fèi)非常嚴(yán)重，用水成本也是不斷提高。加大污水處理就顯得尤為重要。通過該系統(tǒng)控制改造減少了污水的排放量，體現(xiàn)了企業(yè)的社會(huì)責(zé)任心，降低了企業(yè)運(yùn)營的成本，同時(shí)大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，消除了安全隱患，使排放的污水達(dá)到了回用標(biāo)準(zhǔn)，取得了一定的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)其他污水處理站系統(tǒng)管理有良好的借鑒作用。

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