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        電磁流量計在污水處理廠污泥處理自動控制系統的設計與應用

        來源:作者:發表時間:2018-09-14 08:45:14

         摘要:從污泥處理原理出發,系統介紹了污泥處理的工藝流程,設計出以現場監控儀器儀表、PLC 控制系統和上位計算機等組成的一套污泥處理自動控制系統,實現污泥處理環節分布化控制、集中化管理。本文從控制系統的軟硬件設計、設計方案等方面,詳細闡述污泥處理自動控制系統的設計與應用優勢,能提高污水處理廠整體的自動化程度、污泥處理的高效化與附帶的社會經濟效益。

         
        近年來,隨著生活與工業的排污量增加,污水處理廠的數量和規模也隨之遞增,其中污泥量也顯著地增多,若忽視對污泥處理造成周邊生態環境的二次污染與破壞。污泥處理是污水處理過程中不可缺少的處理途徑,也是能源回收利用的重要環節,其主要目的是實現污水處理過程中污泥減量減容化、資源利用化、無害化。因此,依據污泥處理環節的工藝流程,引入現場監控儀器儀表、PLC 控制系統和上位計算機等軟硬件,組成一整套污泥處理自動控制系統,能實現污泥處理分布化控制、集中化管理,能提高污水處理全過程的自動化程度、污泥處理的安全與高效化。
         
        1、污泥處理工藝流程
        根據某城市污水處理廠建廠時的污水處理工藝流程可知,污泥處理工藝流程有濃縮、均質、加藥、脫水等處理措施,污泥由污水沉淀池進入污泥濃縮池后,由污泥濃縮機進行濃縮,再通過連通氣的原理進入均質池,在均質池中由攪拌機進行攪拌均勻。然后由泵抽入加藥房進行加藥調劑,**后進入脫水機房進行脫水處理。可將含固率較低的初沉污泥、剩余污泥脫水至干污泥,以便于運輸、填埋等后續處理。其工藝流程如圖 1 所示。
         
        2、污泥處理系統組成
        2.1、進料子系統
        進料子系統是由污泥泵、變頻器、電磁流量計組成,當污水均質池的液位漲到設定上限值時,啟動污泥泵將池底污泥抽出,系統根據液位來控制變頻器調節污泥泵的運行頻率,當達到設定下限值時,關閉污泥泵。
         
        2.2、加藥子系統
        計量加藥裝置以螺旋的計量和輸送方式將聚丙烯酞胺藥劑送入壓送式氣力輸送裝置中,在氣流作用下,能將聚丙烯酞胺成松散、懸浮、流態化在管道中輸送進入溶藥罐。當各類藥劑和水量達到規定數量時,啟動攪拌裝置來完成藥劑與污泥的充分混合。其中存儲在儲藥罐中的絮凝劑在不斷地攪拌、溶解過程中,能對污泥進行絮凝處理,使得污水與污泥充分分離。
         
        2.3、脫水子系統
        當污泥泵啟動 / 關閉時,系統自動啟動 / 關閉對應的脫水機,同時,系統自動啟動增壓水泵,沖洗脫水機。啟動 / 關閉脫水機的同時,系統會啟動 / 關閉螺旋式傳送機,脫水泥餅從帶式脫水機的排口排出,通過螺旋傳送機送到脫水機房外的污泥堆場外運處理。而分離水則從脫水機的液相排口排出,由相關管道收集引到回收泵房分離液收集池內,并用水泵抽至沉泥池進水管內重復利用。
         
        3、系統硬件設計
        污泥處理自動控制系統的工作過程是:首先由工作人員設定濃縮機的運行速度,均質池中攪拌機運行速度,以及加藥量的設定,各值設定完成后,計算機使任務具體化成下位機 PLC 的生產控制數據,PLC 控制自動化運行,在運行過程中,PLC 將通過變送器以及數模轉換裝置采集到的各部件的狀態信息發送給計算機。
         
        系統硬件主要包括:上位機、PLC、變頻器等,其控制量有濃縮機、潛污泵、攪拌機、螺旋輸送器、電磁流量計等,控制點及硬件結構圖如圖 2 所示。
         
        4、智能電磁流量計在水及水處理行業中的流量測量
               目前用于水測量儀表有許多。它們是:節流裝置(孔板、文丘里管、道爾管)、渦輪流量計、超聲波流量計、渦街流量計、智能電磁流量計等。由于智能電磁流量計是無阻式流量計,傳感器的口徑范圍大,測量流速范圍寬,精確度高,維護工作量小等優點,已得到廣泛應用。
                根據水利、農田灌溉、自來水,市政供排水,污水處理等部門水的流量特點和要求,智能電磁流量計比其它流量儀表更適合水流量的測量。智能電磁流量計在自來水工業流量測量中還用在加藥系統,特別用在凈水處理中的鐵鹽溶液或高分子聚合物的測量。
         
        5、電磁流量計選擇要點
        在選擇電磁流量計的供電方式時可以考慮以下幾個方面:
         
        (1)傳感器與轉換器的距離(分體式)
        傳感器與轉換器連接用的專用屏蔽電纜**大長度只能做到 99 米,超過 99米信號會衰減很厲害,如果這種情況下還采用 24V 供電就很難測量了。因此,在電磁流量計與控制室距離不遠的情況下(99 米以內),可以選擇直流電源(24V DC),這樣可以節省供電電源,電纜敷設走橋架時也不用加隔板。但是當電磁流量計距離控制室較遠時(100 米以上),**好用交流電源(220VAC)。
         
        (2)防爆要求
        交流電源(220V AC)供電在現場做到的**大限度是隔爆級,直流電源(24VDC)可以做到本安級,設計時應考慮現場對儀表防爆等級的要求。
         
        6、系統軟件設計
        下位機程序采用 Windows 操作系統下的 STEP7—Micrco/WIN 編程軟件作為開發工具,進行程序的在線或離線檢查、調試、監控等操作,以方便可靠地實現對攪拌站的現場控制。其設計思想是:為了使 PLC 完成污泥處理的整個過程的現場控制功能,PLC 需要采集污泥量信號,輸出對電機、閥等各執行機構的控制信號,其具體過程是:均質池中的超聲波液位計檢測出液位的高低,并將信號傳送到 PLC 上,通過數模轉換,得出其液位屬于哪個階段,再根據得出的階段進行變頻控制,改變潛污泵的輸出;泵將污泥送入加藥房進行加藥調制,根據均質池中的污泥濃度計檢測出的污泥濃度值、污泥進泥量以及藥液的濃度,通過系統的模糊控制器,由 PLC 輸出變頻調速,對射藥泵進行控制,再將進行過調制的污泥送入脫水機房進行**后的脫水處理。
         
        7、控制算法設計
        在污泥處理工藝流程中,絮凝劑投加的**大作用是將污水中懸浮顆粒在藥劑攪拌、溶解過程中形成良好的沉淀效果,使得污水與污泥達到充分分離處理。但絮凝劑投加量多少受污泥流量、污泥濃度、絮凝劑濃度等主要因素控制,具有多變量、非線性的控制特點,一般PID 控制器無法滿足實際工藝生產需求。為達到精確控制,該系統采用模糊控制器去對藥量投加系統進行自動控制。藥劑的投放采用模糊控制,根據模糊控制器的設計步驟,對絮凝劑投藥量的模糊控制器進行設計,如圖3 所示。
         
        8、結語
        當今,污水處理事業的社會效益、環境效益與經濟效益廣受矚目。本文系統為污水處理廠污泥處理站的自動控制系統,包括控制算法、硬件構成、軟件等幾個方面。運用上位機控制下位機的方式實現控制,基于個人計算機和 PLC 的污水處理廠污泥處理控制系統實現了污泥處理的自動控制,在運用過程中充分利用了 PLC控制的可靠性高、產品標準化、開發性日益增強以及模糊控制器的精確控制、受干擾少等優點,與管理計算機配合,易于實現操作與管理的結合。
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