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电磁流量计在污水处理厂污泥处理自动控制系统的设计与应用

来源:作者:发表时间:2018-09-14 08:45:14

 摘要:从污泥处理原理出发,系统介绍了污泥处理的工艺流程,设计出以现场监控仪器仪表、PLC 控制系统和上位计算机等组成的一套污泥处理自动控制系统,实现污泥处理环节分布化控制、集中化管理。本文从控制系统的软硬件设计、设计方案等方面,详细阐述污泥处理自动控制系统的设计与应用优势,能提高污水处理厂整体的自动化程度、污泥处理的高效化与附带的社会经济效益。

 
近年来,随着生活与工业的排污量增加,污水处理厂的数量和规模也随之递增,其中污泥量也显著地增多,若忽视对污泥处理造成周边生态环境的二次污染与破坏。污泥处理是污水处理过程中不可缺少的处理途径,也是能源回收利用的重要环节,其主要目的是实现污水处理过程中污泥减量减容化、资源利用化、无害化。因此,依据污泥处理环节的工艺流程,引入现场监控仪器仪表、PLC 控制系统和上位计算机等软硬件,组成一整套污泥处理自动控制系统,能实现污泥处理分布化控制、集中化管理,能提高污水处理全过程的自动化程度、污泥处理的安全与高效化。
 
1、污泥处理工艺流程
根据某城市污水处理厂建厂时的污水处理工艺流程可知,污泥处理工艺流程有浓缩、均质、加药、脱水等处理措施,污泥由污水沉淀池进入污泥浓缩池后,由污泥浓缩机进行浓缩,再通过连通气的原理进入均质池,在均质池中由搅拌机进行搅拌均匀。然后由泵抽入加药房进行加药调剂,最后进入脱水机房进行脱水处理。可将含固率较低的初沉污泥、剩余污泥脱水至干污泥,以便于运输、填埋等后续处理。其工艺流程如图 1 所示。
 
2、污泥处理系统组成
2.1、进料子系统
进料子系统是由污泥泵、变频器、电磁流量计组成,当污水均质池的液位涨到设定上限值时,启动污泥泵将池底污泥抽出,系统根据液位来控制变频器调节污泥泵的运行频率,当达到设定下限值时,关闭污泥泵。
 
2.2、加药子系统
计量加药装置以螺旋的计量和输送方式将聚丙烯酞胺药剂送入压送式气力输送装置中,在气流作用下,能将聚丙烯酞胺成松散、悬浮、流态化在管道中输送进入溶药罐。当各类药剂和水量达到规定数量时,启动搅拌装置来完成药剂与污泥的充分混合。其中存储在储药罐中的絮凝剂在不断地搅拌、溶解过程中,能对污泥进行絮凝处理,使得污水与污泥充分分离。
 
2.3、脱水子系统
当污泥泵启动 / 关闭时,系统自动启动 / 关闭对应的脱水机,同时,系统自动启动增压水泵,冲洗脱水机。启动 / 关闭脱水机的同时,系统会启动 / 关闭螺旋式传送机,脱水泥饼从带式脱水机的排口排出,通过螺旋传送机送到脱水机房外的污泥堆场外运处理。而分离水则从脱水机的液相排口排出,由相关管道收集引到回收泵房分离液收集池内,并用水泵抽至沉泥池进水管内重复利用。
 
3、系统硬件设计
污泥处理自动控制系统的工作过程是:首先由工作人员设定浓缩机的运行速度,均质池中搅拌机运行速度,以及加药量的设定,各值设定完成后,计算机使任务具体化成下位机 PLC 的生产控制数据,PLC 控制自动化运行,在运行过程中,PLC 将通过变送器以及数模转换装置采集到的各部件的状态信息发送给计算机。
 
系统硬件主要包括:上位机、PLC、变频器等,其控制量有浓缩机、潜污泵、搅拌机、螺旋输送器、电磁流量计等,控制点及硬件结构图如图 2 所示。
 
4、智能电磁流量计在水及水处理行业中的流量测量
       目前用于水测量仪表有许多。它们是:节流装置(孔板、文丘里管、道尔管)、涡轮流量计、超声波流量计、涡街流量计、智能电磁流量计等。由于智能电磁流量计是无阻式流量计,传感器的口径范围大,测量流速范围宽,精确度高,维护工作量小等优点,已得到广泛应用。
        根据水利、农田灌溉、自来水,市政供排水,污水处理等部门水的流量特点和要求,智能电磁流量计比其它流量仪表更适合水流量的测量。智能电磁流量计在自来水工业流量测量中还用在加药系统,特别用在净水处理中的铁盐溶液或高分子聚合物的测量。
 
5、电磁流量计选择要点
在选择电磁流量计的供电方式时可以考虑以下几个方面:
 
(1)传感器与转换器的距离(分体式)
传感器与转换器连接用的专用屏蔽电缆最大长度只能做到 99 米,超过 99米信号会衰减很厉害,如果这种情况下还采用 24V 供电就很难测量了。因此,在电磁流量计与控制室距离不远的情况下(99 米以内),可以选择直流电源(24V DC),这样可以节省供电电源,电缆敷设走桥架时也不用加隔板。但是当电磁流量计距离控制室较远时(100 米以上),最好用交流电源(220VAC)。
 
(2)防爆要求
交流电源(220V AC)供电在现场做到的最大限度是隔爆级,直流电源(24VDC)可以做到本安级,设计时应考虑现场对仪表防爆等级的要求。
 
6、系统软件设计
下位机程序采用 Windows 操作系统下的 STEP7—Micrco/WIN 编程软件作为开发工具,进行程序的在线或离线检查、调试、监控等操作,以方便可靠地实现对搅拌站的现场控制。其设计思想是:为了使 PLC 完成污泥处理的整个过程的现场控制功能,PLC 需要采集污泥量信号,输出对电机、阀等各执行机构的控制信号,其具体过程是:均质池中的超声波液位计检测出液位的高低,并将信号传送到 PLC 上,通过数模转换,得出其液位属于哪个阶段,再根据得出的阶段进行变频控制,改变潜污泵的输出;泵将污泥送入加药房进行加药调制,根据均质池中的污泥浓度计检测出的污泥浓度值、污泥进泥量以及药液的浓度,通过系统的模糊控制器,由 PLC 输出变频调速,对射药泵进行控制,再将进行过调制的污泥送入脱水机房进行最后的脱水处理。
 
7、控制算法设计
在污泥处理工艺流程中,絮凝剂投加的最大作用是将污水中悬浮颗粒在药剂搅拌、溶解过程中形成良好的沉淀效果,使得污水与污泥达到充分分离处理。但絮凝剂投加量多少受污泥流量、污泥浓度、絮凝剂浓度等主要因素控制,具有多变量、非线性的控制特点,一般PID 控制器无法满足实际工艺生产需求。为达到精确控制,该系统采用模糊控制器去对药量投加系统进行自动控制。药剂的投放采用模糊控制,根据模糊控制器的设计步骤,对絮凝剂投药量的模糊控制器进行设计,如图3 所示。
 
8、结语
当今,污水处理事业的社会效益、环境效益与经济效益广受瞩目。本文系统为污水处理厂污泥处理站的自动控制系统,包括控制算法、硬件构成、软件等几个方面。运用上位机控制下位机的方式实现控制,基于个人计算机和 PLC 的污水处理厂污泥处理控制系统实现了污泥处理的自动控制,在运用过程中充分利用了 PLC控制的可靠性高、产品标准化、开发性日益增强以及模糊控制器的精确控制、受干扰少等优点,与管理计算机配合,易于实现操作与管理的结合。
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