三溝式氧化溝控制的設計

及其系統分析電氣、自控專業實習上海閔行污水處理廠同濟大學電子與信息工程學院陸163.COM本專業實習污水處理廠課題研究背景我國淡水資源日益短缺。水體污染狀況嚴重，生態環境惡化。我國污水處理技術起步晚，自動化程度不高。污水處理工藝流程(簡介）活性污泥法是處理城市生活污水最廣泛使用的方法?；钚晕勰喾ń浂嗄暄葑?，出現了多種變法，其中應用最為廣泛的方法就是氧化溝法。而氧化溝中目前常用的是三溝式氧化溝。三溝式氧化溝是氧化溝的一種典型構造型式，它有三條大小相同的溝組合，利用管道或溝壁之間的連通孔連為一體，每個溝內都有數個轉刷，根據工藝要求三溝分別進行曝氣、反硝化、沉淀，處理后的污水經自動調節出水堰溢出，流入出水泵站。下圖為其工藝流程。1——沉砂池；2——轉刷曝氣池（器）；3——出水堰；4——排泥管；5——污泥井；6——氧化溝圖

三溝型氧化溝平面示意圖三溝式氧化溝的工藝要求本專業實習，以閔行區污水處理廠為實習對象，了解各種工藝的污水處理方法，掌握各種電氣的控制方法及其監控與測試等，以此來了解電氣、控制系統的應用設計。閔行區污水處理廠其位于上海市西南，毗鄰淀浦河，廠區占地面積57.3畝。廠外設有10座污水輸送泵站，服務面積9.25平方公里，服務人口近16萬人。1998年建成三期擴建工程，處理規模為30000立方米/日，分兩組，每組15000立方米/日，采用氧化溝處理工藝。三期氧化溝現處理水量為22000立方米/日。專業實習的任務：1工藝流程與主要控制分析。2電氣的控制與監控。

3自控設計的初步與控制模型的分析。

4電氣自控系統的設計的初步認識與CAD設計的學習與了解。污水處理廠的與專業實習的概論

電機運行的驅動與控制：1單獨手動與遠程控制2電機組合方式的選擇和控制3半全自動與自動控制設想（開環、閉環與全閉環、PID及多參量控制等）三溝式氧化溝的控制對象輸入堰門，輸出堰門，轉刷（單速和雙速），淤泥泵等。

測試指標參數：流量,BOD,COD,PH值,溶氧量等。效果：三氧化溝的工藝處理效果十分穩定，滿足BOD5和懸浮物濃度小于30mg/L的頻率分別為92%和96%

控制對象及其控制方式各個控制對象及其設計中工藝要求所需要的輸入與輸出點數

1、輸入堰門（3個）輸入點——OPEN、CLOSE、AUTO、MAN、LOWERLIMIT、UPPERLIMIT（共6點）輸出點——開、關、下限、上限（共4點）2、輸出堰門（10個）輸入點——OPEN、CLOSE、AUTO、MAN、LOWERLIMIT、UPPERLIMIT（共6點）輸出點——開、關、下限、上限（共4點）3、污泥泵（2個）輸入點——現場MAN、現場REMOTE、柜內MAN、柜內AUTO（共4點）輸出點——運行（共1點）4、單速轉刷（4個）輸入點——現場MAN、現場REMOTE、柜內MAN、柜內AUTO（共4點）輸出點——運行（共1點）5、雙速轉刷（8個）輸入點——現場MAN、現場REMOTE、柜內AUTO、柜內MAN、高速、低速、自動（共7點）輸出點——高速運行、低速運行（共2點）6、組合方式（24種）輸入點——方式1～方式4（共4點）堰門按鈕（13個）輸入點——OPEN、CLOSE（共2點）總開關輸入點——MAN、AUTO、SEMIAUTO、UPANDDOWN、STOP（共5點）7、緊急開關輸入點——開關1～開關4（共4點）輸出點——緊急開關輸出（共1點）8、總啟動按鈕輸入點——總啟動（共1點）綜上所述，輸入總點數為290點，輸出總點數為75點。電氣控制的系統圖氧化溝的主要技術配電部分——開關柜的設計電路的總配電為530A，有3種電機。電路電壓的使用有380V，220V，24V。其中使用了斷路器、熱繼電器來保護電路。同時使用電機的順序啟動電路來避免由于電機的同時啟動使電流過大而燒壞電機。下圖為電機的總體配電圖控制部分——控制柜的設計開環控制方案是以三溝式氧化溝污水處理工藝的狀態組合表來進行直接控制，該工藝狀態組合表是根據對流量、溶解氧的監測及對BOD、COD、NH3+等水質指標的監測分析，經過精心設計而成，是很合理科學的工藝方案。閉環控制方案：實現對流量、溶解氧的在線監測及對BOD、COD、NH3+等水質指標的監測。根據監測值來確定執行機械（轉刷、污泥泵、堰門）的組合控制。左圖為開環控制系統圖，右圖為閉環狀態組合控制圖。控制單元的選用與控制方法Muller時間序列控制器:SC63/68下圖為其基本功能圖（控制器、PLC、PC及其集散控制系統）CPU工作模式和設置歸納工作模式:1常態工作模式2星期制工作模式3月制工作模式4節假日工作模式設置:1通道號選擇2工作模式選擇3工作時間，每個通道可分為ABCDEF設置4狀態選擇。CPU控制時序圖電機的時序控制圖任意時段可通過開關量的開與關控制。該時序的時間段由計算機程序控制。三種電機的控制實現堰門電機遠程進程控制功能：（1）現場的適時調節，主要用于手動調試。（2）遠程手動控制，打開或者關閉。自動控制：根據時間和組合方式轉刷電機的遠程近程控制：通過SA44.1實現。KA20.0組合控制；KA22.1順序控制電機開關；KA58.0為緊急暫停開關淤泥泵：根據ABCDEF六個階段定時交替處理氧化溝工藝選擇控制方法（半自動的控制方式）

電機的選擇是通過多位置開關按鈕選擇那個檔，而每檔的組合電機是按照不同工藝要求編程實現的。工藝要求的控制多級選擇圖

監控與動態界面的設計與使用主要以手動和自動兩個方面為思路設計程序。手動是通過按鈕來控制各個電機的工作狀態和時間，在模擬屏上通過發光二極管顏色的轉變直觀的表現其工作狀態。自動是由八個狀態的定時轉換，從而使堰門和轉刷按八個不同狀態分別運行，且每個狀態有一定的工作時間。經過對污水排除量的動態分析，針對特殊時段又增加了2個過程。分別是D，H狀態。這種根據實際情況，準確的分析并作出靈活的調整對節省功耗起到很關鍵的作用。

監控與動態界面主要功能：通過提取動態信息，（1）電機運行和故障顯示；（2）堰門在運行過程中位置的顯示，其間用于時間控制。下圖為現場監控室模擬屏。動態電腦監控界面的面板圖與模擬提高工作效率與節能的進一步的認識三溝道氧化溝的自控程序的運作是通過溶解氧的測定數據進行控制。每條溝設置溶解氧傳感器，對溝內的溶解氧按工藝要求進行反饋及控制，根據溝中溶解氧的高低啟閉轉刷或調節轉刷的轉速，以利節能。現場溶氧儀功耗效率運營成本三溝式氧化溝工藝的數學探索與模擬仿真單位時間內總的基質變化量=單位時間內基質的進入量-單位時間內基質的排出量+單位時間內基質的變化量模型具有較好的預測性溶氧性快速生物講解有機物氨氮硝態氨序號模擬值實測值模擬值實測值模擬值實測值126.429.747.7