小型污水處理設(shè)備自動(dòng)控制及遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉文輝

（山西省交通新技術(shù)發(fā)展有限公司，山西 太原 030012）

近年來(lái)高速出行人數(shù)不斷增加，環(huán)保要求日益嚴(yán)格，污水處理已經(jīng)成為當(dāng)前高速公路管理亟待解決的問(wèn)題之一。高速服務(wù)區(qū)（停車區(qū)）作為高速出行過(guò)程中的重要節(jié)點(diǎn)，必須加強(qiáng)污水處理設(shè)施的建設(shè)，以確保出水水質(zhì)能夠達(dá)到當(dāng)?shù)丨h(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。高速服務(wù)區(qū)站點(diǎn)分散、單個(gè)站點(diǎn)污水量小，因此在建設(shè)時(shí)宜采用小型一體化污水處理設(shè)備。

為了便于分散站點(diǎn)污水處理設(shè)備的統(tǒng)一運(yùn)維管理，小型一體化污水處理設(shè)備必須具有較高的自動(dòng)化程度，并能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程集中運(yùn)維管理[1]。根據(jù)某高速服務(wù)區(qū)AO+MBR+深度處理工藝，基于PLC和4G遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，設(shè)計(jì)了小型污水處理設(shè)備自動(dòng)控制及遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備全過(guò)程參數(shù)化自動(dòng)運(yùn)行，能夠根據(jù)過(guò)程溶氧變化及水量波動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，并對(duì)過(guò)程運(yùn)行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提高了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。

1 工藝流程

某高速服務(wù)區(qū)小型污水處理設(shè)備，設(shè)計(jì)日處理水量為120 m3，出水水質(zhì)滿足山西省地方標(biāo)準(zhǔn)《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB14/1928—2019）中生活污水污染物排放限值，采用AO生化+MBR+深度處理工藝，產(chǎn)生中水用于沖廁、綠化。

小型污水處理設(shè)備工藝流程如圖1所示，原水經(jīng)由提升井、調(diào)節(jié)池進(jìn)入預(yù)反應(yīng)池、厭氧池、好氧池進(jìn)行生化處理，除去部分大顆粒物，然后進(jìn)入MBR池，通過(guò)生物膜過(guò)濾作用得到凈化的中水，之后通過(guò)加藥、絮凝、沉淀、雙介質(zhì)過(guò)濾深度處理工藝進(jìn)一步降低氨氮、總磷后流入清水池以供后續(xù)中水回用。

圖1 污水處理設(shè)備工藝流程圖

2 電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)備類型及系統(tǒng)參數(shù)化要求

污水處理工藝主要包括進(jìn)水、回流、曝氣、產(chǎn)水、加藥等流程，控制過(guò)程涉及的設(shè)備為水泵、風(fēng)機(jī)、液位計(jì)、消毒加藥、流量計(jì)、壓力計(jì)等[2]。由于高速服務(wù)區(qū)污水日處理量隨季節(jié)波動(dòng)較大，并且北方地區(qū)季節(jié)溫度變化較大對(duì)生化反應(yīng)要求的水力停留時(shí)間有一定差異，小型污水處理設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)需要根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。設(shè)備類型及參數(shù)要求如表1（第105頁(yè)）所示。

表1 設(shè)備類型及參數(shù)要求

2.2 工作模式

設(shè)備運(yùn)行包括手動(dòng)和自動(dòng)兩種模式，手動(dòng)模式為設(shè)備調(diào)試或故障檢修時(shí)測(cè)試所用，自動(dòng)模式為設(shè)備連續(xù)自動(dòng)運(yùn)行時(shí)所用[3]。各設(shè)備按照以下邏輯自動(dòng)工作：

a）提升泵在提升井高液位時(shí)工作，直到液位為低，同時(shí)兩臺(tái)提升泵輪換工作、互為備用。b）進(jìn)水泵按照設(shè)置時(shí)間工作，在調(diào)節(jié)池高液位、膜池低液位時(shí)工作，直到調(diào)節(jié)池為低液位或膜池為高液位時(shí)停止，輪換工作、互為備用，通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)進(jìn)水量。c）回流泵按照設(shè)置時(shí)間工作。d）產(chǎn)水泵按照設(shè)置時(shí)間工作，在膜池高液位時(shí)工作，直到變?yōu)榈鸵何?，默認(rèn)開(kāi)8 min停2 min間歇工作（實(shí)際開(kāi)關(guān)時(shí)間可在系統(tǒng)中設(shè)置），輪換工作、互為備用。e）過(guò)濾泵在中間池高液位時(shí)工作，直到變?yōu)榈鸵何唬啌Q工作、互為備用。f）風(fēng)機(jī)按照設(shè)置時(shí)間工作，并能夠設(shè)置間歇性工作時(shí)間，兩用一備、手動(dòng)切換，通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)量，根據(jù)溶氧量自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)頻率。g）攪拌按照設(shè)置時(shí)間工作，并能夠設(shè)置間歇性工作時(shí)間。h）回用泵根據(jù)設(shè)置壓力恒壓供水，1號(hào)泵常用，故障時(shí)2號(hào)泵自動(dòng)啟動(dòng)。

2.3 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)

污水處理設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)包括進(jìn)水流量、產(chǎn)水流量、液位、膜壓力、回用壓力、pH、溶解氧、能耗等數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖2所示。流量、能耗、膜壓力、連續(xù)液位等數(shù)據(jù)通過(guò)RS485接口解析MODBUS協(xié)議獲取，提升井、中間池等液位以開(kāi)關(guān)量形式獲取，回用壓力通過(guò)解析4～20 mA信號(hào)實(shí)時(shí)獲取回用管路壓力。

圖2 污水處理設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

2.4 電氣系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)要求，電氣系統(tǒng)由PLC可編程邏輯控制器、人機(jī)交互觸摸屏、4G無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、空氣開(kāi)關(guān)、中間繼電器、接觸器、熱繼電器、485信號(hào)隔離等組成[4]，硬件連接如圖3所示。

圖3 硬件系統(tǒng)連接圖

根據(jù)工藝控制要求，PLC共需要46個(gè)輸入信號(hào)點(diǎn)、32個(gè)輸出信號(hào)點(diǎn)、4組模擬量輸出、2組模擬量輸入，選用西門子Smart 200 ST60 PLC、DT32、AM06、AQ04擴(kuò)展模塊，人機(jī)交互觸摸屏選取昆侖通態(tài)TCP 1071Gi，4G無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)模塊選取巨控GRM230，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、微信故障告警。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 PLC程序設(shè)計(jì)

PLC程序采用模塊化設(shè)計(jì)，包括數(shù)據(jù)初始化、手動(dòng)運(yùn)行、自動(dòng)運(yùn)行、故障、數(shù)據(jù)讀取、運(yùn)行數(shù)據(jù)6個(gè)子程序。程序工作邏輯及功能如圖4所示。

圖4 PLC程序工作邏輯圖

3.2 人機(jī)交互界面開(kāi)發(fā)

污水處理設(shè)備控制系統(tǒng)通過(guò)觸摸屏實(shí)現(xiàn)設(shè)備調(diào)試、工藝過(guò)程展示、參數(shù)設(shè)置、故障查詢、歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。工藝過(guò)程界面如圖5所示，可實(shí)時(shí)顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、液位狀態(tài)、能耗和產(chǎn)水?dāng)?shù)據(jù)。參數(shù)設(shè)置界面如圖6所示，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行全過(guò)程的參數(shù)化設(shè)置。

圖5 工藝過(guò)程界面

圖6 參數(shù)設(shè)置界面

3.3 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)模塊與PLC通過(guò)網(wǎng)口連接，可實(shí)時(shí)獲取PLC各寄存器當(dāng)前數(shù)值，能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。圖7為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)界面，可通過(guò)網(wǎng)頁(yè)、手機(jī)APP查看運(yùn)行狀態(tài)、傳感器數(shù)據(jù)、故障、溶氧數(shù)據(jù)、產(chǎn)水等數(shù)據(jù)，并對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)遠(yuǎn)程設(shè)置。

圖7 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)界面

4 結(jié)論

高速服務(wù)區(qū)污水處理設(shè)備具有水量波動(dòng)大、運(yùn)維分散的特點(diǎn)，結(jié)合某高速服務(wù)區(qū)污水處理設(shè)備工藝設(shè)計(jì)了自動(dòng)控制系統(tǒng)，相比傳統(tǒng)污水處理設(shè)備增加了過(guò)程參數(shù)化設(shè)置及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)功能，能夠根據(jù)站點(diǎn)水量變化手動(dòng)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，并進(jìn)行站點(diǎn)的遠(yuǎn)程運(yùn)維管理，可以有效提高小型污水處理設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性。