1、WWTP 電氣自控方案說明一) 總體方案 WWTP電氣自控系統嚴格按照標電氣準設計,采取的自控方案是:HMI+PLC控制方案,其總體控制框圖如下圖?？紤]到PLC能夠很穩定的工作及為盡量減少硬件設備和電纜以減少故障點，本次設計取消了現場手動控制箱和MCC及VSD柜上手動按鈕，所有的電氣設備都由PLC控制，過程參量由PLC采集，在HMI上能對污水站所有設備及參數進行監控和操作，基本實現無人值守的目的。 控制總體框圖 從該控制框圖可以清楚地看到共分5大部分1)工業計算機 運行HMI軟件,操作員能夠監控所有電氣設備及過程參量，操作所有電氣設備設置工藝參數以及編制PLC程序下載到PLC CPU和制作HM

2、I畫面。 2)PLC控制柜 PLC是MODICON 公司的QUANTUM系列, 有電源模塊,CPU模塊,以太網通訊模塊，以及I/O模塊,其中模擬量輸入共32點,數字量輸入共128點,數字量輸出共80點,模擬量輸出共8點， PLC可以脫離HMI獨立運行，污水處理站所有控制邏輯都由PLC執行，是整個控制系統的核心，控制軟件是concept2.5,采用順序功能（SFC)，功能塊圖(FBD)，結構化文本（ST)3種編程語言編制控制程序。3MCC控制柜，共有48路開關接觸器，能控制48路電機設備,現在已用33臺,其余15臺備用（見MCC柜主回路單線圖)。直投電機控制原理圖(見直投電機原理圖)PLC程序運

3、行使輸出點閉合接觸器吸合,電機得電開始運轉,同時接觸器輔助點也閉合,反饋到PLC數字量輸入模塊,這樣操作員就能在人機界面上監視該設備是否在運轉。直投電機原理說明：1）QF 是帶有輔助點的斷路器，在電路中具有隔離，短路，過載等保護功能，只有該斷路器閉合主回路才得電，控制回路也會得電；2）KM是接觸器，通過控制回使接觸器線圈得電，接觸器閉合使電機運轉。3）SW是隔離開關，放在盡量靠近設備的現場，隔離開關斷開后能不僅切斷設備的主電源，由于其輔助觸點串入控制回路，能使接觸器斷開，在維修設備時必須關斷隔離開關加鎖，以符合瑪氏安全要求。MCC柜除去直投電機外還有2臺電動閥門,需要正反向運轉.其原理圖(見電

4、動閥門原理圖)電動閥門現場有3個反饋信號：1）開到位，當電動閥門全開后，給出信號；2）關到位，當電動閥電動閥門原理圖門全關后，給出信號，3）過力矩信號，當閥門卡死后給出該信號。這3個信號作為DI點引到PLC控制柜，以控制電動閥門. 4)VFD控制柜 變頻控制柜共控制16臺電機,其中有11臺是直投電機,1臺潷水器需要正反轉且需要調速,由變頻器控制，鼓風機,調節池提升泵,污泥濃縮池污泥泵及CASS池回流污泥，NAOH加藥泵是變頻控制直投泵控制原理同MCC柜直投電機，此處不在綴述。 鼓風機變頻控制：污水處理好氧部分溶解氧濃度對處理結果有很大影響，溶解氧濃度太低，污水不能達標；溶解濃度太高，不僅浪費電

5、能還可能使活性污泥上浮使出水也不能達標。鼓風機加變頻器就是為了控制CASS池溶解氧的濃度穩定在恒定值，考慮到實際應用中只可能一臺是變頻運轉，另一臺停止或工頻運轉，同時為了減少固定資產投資，設計了2臺風機只用一臺變頻器控制，剛曝氣時，一臺風機變頻運轉，如果該風機運行到50HZ后，溶解氧濃度仍沒達到設定值，該變風機自動投到工頻(50HZ)繼續運轉，第二臺風機自動投到變頻運轉，在PID自動控制下直到溶解氧濃度穩定在設定值。當溶解氧濃度大于設定值,且變頻風機頻率低于一定頻率,工頻風機自動切斷,只有變頻風機運轉 。該風機閉環控制框圖及原理圖如下： 人機界面 PLC VFD 柜 0-50HZ 風機 溶解氧

6、設定 ERR 4-20mA 溶解氧實際值反饋 溶解氧閉環控制框圖 污泥濃縮池污泥泵變頻控制：濃縮池污泥泵用變頻控制是為了讓壓濾機運行在最佳工作狀態，操作人員可以設定污泥流量,由于是一臺變頻控制2臺污泥泵，一備一用，閉環控制框圖及其原理圖如下 HMI PLC VFD 柜 0-50HZ 污泥泵 流量設定 ERR 4-20mA 流量實際值反饋 壓濾機進泥泵閉環控制圖調節池污水提升泵變頻控制：由于調節池是按照500噸水量每天調節時間8小時設計，污水泵也是按照每天500噸水量選型,而實際現在水量只有100噸左右每天,通過變頻器控制調節池提升泵可以很方便控制提升流量而無需操作人員頻繁搬動閥門,不僅減輕了工

7、人的勞動強度還節約了能源還能取消閥門井節約了土地，提高了自動化水平。調節池提升泵控制框圖及原理圖如下：HMI PLC VFD 柜 0-50HZ 提升泵 流量設定 ERR 4-20mA 流量實際值反饋 調節池液位閉環控制框圖 潷水器控制 潷水器是 CASS池關鍵設備，該設備能使CASS池內污水上清液排出，剛潷水時，潷水 器在液面上方，應使潷水器快速（50HZ)放下到達液面，到達液面后，潷水器開始一級 潷水，慢速下放（10HZ), 直到反饋回33螺紋數，一級潷水停止，由于潷水器下放速度快 于液面下降速度，為使潷水速度和液面下降速度同步，潷水器在潷水階段需暫停。當一 級潷水結束后，進行二級潷水，此時

8、潷水器運行在7HZ，其控制同一級潷水，直到反 饋回66個螺距數，5分鐘后潷水器開始以50HZ反轉直到反饋回66個螺距數，潷水器每轉一 圈通過現場電磁開關給出一個脈沖信號，送入PLC柜DI模塊。 調節池提升泵出水PH控制 調節池提升泵出水經過氣浮除去懸浮物后由布水器進入UASB進行厭氧反應。厭氧對進水PH要求比較苛刻，要求PH最好控制在6.0-7.0之間。而瑪氏工廠污水PH在4.0-5.0之間，因此要加堿進行中和。我們設計的方案是：在提升泵出口處安裝PH儀表，將PH信號送入PLC,經PLC進行PID控制，輸出4-20mA信號給加堿泵以控制加堿量，堿直接加入到提升泵管道通過管道混合器進行混合，其控

9、制框圖及原理圖如下： HMI PLC VFD 柜 0-50HZ 加堿泵 PH設定 ERR 4-20mA PH實際值反饋 調節池出水PH控制框圖 CASS池回流污泥泵變頻控制 按照工藝設計要求回流污泥量是進水量的20-30%為能很好的符合工藝設計要求該泵用變頻控制回流污泥量，2臺泵一用一備，其控制框圖及原理圖如下：HMI PLC VFD 柜 0-50HZ 回流污泥泵 流量設定 ERR 4-20mA 回流污泥實際值反饋 CASS池回流污泥流量控制框圖5現場設備：現場設備主要包括各類污水提升泵，潛流推進器，攪拌器，加藥泵，潷水器，回流及剩余污泥電動閥，刮泥機等，這些設備都可以歸納為執行設備。其他現場

10、設備是現場量采集儀表流量計4個（總污水流量計，巧克力污水流量計，污泥流量計，回流污泥流量計；液位計3個（調節池1個，CASS池一個，CASS出水一個；PH計兩個（調節池出水1個，厭氧池一個PH計除測量PH的功能，還能測量溫度；CASS池溶解氧儀表。這些儀表能夠將現場過程量轉換成420mA標準信號，由PLC采集，參與控制和送到HMI監控。二）污水處理站工藝簡介食品生產企業，COD濃度4000-8000mg/升可生化性好，是典型的高濃度有機廢水，所以采用厭氧+好氧處理方法。工藝可大致分為預處理,厭氧處理(UASB)，好氧曝氣處理（CASS)，深度處理，污泥處理等部分。介紹如下：1）預處理預處理部分

11、主要包括隔油，調節，氣浮等3部分，來水首先進入隔油池，由于來水含有大量油脂及浮渣，對后續處理很不利，必須去除，采用刮油刮泥機除去油脂及浮渣和沉淀物，浮油由集油槽進入集油井，當集油井滿后用油泵抽到汽車外運。沉淀物收集到集泥斗，由泥泵抽送到污泥濃縮池，污水通過出水堰自流到調節池。調節池內有臺潛流推進器，目的是使污水更加均化。調節池的水由提升泵抽到氣浮機。氣浮的目的是去除污水中的懸浮物，和氣浮相關的設備有：溶氣泵，攪拌器鏈板刮油機，當氣浮進水這3臺設備開始運轉,為了更好的除去懸浮物，還要加入PAC和PAM等藥。 滿后抽到汽車外運 PAM和PAC制作罐 浮油自流去污油井由流量計計量 泵 泵巧克力來水

12、送 送寵物生產廢水 污水自流 提升污水 流量計量 寵物廠生活廢水 污水自流去UASB 污泥去集泥斗 污泥抽到 濃縮池 預處理流程圖2）厭氧處理（UASB工藝) 厭氧是處理高濃度污水最有效的辦法，是整個污水處理的核心部分，80-90%的COD在厭氧部分被去除。但厭氧并不消耗任何動力，污水由氣浮自流進入UASB罐底部，由布水器使布水均勻，經過厭氧反應，再通過3相分離器后，出水自流進入CASS池。 沼氣去點火器 污水去CASS池 污水來自氣浮機 厭氧反應流程圖3）好氧處理(CASS工藝) 厭氧雖然處理效率很高，但出水COD仍然低于排放標準，必須經過好氧再處理，本次好氧 部分工藝采用的是CASS工藝，

13、該工藝是SBR工藝的改進，能夠連續進水間歇出水，還兼有 除磷功能，在控制時序上稍作改進還具有除氮功能。UASB出水連續不斷自流到CASS池前 段，和回流的高濃度污泥進行混合達到生物選擇目的，混合后的污水進入CASS池主反應區 進行周期處理，每周期進行攪拌，曝氣，靜沉，潷水，周而復始，攪拌階段主要目的是反消 化，在該階段4臺潛流推進器運轉，能夠在曝氣時除磷，曝氣階段是去除COD的主要階段同時 污泥也增殖，在該階段鼓風機運轉給CASS池主反應區注入空氣，以保持一定的溶解氧濃度， 同時在該階段還監測污泥濃度，一旦污泥濃度大于設定值范圍，就在潷水階段排出一定污泥 到污泥濃縮池，靜沉階段主要目的是泥水分

14、離，污泥沉到CASS池底部，以便于潷水階段排出 清水。潷水階段：在該階段主要放下潷水器排上清液到CASS出水暫存區，再由暫存區泵提升 到深度處理部分處理，詳細情況如下圖所示。 2臺 鼓風機 預反應區 主反應區 出水暫存區 污水由UASB 自流來 回流污泥 剩余污泥去污泥濃縮池 出水去深度處理 好氧處理工藝 流程圖 4）深度處理部分 一般CASS出水已符合排放標準,但還不能達到中水回用的目的,為了達到中水回用的目的 必需經過深度處理,本次設計的深度處理有混凝混合,混凝沉淀,砂濾,活性炭過濾。混凝混合 主要是在CASS出水中加入PAC,PAM及NACLO,使污水和所加藥物充分混合后,進入混凝沉淀

15、池沉淀,沉淀后的水自流到中間水池,泥由刮泥機刮到集泥斗后由污泥泵抽送到污泥濃縮池提 升泵送到砂濾罐，再經碳濾后進入清水池后回用，參見工藝流程圖。NACLO藥劑 反沖洗水池 清水水池 PAC藥劑 PAM藥劑 深度處理工藝CASS來水 原水 砂濾罐 活性炭罐 混凝混合 混凝沉淀 中間水池 5）污泥處理部分 污泥處理是污水處理中重要環節，如果污泥不能很好處理將可能造成二次污然，瑪氏污水處理站將污泥首先收集到污泥濃縮池后，經壓濾機處理后外運。污泥主要來自隔油沉淀池，CASS池剩余污泥，混凝沉淀池污泥，氣浮產生的污泥及少量的厭氧泥。 污泥濃縮池 PAC 反洗水 隔油池來污泥 PAM 氣浮機來污泥 壓濾機

16、 干泥外運 污泥 CASS池剩余物泥 反洗水去調節池混凝沉淀池污泥 污泥處理工藝流程圖 三)PLC 程序說明: PLC是整個控制系統的核心，PLC程序的質量將直接影響整個污水站的自動化程度及污水 處理的效果。 PLC程序嚴格按照瑪氏公司PLC程序設計標準編制,要求達到程序簡潔明了，目錄清晰便于 工廠維護人員閱讀，通用設備建立功能塊以減少程序量。污水處理站采用的是莫迪康公司 QUANTUM系列PLC,軟件是該系列PLC的配套軟件CONCEPT2.5,該軟件符合IEC標準，有一 系列優點，具有5種編程語言供編程者選用，根據污水處理站的工藝特點，采用順序功能 （SFC)，功能塊圖（FBD)和結構化文

17、本（ST)等3種編程語言。 1)程序目錄建立 為了便于程序編制者及維護人員能夠在程序內迅速找到要控制設備的程序建立程序目錄,目錄的建立是按照區域的原則建立。詳見程序目錄如下： 由目錄可以清晰地看出該目錄是按工藝流程順序建立 : OIL_REMOVAL_POOL_CONTROL 目錄內程序是控制隔油池內設備；UNIFORMITY_POOL_CONTROL目錄內程序是控制調節池內設備；UASB_CONTROL 目錄內程序是控制厭氧罐（UASB)內設備；CASS_CONTROL目錄內程序是控制曝氣池（CASS)內設備；ADMIXTURE_POOL_CONTROL目錄內程序是控制混凝池內設備；SLUD

18、GY_PUMP_CONTROL目錄內程序是控制濃縮池內2臺污泥泵及壓濾機；MID_POOL_CONTROL目錄內程序是控制中間水池內2臺泵；CLEAR_WATER_POOL_CONTROL目錄內程序是控制清水池內2臺泵；REV_WASH_PUMP_CONTROL目錄內程序是控制砂濾罐及活性炭罐的反沖洗泵；WAST_WATER_FLOW_CONTROL目錄內程序是控制采集流量計的流量及計算累計量；CHEMICAL_ROOM_CONTROL目錄內程序是控制加藥間內的加藥泵和攪拌器。目錄的建立非常方便程序編制者和污水站管理人員。2) 通用設備建立導出功能塊 CONCEPT2.5提供的導出功能塊功能，

19、能夠非常方便編程，能使程序量大為減少，使 程序更加簡潔明了，使程序編制者減少了很多重復性的勞動，導出功能和CONCEPT 提供的功能塊的使用方法一樣，能被反復調用。 2.1)直投馬達的功能塊 泵, 攪拌器,刮泥機等設備都是馬達驅動,污水站共有馬達大概有40臺。屬于通用設備 因此建立了功能塊圖。 該功能塊輸入啟動/停動,運行/停止,過載輸入,報警復位,急停輸入等; 輸出信號有: 運行輸出,報警輸出等; 功能塊如下： 直投馬達功能塊 功能圖詳細程序如下:功能塊程序說明，當給定啟動信號，PLC 的DO點輸出，如果5秒后，沒有反饋信號，就會給出報警信號，同時切斷DO，只有復位后才能重新啟動。2)變頻器

20、: 污水站共用了7臺變頻器 ,也屬于通用設備。因此建立功能塊圖:該功能塊輸入信號有:正轉/停止,反轉/停止,運行/停止,過載輸入,報警復位,急停輸入等;輸出信號有:正轉輸出,反轉輸出,報警復位輸出,報警輸出等;該功能圖詳細程序如下: 變頻器功能塊 功能塊程序說明，當給定啟動信號，PLC 的DO點輸出，如果3秒后，沒有反饋信號，就會給出報警信號，同時切斷DO，只有復位后才能重新啟動，同時給變頻器一個硬報警復位信號。3)PI控制: 污水站要用PI控制參量有5個:調節池液位,CASS池溶解濃度,壓濾機進泥泵流量 調節池提升泵出水PH,CASS池回流污泥流量控制CONCEPT自帶了PI調節功能塊下面簡

21、要介紹PI功能塊 PI功能塊輸入包括輸入端 1）使能端EN，只有EN為TRUE 時該功能塊才有效； 2）自動運行/手動運行模式選擇MAN，當MAN為TRUE時PI塊手動運行，當MAN 為FALSE時PI塊自動運行， 3）半自動選擇模式HALT；（一般很少用到） 4）被控制量的設定 SP； 5）被控制量的實際值PV； 6）比例系數GAIN；該系數越大，控制速度越快，越小控制速度越慢； 7）積分系數 TI；該系數越大控制速度越慢，反之越快； 8）PI輸出最大值YMAX，一般為16000； 9）PI輸出最小值YMIN，一般為0； 10）手動給定輸出，YMAN，范圍為YMIN<=YMAN<

22、=YMAX； 輸出端： 1）PI輸出Y，輸出范圍為YMIN<=Y<=YMAX 2）ERR偏差值，ERR=SP-PV； 3）QMAX，當輸出達到最大時， QMAX=1； 4）QMIN，當輸出達到最小時， QMIN=1； 用PI控制壓濾進泥量程序4) 手動/自動選擇如何處理手動/自動之間的關系是污水站編程中經常遇到的問題，一般要求在自動模式下手動無效，手動模式下自動無效，手動情況下，可以在HMI上點動讓該設備運轉，在自動情況下，設備運轉由程序自動控制。自動/手動程序如下： 四) 各個池子及設備的控制程序說明及程序流程圖 1) 隔油沉定池 隔油沉定池有一臺刮油刮泥機,兩臺污泥泵（一用一備

23、),一臺油泵。1.1 刮油刮泥機：該設備把浮油收集到集油井，把污泥收集到集泥斗，該設備有手動/自動2種運行模式，手動模式下，從HMI上手動起停該設備，在自動模式下，當來水流量大于0后自動啟動該設備，當來水為0時繼續運行20分鐘停止。見流程圖如下： 否 是 1.2 污泥泵 ：污泥泵把集泥斗內污泥輸送到污泥濃縮池,2臺污泥泵一用一備,該泵有2種運行模式:自動/手動,在手動模式下,從HMI上可以手動起停2臺泵,在自動模式下,2臺泵自動交替運行交替時間可以從HMI上設定。1.3 油泵 :油泵是把集油井內油抽到汽車上外運,該泵由HMI上手動起停，集油井內有低液位保 護開關以保護泵不空轉。2) 調節池 （

24、見附錄調節池HMI畫面) 調節池內有一臺攪拌器,兩臺污水提升泵(一備一用),一個PH計,一個液位計。2.1攪拌器: 攪拌器的目的是為了不讓污泥淤積在調節池內,但該攪拌器如不停運轉會影響污水性質不利于后序壓氧處理，所以該攪拌有自動/手動2種運行模式:在手動模式下,從HMI上可以手動起停該攪拌器,在自動模式下,該攪拌器間息運行,運行/停止時間可以從HMI設定。2.2污水提升泵: 污水提升泵把污水提升到氣浮機,2臺泵一用一備,有2種運行模式:自動/手動,在手動模式下,從HMI上可以手動起停2臺泵,在自動模式下,2臺泵自動交替運行,交替時間可以從HMI上設定。該泵是用變頻器和液位計通過閉環PID控制驅

25、動,目的是為了在現有水量下既能保證污水有8小時調節時間,又能來多少水抽多少水,改變液位設定值就能保證調節時間,通過PID控制保證液位恒定在設定值就能保證來多少水抽多少水。PID控制也有2種運行模式：自動/手動模式，在手動模式下，泵的運行頻率由操作員從HMI設定，在自動運行模式下，通過液位形成閉環PID控制，自動改變泵的運行頻率。2.3 PH計：PH計檢測調節池內PH值和溫度值,變送成420mA信號由PLC采集,可以從HMI上監控到該參數,如果PH值過低可以自動啟動加堿泵,使PH值回到正常范圍內。2.4 液位計:液位計檢測調節池內液位,變送成420mA信號,由PLC采集,可以從HMI上監控到該該

26、參數,液位計主要是用來控制提升泵的頻率。 3) 氣浮機: （見附錄UASB HMI畫面)該設備主要是為了除去污水內的油質,以利于后續厭氧處理,該設備有3臺電氣設備,容氣泵,攪拌器,刮油機,3臺電氣設備都由HMI手動啟動停止。 4)厭氧反應罐: （見附錄UASB HMI畫面)該罐內除了PH計外沒有其他設備需要控制,PH計檢測罐內PH值和溫度值,變送成420mA信號由PLC采集,可以從HMI上監控到該參數,通過該參數的變化趨勢可以預知厭氧反應是向好的方向發展還是壞的方向發展.，以便于污水站管理人員提前采取必要措施。 5) CASS池:（見附錄CASS HMI畫面)相對來說CASS池是整個污水站要控

27、制設備最多,控制最復雜的地方。 其中要控制的設備有：5臺攪拌器，2臺污泥提升泵，2臺潛水泵，1臺剩余污泥電動閥門，1臺回流污泥電動閥門，1臺潷水器，2臺鼓風機 等設備，要采集控制的參量有：溶解氧濃度，液位。下面對各設備的控制做較詳細的介紹: 5.1) 1號攪拌器: 該攪拌器始終不停運轉,由HMI通過手動控制 5.2)2臺潛水泵:2臺泵一用一備,有2種運行模式:自動/手動,在手動模式下,從HMI上可以手動起停 2臺泵,在自動模式下,2臺泵自動交替運行,交替時間可以從HMI上設定,同時該泵具有液位控制功能,液位低于一定值自動停止,高于一定值自動啟動。 5.3) 其他設備啟停時序控制: 其他設備都有自動/手