申请日2019.03.21
公开(公告)日2019.05.17
IPC分类号C02F9/14; G05B19/05
摘要
本发明提供了一种用于污水处理厂电气控制系统，包括：控制设备，包括配电房控制室、风机房控制室、生化池远程I/O站、沉池远程I/O站，与设备配套的脱水机房加药系统PLC工作站、脱水机PLC工作站及紫外线消毒PLC工作站、自动检测装置;以及被控设备，包括潜水泵，粗、细格栅，输送压榨机，砂水分离器，搅拌机，滗水器，刮吸泥机，闸机，加药泵，风机，脱水机;其中，控制设备根据污水处理的工艺流程、自控设计蓝图、设备I/O点数布置，PLC系统控制站以及远程I/O站配置;被控设备输出状态为开关量及模拟量的为潜水泵和风机，其余被控设备的输出状态为开关量。
权利要求书
1.一种用于污水处理厂电气控制系统，其特征在于包括：
控制设备，包括配电房控制室、风机房控制室、生化池远程I/O站、沉池远程I/O站，与设备配套的脱水机房加药系统PLC工作站、脱水机PLC工作站及紫外线消毒PLC工作站、自动检测装置;以及
被控设备，包括潜水泵，粗、细格栅，输送压榨机，砂水分离器，搅拌机，滗水器，刮吸泥机，闸机，加药泵，风机，脱水机;
其中，所述控制设备根据污水处理的工艺流程、自控设计蓝图、设备I/O点数布置，PLC系统控制站以及远程I/O站配置;所述被控设备输出状态为开关量及模拟量的为潜水泵和风机，其余所述被控设备的输出状态为开关量。
2.根据权利要求1所述的一种用于污水处理厂电气控制系统，其特征在于：所述自动检测装置包括变频器、进出水流量计、电磁流量计、PH计、DO测定仪、氨氮检测仪、COD检测仪及超声波液位计和气体检测仪，所述进出水流量计和电磁流量计的输出为脉冲信号，其余所述自动化检测装置的输出信号为模拟信号。
3.根据权利要求1所述的一种用于污水处理厂电气控制系统，其特征在于：所述控制系统包括中央控制室的计算机系统、现场PLC控制站及各工艺处理设备组成，PLC控制站通过现场总线或冗余光纤与中控室建立通讯，所述现场PLC控制站与所述各工艺处理设备采用MODUBUS通讯方式，上位计算机将加药系统，生化系统，污泥浓缩系统的运行状态及数据汇总到所述控制系统上，方便操作人员调节。
4.根据权利要求1所述的一种用于污水处理厂电气控制系统，其特征在于：所述污水处理控制系统中的工艺设备采用现场控制、远程控制和自动控制三种模式，PLC站监控进水提升泵房，粗细格栅系统设备、曝气风机、脱水机房自动加药系统，管理和控制污泥处理的加药系统设备，脱水机，实现的功能包括：根据除砂池中的液位来决定进入污水量的大小;根据粗格栅前后的液位差来判断潜水泵的启动和停止;根据细格栅的液位差来判断转动阀门的角度;保证氧化池中污水的正常水位的污水处理，其中传感器检测曝气罗茨风机运行电流电压及频率、水泵压力、风管实时流量及累计流量、出水实时流量及累计流量，所述检测值根据操作人员预设的参数判断是否再正常范围内，所述中控室的远程终端根据预定的正常范围参数反馈到PLC控制器中调节各个处理设备的运行状态。
5.根据权利要求1所述的一种用于污水处理厂电气控制系统，其特征在于：污水处理厂自动控制系统采用分级处理网络全通的结构形式，包括中央控制器和PLC控制站，实现主计算机与各个被控PLC站点的网络通信、远程操作，污水处理厂采用中央控制器和各PLC控制站的结构模式，中央控制室通过数据总线或光纤来完成整个系统的通信，通过中央控制室的远程操作计算机对各个站点的PLC站点进行集中管理，或者分散控制，完成数据的储存、报表的处理、运行参数的实时趋势曲线、管理员对控制系统的操作历史、全厂被控设备的显示状态、报警以及打印等功能。
6.根据权利要求1所述的一种用于污水处理厂电气控制系统，其特征在于：所述控制系统的机构是集中管理、分散控制的集散结构。
7.根据权利要求1所述的一种用于污水处理厂电气控制系统，其特征在于：所述控制系统结构包括现场设备、PLC控制站和中央控制室3级结构形式，中控室通过PLC控制站来完成对现场处理工艺设备的监控与操作。
8.根据权利要求1所述的一种用于污水处理厂电气控制系统，其特征在于：所述控制系统的网络通讯采用光纤网络以及现场总线方案，各个交换机采用百兆光纤网络连接，PLC控制站与各工艺处理设备采用现场总线进行通讯连接，满足控制系统各种信息的快速传输及及时处理。
9.根据权利要求1所述的一种用于污水处理厂电气控制系统，其特征在于：所述PLC数据采集的实现包括：
(1)开关量的采集：通过PLC输入模块实现开关量的采集，通常输入24V直流电压，PLC提供一个公共点或正或负，再在限位开关等设备中接入PLC提供的公共点，当限位开关闭合时，形成通路，将信号引入PLC输入点，此时PLC里面输入点连通，可以在编程时使用;
(2)模拟量的采集：对压力、流量、温度、转速等输入量是连续变化的模拟量，而伺服电动机，调节阀，记录仪这些执行机构要求PLC输出模拟信号，而PLC的CPU智能处理数字量，需要将数字信号转换成模拟信号及模拟信号转换成数字信号的I/O模块，模拟量输入接口是把现场的模拟量标准信号转换成数字表示的标准信号，由连续变化的模拟量变成适合PLC内部处理的由若干位二进制，经PLC进行数字运算后，将数字量转换成模拟量输出，再去控制执行部分。经过模拟量模块，A/D模块，将外面的流量信号，温度信号，压力信号引入。
10.根据权利要求1所述的一种用于污水处理厂电气控制系统，其特征在于：所述控制系统的PLC控制程序用梯形图实现，包括除砂池、氧化沟反应池、沉淀池三个部分，包括：
(a)粗、细格栅控制程序流程及梯形图的设计
粗格栅放置在进水系统中，主要功能是清理进入污水的大块物体垃圾，粗格栅两侧安装超声波液位差计，超声波液位差计上的感应器会传输给清污机来判断是否运行或停止，工作过程包括：(1)粗格栅开机启动时间为20分钟;(2)粗格栅机的间歇时间为2小时;(3)2小时后粗格栅机再运行20分钟，循环进行;细格栅的作用是对粗格栅流过来的污水中较小的垃圾物体进行清理和排除，两侧安装超声波液位差计，其上感应器会传输给清污机来判断是否运行或停止，细格栅的工作过程与粗格栅模式相同。
(b)氧化沟反应池对中转泵、潜水搅拌机、转碟曝气机和氧化池排水阀进行控制，并对液位值进行信息采集，曝气除砂系统的工作过程：先控制曝气沉砂池进入自动模式，然后对经物理沉淀的污水中的含氧量进行检测，若没有超过含氧量设定值，保持现有的运行状态，超过设定值，提高变频器的速度，达到转碟曝气机的运行状态。
(c)沉淀池：主要设备是刮泥机，对氧化沟系统处理后的污水进行物理沉淀，完成污泥和清水的分离，对污泥回流泵污泥脱水机进行控制，污泥回流的工作过程：首先检测污泥池的水位，通过超声波液位差计实现，低于低位值时，启动污泥回流泵然后定时，定时时间到停止运行，若液面低于低位值，高于高位置，启动污泥回流泵。
说明书
一种用于污水处理厂电气控制系统
技术领域
本发明涉及一种控制系统，属于控制技术领域，特别是用于污水处理厂的电气控制系统。
背景技术
现有的污水处理厂自动控制系统主要有以下特点：
(1)大量采用在线检测的水质分析仪表和传感器，能够完成对被控设备的在线监控，并通过数据总线汇报到PLC，使操作人员快速、准确的了解各个站点的运行情况;
(2)采用计算机控制系统，遵循集中管理、分散控制、资源共享的控制模式通过中控室的监控软件完成对控制系统的远程监控和控制操作;
(3)利用社会资源信息，如网络的运用、国家政府部门的资源及移动设备的运用，提高污水处理厂管理的快速化。
工业化和城镇化的快速发展，可利用的水资源仍然满足不了生活和经济发展的需求，污水处理技术需要提高，已经建成并投入使用的污水处理厂中，大部分污水厂的运行情况没有达到国家标准，自动化程度低、投入资金大、设备运行负荷率低、水质质量差。此外，工业污水处理厂的设备能否合理、有效运转的关键取决于污水处理厂污水处理技术，大部分设备需要外采，型号不标准影响工作效率，能耗高、维修率高、效率低。大部分中小城市的污水处理复杂多样，城镇人口规模小，污水处理量小，比较适用灵活运用污水处理技术，靠近农村的位置，能够充分利用当地的地理环境，如沟、洼地等作为污水处理的现场，能够充分考虑与农业生产结合起来，经过处理后的污水可以用于灌溉等。而中小城镇的经济实力小，没有很大的资金投资到环境保护中去，并且水资源比较匮乏，所以相对大城市来说，中小城镇的水污染不能得到很好的治理，因此中小城镇的水污染的治理成为重要问题。
因此，，有必要根据现有污水处理控制系统的缺点开发新的控制系统，既可以满足高度自动化、高处理效率和高安全性的标准在污水处理控制系统中的实现，又可以使城镇污水处理厂投资低、自动化程度高、设备负荷低并且运行稳定，从而提高污水处理技术，减轻水污染的程度，解决水资源的匮乏问题。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于应用计算机技术、PLC技术、电气控制技术、组态技术及通信技术，利用污水处理厂当地的地理环境，设计污水处理效率高、自动化程度高、通信能力强、高可靠性的污水控制的监控系统，并匹配适合的污水处理工艺流程。
本发明的目的在于提供一种用于污水处理厂电气控制系统，包括：
控制设备，包括配电房控制室、风机房控制室、生化池远程I/O站、沉池远程I/O站，与设备配套的脱水机房加药系统PLC工作站、脱水机PLC工作站及紫外线消毒PLC工作站、自动检测装置;以及
被控设备，包括潜水泵，粗、细格栅，输送压榨机，砂水分离器，搅拌机，滗水器，刮吸泥机，闸机，加药泵，风机，脱水机;
其中，所述控制设备根据污水处理的工艺流程、自控设计蓝图、设备I/O点数布置，PLC系统控制站以及远程I/O站配置;所述被控设备输出状态为开关量及模拟量的为潜水泵和风机，其余所述被控设备的输出状态为开关量。
优选的，所述自动检测装置包括变频器、进出水流量计、电磁流量计、PH计、DO测定仪、氨氮检测仪、COD检测仪及超声波液位计和气体检测仪，所述进出水流量计和电磁流量计的输出为脉冲信号，其余所述自动化检测装置的输出信号为模拟信号。
优选的，所述控制系统包括中央控制室的计算机系统、现场PLC控制站及各工艺处理设备组成，PLC控制站通过现场总线或冗余光纤与中控室建立通讯，所述现场PLC控制站与所述各工艺处理设备采用MODUBUS通讯方式，上位计算机将加药系统，生化系统，污泥浓缩系统的运行状态及数据汇总到所述控制系统上，方便操作人员调节。
优选的，所述污水处理控制系统中的工艺设备采用现场控制、远程控制和自动控制三种模式，PLC站监控进水提升泵房，粗细格栅系统设备、曝气风机、脱水机房自动加药系统，管理和控制污泥处理的加药系统设备，脱水机，实现的功能包括：根据除砂池中的液位来决定进入污水量的大小;根据粗格栅前后的液位差来判断潜水泵的启动和停止;根据细格栅的液位差来判断转动阀门的角度;保证氧化池中污水的正常水位的污水处理，其中传感器检测曝气罗茨风机运行电流电压及频率、水泵压力、风管实时流量及累计流量、出水实时流量及累计流量，所述检测值根据操作人员预设的参数判断是否再正常范围内，所述中控室的远程终端根据预定的正常范围参数反馈到PLC控制器中调节各个处理设备的运行状态。
优选的，污水处理厂自动控制系统采用分级处理网络全通的结构形式，包括中央控制器和PLC控制站，能够实现主计算机与各个被控PLC站点的网络通信、远程操作。污水处理厂采用这种中央控制器和各PLC控制站的结构模式，中央控制室通过数据总线或光纤来完成整个系统的通信，通过中央控制室的远程操作计算机对各个站点的PLC站点进行集中管理，或者分散控制，完成数据的储存、报表的处理、运行参数的实时趋势曲线、管理员对控制系统的操作历史、全厂被控设备的显示状态、报警以及打印等功能。
优选的，根据污水处理工艺流程及污水处理特点，再考虑到各处里工艺设备的安装位置，控制系统的机构必须是集中管理、分散控制的集散结构，从而满足各个处理工艺需求的同时，减少人员的需求。
优选的，所述控制系统结构包括现场设备、PLC控制站和中央控制室3级结构形式，中控室通过PLC控制站来完成对现场处理工艺设备的监控与操作。
优选的，所述控制系统的网络通讯采用光纤网络以及现场总线方案。各个交换机采用百兆光纤网络连接，PLC控制站与各工艺处理设备采用现场总线进行通讯连接，满足控制系统各种信息的快速传输及及时处理。
优选的，所述PLC数据采集的实现包括：
(1)开关量的采集：通过PLC输入模块实现开关量的采集，通常输入24V直流电压，PLC提供一个公共点或正或负，再在限位开关等设备中接入PLC提供的公共点，当限位开关闭合时，形成通路，将信号引入PLC输入点，此时PLC里面输入点连通，可以在编程时使用;
(2)模拟量的采集：对压力、流量、温度、转速等输入量是连续变化的模拟量，而伺服电动机，调节阀，记录仪这些执行机构要求PLC输出模拟信号，而PLC的CPU智能处理数字量，需要将数字信号转换成模拟信号及模拟信号转换成数字信号的I/O模块，模拟量输入接口是把现场的模拟量标准信号转换成数字表示的标准信号，由连续变化的模拟量变成适合PLC内部处理的由若干位二进制，经PLC进行数字运算后，将数字量转换成模拟量输出，再去控制执行部分。经过模拟量模块，A/D模块，将外面的流量信号，温度信号，压力信号引入。
优选的，所述控制系统的PLC控制程序用梯形图实现，包括除砂池、氧化沟反应池、沉淀池三个部分，包括：
(a)粗、细格栅控制程序流程及梯形图的设计
粗格栅放置在进水系统中，主要功能是清理进入污水的大块物体垃圾，粗格栅两侧安装超声波液位差计，超声波液位差计上的感应器会传输给清污机来判断是否运行或停止，工作过程包括：(1)粗格栅开机启动时间为20分钟;(2)粗格栅机的间歇时间为2小时;(3)2小时后粗格栅机再运行20分钟，循环进行;细格栅的作用是对粗格栅流过来的污水中较小的垃圾物体进行清理和排除，两侧安装超声波液位差计，其上感应器会传输给清污机来判断是否运行或停止，细格栅的工作过程与粗格栅模式相同。
(b)氧化沟反应池对中转泵、潜水搅拌机、转碟曝气机和氧化池排水阀进行控制，并对液位值进行信息采集，曝气除砂系统的工作过程：先控制曝气沉砂池进入自动模式，然后对经物理沉淀的污水中的含氧量进行检测，若没有超过含氧量设定值，保持现有的运行状态，超过设定值，提高变频器的速度，达到转碟曝气机的运行状态。
(c)沉淀池：主要设备是刮泥机，对氧化沟系统处理后的污水进行物理沉淀，完成污泥和清水的分离，对污泥回流泵污泥脱水机进行控制，污泥回流的工作过程：首先检测污泥池的水位，通过超声波液位差计实现，低于低位值时，启动污泥回流泵然后定时，定时时间到停止运行，若液面低于低位值，高于高位置，启动污泥回流泵。
本发明的有益效果：
1、系统设备构成的复杂性和多样性，数据监控和控制方式多样性;通信方式多样性，能针对更多的工况进行调节;
2、控制过程复杂化，控制精度提高;
3、通信方式多样化，方便操作人员调节;
4、实现节能优化，降低损耗，根据污水工艺的流程和特点，选择合适的、能耗低、维修率低的设备，特别时耗能大、功率高的大型设备如鼓风机、提升泵等必须经过严格的功率计算确定设备的选型，达到节能的目的，减少投资;
5、根据污水处理工艺的特点，污水分批进入单个反应池，回对控制系统带来不方便的调节，增大污水储存量，在线监测仪表在检测参数的时候会出现延迟和小误差的问题，会对数据的实时性和准确度造成一定的影响，因此根据检测对象的不同采用不同的检测方式与控制方法，从而达到数据的准确性，污水处理过程不是一次性完成的，核心处理部分要通过生化加药慢慢达到污水处理标准，具有延迟性，本控制系统的控制方法简单合理，可以实现生化处理的稳定可靠。
