LK系列PLC在污水深度处理控制系统中的应用

北京和利时自动化驱动技术有限公司，北京，100176，迟晓晖

摘  要 ：文介绍了和利时公司LK系列PLC在大连开发区污水处理一厂升级改造污水深度处理控制系统中的应用，描述了基于改良A2/O生物除磷脱氮处理工艺下的工艺升级改造方案、控制系统设计原则、控制系统设计及功能实现等。

关键词：LK系列PLC；污水处理厂升级改造

1 引言

大连开发区污水处理一厂于1988年建厂。污水厂分两期实施建成，总设计规模8万m3/d。一期工程设计规模3.5万m3/d，二期工程设计规模4.5万m3/d。一期工程设计出水达到二级标准。二期工程为升级改造工程，出水执行的排放标准将由原二级标准提高到一级A标准，其主要控制指标可达到“再生水用作工业用水水源的水质标准”以及“景观环境用水的再生水水质标准”的观赏性景观环境用水中的河道类标准。该污水处理厂升级改造控制系统的全套硬件设备及软件由和利时公司提供，系统设计工作由大连市市政设计研究院有限公司完成。

2 污水深度处理的工艺升级改造方案

大连开发区污水处理一厂的工艺升级改造方案由五部分组成：一级处理系统、二级处理系统、深度处理系统、污泥处理系统及除臭系统。一级处理系统包括总进水闸门、粗格栅、进水提升泵池、细格栅及曝气沉砂池。

二级处理系统采用改良A2/O生物除磷脱氮处理工艺，并且不设置初沉池，以便提高生物池进水中的碳源。生物反应池采用预缺氧池、厌氧池、缺氧池、好氧池，进水按一定的比例分别进入到厌氧池和缺氧池中，这样即使在进水C/N比较低（2.3～3.0）的条件下，仍不需要外加的碳源就能达到脱氮的效果。在好氧池中填充采用特殊结构的纤毛状生物膜填料，使附着微生物浓度高，这样能同时利用附着在纤毛状生物膜填料上的固定相微生物和浮游流动相微生物，在较短的停留时间（HRT=5～7hr）内去除有机物、氮和磷。纤毛状生物膜填料呈直毛状形态，微生物的附着和脱落达到动态平衡，不产生堵塞现象，固定世代繁殖时间长的硝化菌，提高硝化反应速度。附着微生物中吞噬污泥的原生动物（vorticella、aspidisca等）和后生动物（rotaria、collurella等）共存，从而减少污泥量。这样即使在冬季10℃以下的进水温度下，由于附着微生物的水膜现象，仍能有效地同步去除氮和磷。

深度处理系统采用涡旋混凝沉淀+转盘过滤池处理工艺。处理后出水消毒，采用紫外消毒工艺。

污泥处理系统采用离心浓缩脱水一体机对污泥浓缩脱水后，外运填埋。

除臭系统由两座土壤脱臭床组成，分别为粗格栅、进水提升泵池、细格栅间及污泥脱水间服务。同时设置异味除臭机，作为辅助除臭设施。

3 污水深度处理控制系统的设计原则

基于LK系列PLC在污水处理厂升级改造污水深度处理控制系统中应遵循以下设计原则。

（1）可用性和可靠性

系统组件的设计符合真正的工业等级，控制系统能在严格的工业环境下长期、稳定地运行，尽可能降低控制系统故障风险，保证能源收益，确保水处理厂7×24小时的不间断供水服务。

PLC控制站一般设于高电磁干扰环境，如提升泵房、鼓风机房等， 基于LK系列PLC的控制系统具有较强的电磁兼容性，系统采用各种隔离、抗干扰设计，保证系统能在强电磁干扰环境中稳定运行。

水处理环境可能因遭受污染并加速设备中电子元件的老化，基于LK系列PLC可提供特殊的保护工艺（保护涂层）的模块，提高元件在腐蚀性化学品和腐蚀性环境中的使用寿命，避免意外停机，降低维护成本。

（2）开放性和兼容性

基于标准协议的通讯网络可非常方便地将第三方设备接入，如加药系统、紫外线消毒、及污泥脱水机等，允许大量过程反馈信息传输，支持设备参数访问功能，可提高系统的性能与诊断能力。

该控制系统不仅支持与各种上位监控软件的通讯，例如iFIX、INTOUCH、组态王、MCGS、力控等，而且支持与主流品牌触摸屏的通讯，例如Pro-Face、HITECH、eView、Weinview、nTou。只要HMI支持标准的通讯协议，都可以很方便的进行连接。

强大的扩展功能可为远期扩容、升级改造预留接口及容量。

（3）过程诊断和在线维护

提供的强大诊断功能，能够方便、高效访问相关信息，发现导致故障的根本原因以及需要修正的过程参数等，以便提前发现生产过程中存在的问题，可以避免设备意外停机，从而降低运营成本。

操作站安装上位监控组态软件HollyView6.53及LK编程软件PowerPro V4，具有强大的功能，可方便、直观地进行上位机组态和PLC编程，且支持在线下载、在线修改以及离线仿真调试等功能。

4 污水深度处理控制系统的设计与实现

4.1概述

污水处理厂升级改造控制系统设计基于现代先进控制思想，采用分散控制、集中监测管理的控制方式，以和利时公司LK系列PLC为核心的控制系统。基于LK系列PLC应用于污水处理厂，完全能满足A2/O生物除磷脱氮处理工艺控制的要求，提供了一种高可靠性、低成本、更优化的控制方案。

LK系列PLC是和利时公司在总结十多年控制系统设计和几千个工程项目实施经验基础上推出的适用于中、高性能控制领域的产品，CPU模块集成工业级处理器（主频可达533MHz），指令处理速度可达13ns。相对传统PLC而言，LK可编程控制器充分融合了DCS和PLC的优点，采用了高性能的模拟量处理技术、小型化的结构设计、开放的工业标准、通用的系统平台、使产品不仅具有强大的功能和卓越的性能，而且具有更高的可靠性、更佳的开放性和易用性。

4.2系统结构设计

整个控制系统的结构原理图如图1所示，系统由1个中央控制室和6个现场PLC控制站组成。现场PLC控制站，由PLC系统及检测仪表组成，对各工艺过程进行分散控制；再由中央控制室，对全厂实行集中管理。中央控制室、PLC控制站之间的数据通讯采用高速的、实时的工业以太网，网络结构为星形，通讯速率为100Mbps，传输介质为光纤。

图1  结构原理图

6个现场PLC控制站分配如表1所示。

表1  PLC控制站功能分配