LK系列PLC在污水深度處理控制系統中的應用

北京和利時自動化驅動技術有限公司，北京，100176，遲曉暉

摘  要 ：文介紹了和利時公司LK系列PLC在大連開發區污水處理一廠升級改造污水深度處理控制系統中的應用，描述了基于改良A2/O生物除磷脫氮處理工藝下的工藝升級改造方案、控制系統設計原則、控制系統設計及功能實現等。

關鍵詞：LK系列PLC；污水處理廠升級改造

1 引言

大連開發區污水處理一廠于1988年建廠。污水廠分兩期實施建成，總設計規模8萬m3/d。一期工程設計規模3.5萬m3/d，二期工程設計規模4.5萬m3/d。一期工程設計出水達到二級標準。二期工程為升級改造工程，出水執行的排放標準將由原二級標準提高到一級A標準，其主要控制指標可達到“再生水用作工業用水水源的水質標準”以及“景觀環境用水的再生水水質標準”的觀賞性景觀環境用水中的河道類標準。該污水處理廠升級改造控制系統的全套硬件設備及軟件由和利時公司提供，系統設計工作由大連市市政設計研究院有限公司完成。

2 污水深度處理的工藝升級改造方案

大連開發區污水處理一廠的工藝升級改造方案由五部分組成：一級處理系統、二級處理系統、深度處理系統、污泥處理系統及除臭系統。一級處理系統包括總進水閘門、粗格柵、進水提升泵池、細格柵及曝氣沉砂池。

二級處理系統采用改良A2/O生物除磷脫氮處理工藝，并且不設置初沉池，以便提高生物池進水中的碳源。生物反應池采用預缺氧池、厭氧池、缺氧池、好氧池，進水按一定的比例分別進入到厭氧池和缺氧池中，這樣即使在進水C/N比較低（2.3～3.0）的條件下，仍不需要外加的碳源就能達到脫氮的效果。在好氧池中填充采用特殊結構的纖毛狀生物膜填料，使附著微生物濃度高，這樣能同時利用附著在纖毛狀生物膜填料上的固定相微生物和浮游流動相微生物，在較短的停留時間（HRT=5～7hr）內去除有機物、氮和磷。纖毛狀生物膜填料呈直毛狀形態，微生物的附著和脫落達到動態平衡，不產生堵塞現象，固定世代繁殖時間長的硝化菌，提高硝化反應速度。附著微生物中吞噬污泥的原生動物（vorticella、aspidisca等）和后生動物（rotaria、collurella等）共存，從而減少污泥量。這樣即使在冬季10℃以下的進水溫度下，由于附著微生物的水膜現象，仍能有效地同步去除氮和磷。

深度處理系統采用渦旋混凝沉淀+轉盤過濾池處理工藝。處理后出水消毒，采用紫外消毒工藝。

污泥處理系統采用離心濃縮脫水一體機對污泥濃縮脫水后，外運填埋。

除臭系統由兩座土壤脫臭床組成，分別為粗格柵、進水提升泵池、細格柵間及污泥脫水間服務。同時設置異味除臭機，作為輔助除臭設施。

3 污水深度處理控制系統的設計原則

基于LK系列PLC在污水處理廠升級改造污水深度處理控制系統中應遵循以下設計原則。

（1）可用性和可靠性

系統組件的設計符合真正的工業等級，控制系統能在嚴格的工業環境下長期、穩定地運行，盡可能降低控制系統故障風險，保證能源收益，確保水處理廠7×24小時的不間斷供水服務。

PLC控制站一般設于高電磁干擾環境，如提升泵房、鼓風機房等， 基于LK系列PLC的控制系統具有較強的電磁兼容性，系統采用各種隔離、抗干擾設計，保證系統能在強電磁干擾環境中穩定運行。

水處理環境可能因遭受污染并加速設備中電子元件的老化，基于LK系列PLC可提供特殊的保護工藝（保護涂層）的模塊，提高元件在腐蝕性化學品和腐蝕性環境中的使用壽命，避免意外停機，降低維護成本。

（2）開放性和兼容性

基于標準協議的通訊網絡可非常方便地將第三方設備接入，如加藥系統、紫外線消毒、及污泥脫水機等，允許大量過程反饋信息傳輸，支持設備參數訪問功能，可提高系統的性能與診斷能力。

該控制系統不僅支持與各種上位監控軟件的通訊，例如iFIX、INTOUCH、組態王、MCGS、力控等，而且支持與主流品牌觸摸屏的通訊，例如Pro-Face、HITECH、eView、Weinview、nTou。只要HMI支持標準的通訊協議，都可以很方便的進行連接。

強大的擴展功能可為遠期擴容、升級改造預留接口及容量。

（3）過程診斷和在線維護

提供的強大診斷功能，能夠方便、高效訪問相關信息，發現導致故障的根本原因以及需要修正的過程參數等，以便提前發現生產過程中存在的問題，可以避免設備意外停機，從而降低運營成本。

操作站安裝上位監控組態軟件HollyView6.53及LK編程軟件PowerPro V4，具有強大的功能，可方便、直觀地進行上位機組態和PLC編程，且支持在線下載、在線修改以及離線仿真調試等功能。

4 污水深度處理控制系統的設計與實現

4.1概述

污水處理廠升級改造控制系統設計基于現代先進控制思想，采用分散控制、集中監測管理的控制方式，以和利時公司LK系列PLC為核心的控制系統。基于LK系列PLC應用于污水處理廠，完全能滿足A2/O生物除磷脫氮處理工藝控制的要求，提供了一種高可靠性、低成本、更優化的控制方案。

LK系列PLC是和利時公司在總結十多年控制系統設計和幾千個工程項目實施經驗基礎上推出的適用于中、高性能控制領域的產品，CPU模塊集成工業級處理器（主頻可達533MHz），指令處理速度可達13ns。相對傳統PLC而言，LK可編程控制器充分融合了DCS和PLC的優點，采用了高性能的模擬量處理技術、小型化的結構設計、開放的工業標準、通用的系統平臺、使產品不僅具有強大的功能和卓越的性能，而且具有更高的可靠性、更佳的開放性和易用性。

4.2系統結構設計

整個控制系統的結構原理圖如圖1所示，系統由1個中央控制室和6個現場PLC控制站組成�，F場PLC控制站，由PLC系統及檢測儀表組成，對各工藝過程進行分散控制；再由中央控制室，對全廠實行集中管理。中央控制室、PLC控制站之間的數據通訊采用高速的、實時的工業以太網，網絡結構為星形，通訊速率為100Mbps，傳輸介質為光纖。

圖1  結構原理圖

6個現場PLC控制站分配如表1所示。

表1  PLC控制站功能分配