劉文輝

（山西省交通新技術(shù)發(fā)展有限公司，山西 太原 030012）

近年來高速出行人數(shù)不斷增加，環(huán)保要求日益嚴(yán)格，污水處理已經(jīng)成為當(dāng)前高速公路管理亟待解決的問題之一。高速服務(wù)區(qū)（停車區(qū)）作為高速出行過程中的重要節(jié)點，必須加強污水處理設(shè)施的建設(shè)，以確保出水水質(zhì)能夠達到當(dāng)?shù)丨h(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。高速服務(wù)區(qū)站點分散、單個站點污水量小，因此在建設(shè)時宜采用小型一體化污水處理設(shè)備。

為了便于分散站點污水處理設(shè)備的統(tǒng)一運維管理，小型一體化污水處理設(shè)備必須具有較高的自動化程度，并能夠進行遠程集中運維管理[1]。根據(jù)某高速服務(wù)區(qū)AO+MBR+深度處理工藝，基于PLC和4G遠程監(jiān)測，設(shè)計了小型污水處理設(shè)備自動控制及遠程監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了設(shè)備全過程參數(shù)化自動運行，能夠根據(jù)過程溶氧變化及水量波動調(diào)整系統(tǒng)運行參數(shù)，并對過程運行數(shù)據(jù)遠程實時監(jiān)測，提高了設(shè)備運行的穩(wěn)定性。

1 工藝流程

某高速服務(wù)區(qū)小型污水處理設(shè)備，設(shè)計日處理水量為120 m3，出水水質(zhì)滿足山西省地方標(biāo)準(zhǔn)《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB14/1928—2019）中生活污水污染物排放限值，采用AO生化+MBR+深度處理工藝，產(chǎn)生中水用于沖廁、綠化。

小型污水處理設(shè)備工藝流程如圖1所示，原水經(jīng)由提升井、調(diào)節(jié)池進入預(yù)反應(yīng)池、厭氧池、好氧池進行生化處理，除去部分大顆粒物，然后進入MBR池，通過生物膜過濾作用得到凈化的中水，之后通過加藥、絮凝、沉淀、雙介質(zhì)過濾深度處理工藝進一步降低氨氮、總磷后流入清水池以供后續(xù)中水回用。

圖1 污水處理設(shè)備工藝流程圖

2 電氣系統(tǒng)設(shè)計

2.1 設(shè)備類型及系統(tǒng)參數(shù)化要求

污水處理工藝主要包括進水、回流、曝氣、產(chǎn)水、加藥等流程，控制過程涉及的設(shè)備為水泵、風(fēng)機、液位計、消毒加藥、流量計、壓力計等[2]。由于高速服務(wù)區(qū)污水日處理量隨季節(jié)波動較大，并且北方地區(qū)季節(jié)溫度變化較大對生化反應(yīng)要求的水力停留時間有一定差異，小型污水處理設(shè)備的運行參數(shù)需要根據(jù)實際運行情況進行調(diào)節(jié)。設(shè)備類型及參數(shù)要求如表1（第105頁）所示。

表1 設(shè)備類型及參數(shù)要求

2.2 工作模式

設(shè)備運行包括手動和自動兩種模式，手動模式為設(shè)備調(diào)試或故障檢修時測試所用，自動模式為設(shè)備連續(xù)自動運行時所用[3]。各設(shè)備按照以下邏輯自動工作：

a）提升泵在提升井高液位時工作，直到液位為低，同時兩臺提升泵輪換工作、互為備用。b）進水泵按照設(shè)置時間工作，在調(diào)節(jié)池高液位、膜池低液位時工作，直到調(diào)節(jié)池為低液位或膜池為高液位時停止，輪換工作、互為備用，通過變頻器調(diào)節(jié)進水量。c）回流泵按照設(shè)置時間工作。d）產(chǎn)水泵按照設(shè)置時間工作，在膜池高液位時工作，直到變?yōu)榈鸵何唬J開8 min停2 min間歇工作（實際開關(guān)時間可在系統(tǒng)中設(shè)置），輪換工作、互為備用。e）過濾泵在中間池高液位時工作，直到變?yōu)榈鸵何?，輪換工作、互為備用。f）風(fēng)機按照設(shè)置時間工作，并能夠設(shè)置間歇性工作時間，兩用一備、手動切換，通過變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)量，根據(jù)溶氧量自動調(diào)節(jié)風(fēng)機頻率。g）攪拌按照設(shè)置時間工作，并能夠設(shè)置間歇性工作時間。h）回用泵根據(jù)設(shè)置壓力恒壓供水，1號泵常用，故障時2號泵自動啟動。

2.3 數(shù)據(jù)監(jiān)測

污水處理設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)包括進水流量、產(chǎn)水流量、液位、膜壓力、回用壓力、pH、溶解氧、能耗等數(shù)據(jù)，監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖2所示。流量、能耗、膜壓力、連續(xù)液位等數(shù)據(jù)通過RS485接口解析MODBUS協(xié)議獲取，提升井、中間池等液位以開關(guān)量形式獲取，回用壓力通過解析4～20 mA信號實時獲取回用管路壓力。

圖2 污水處理設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)

2.4 電氣系統(tǒng)硬件設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)監(jiān)測要求，電氣系統(tǒng)由PLC可編程邏輯控制器、人機交互觸摸屏、4G無線遠程監(jiān)測、空氣開關(guān)、中間繼電器、接觸器、熱繼電器、485信號隔離等組成[4]，硬件連接如圖3所示。

圖3 硬件系統(tǒng)連接圖

根據(jù)工藝控制要求，PLC共需要46個輸入信號點、32個輸出信號點、4組模擬量輸出、2組模擬量輸入，選用西門子Smart 200 ST60 PLC、DT32、AM06、AQ04擴展模塊，人機交互觸摸屏選取昆侖通態(tài)TCP 1071Gi，4G無線遠程監(jiān)測模塊選取巨控GRM230，能夠?qū)崿F(xiàn)遠程數(shù)據(jù)監(jiān)測、微信故障告警。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計

3.1 PLC程序設(shè)計

PLC程序采用模塊化設(shè)計，包括數(shù)據(jù)初始化、手動運行、自動運行、故障、數(shù)據(jù)讀取、運行數(shù)據(jù)6個子程序。程序工作邏輯及功能如圖4所示。

圖4 PLC程序工作邏輯圖

3.2 人機交互界面開發(fā)

污水處理設(shè)備控制系統(tǒng)通過觸摸屏實現(xiàn)設(shè)備調(diào)試、工藝過程展示、參數(shù)設(shè)置、故障查詢、歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。工藝過程界面如圖5所示，可實時顯示設(shè)備運行狀態(tài)、液位狀態(tài)、能耗和產(chǎn)水?dāng)?shù)據(jù)。參數(shù)設(shè)置界面如圖6所示，可實現(xiàn)自動運行全過程的參數(shù)化設(shè)置。

圖5 工藝過程界面

圖6 參數(shù)設(shè)置界面

3.3 遠程數(shù)據(jù)監(jiān)測

遠程數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊與PLC通過網(wǎng)口連接，可實時獲取PLC各寄存器當(dāng)前數(shù)值，能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)運行狀態(tài)。圖7為遠程數(shù)據(jù)監(jiān)測界面，可通過網(wǎng)頁、手機APP查看運行狀態(tài)、傳感器數(shù)據(jù)、故障、溶氧數(shù)據(jù)、產(chǎn)水等數(shù)據(jù)，并對系統(tǒng)運行參數(shù)遠程設(shè)置。

圖7 遠程數(shù)據(jù)監(jiān)測界面

4 結(jié)論

高速服務(wù)區(qū)污水處理設(shè)備具有水量波動大、運維分散的特點，結(jié)合某高速服務(wù)區(qū)污水處理設(shè)備工藝設(shè)計了自動控制系統(tǒng)，相比傳統(tǒng)污水處理設(shè)備增加了過程參數(shù)化設(shè)置及遠程數(shù)據(jù)監(jiān)測功能，能夠根據(jù)站點水量變化手動調(diào)整運行參數(shù)，并進行站點的遠程運維管理，可以有效提高小型污水處理設(shè)備的運行穩(wěn)定性。