S7-300PLC在BAF法污水處理控制系統的應用

摘要：為了解決陜西省某縣城污水處理問(wèn)題，設計了以BAF法為工藝，以S7-300PLC為核心，應用冗余技術(shù)、PROFIBUS現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的污水處理控制系統，闡述了控制系統的硬件集成。以StepV5．2為開(kāi)發(fā)環(huán)境，應用模塊化、面向對象的程序設計思想開(kāi)發(fā)了基于BAF工藝的預處理、BAF生物濾池和污泥脫水系統控制的應用程序。系統運行結果表明，控制效果達到了預期目標。
關(guān)鍵詞：S7-300PLC；BAF；污水處理；現場(chǎng)總線(xiàn)

伴隨社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展，現代城市污水量不斷增加，工業(yè)廢水所占比重呈上升趨勢。為了改善生態(tài)環(huán)境，充分進(jìn)行廢物利用，創(chuàng )建節約型、生態(tài)型城市。陜西省某縣城通過(guò)對污水量的預測，結合城市發(fā)展前景，確定新建一規模為2×104 m3／d污水處理廠(chǎng)。選用BAF工藝，利用PLC自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行污水處理。

1 BAF污水處理工藝簡(jiǎn)介
BAF即生物曝氣濾池(Biological Aerated Filter)，是上世紀80年代法國OTV公司于研究成功的一種新型淹沒(méi)式生物濾池。污水經(jīng)格柵去除粗大漂浮、懸浮物后，進(jìn)入出沉池或水解酸化池進(jìn)行沉砂、除油和沉淀同時(shí)去除部分SS、化學(xué)需氧量、BOD等物質(zhì)，經(jīng)預處理的污水進(jìn)入第一級BAF-C／N濾池，絕大部分化學(xué)需氧量、BOD在此進(jìn)行降解，部分氨氮進(jìn)行硝化，接著(zhù)污水進(jìn)入第二級BAF-N濾池(或C／N濾池)，進(jìn)行氨氮的徹底硝化及化學(xué)需氧量，BOD地進(jìn)一步降解，同時(shí)進(jìn)行化學(xué)除磷，以保證出水總磷≤0．5 mg／L，NH3-N≤5 mg／L，TN≤10 mg／L運行過(guò)程中，在一二級BAF底部進(jìn)行供氧濾池運行一段時(shí)間后需對濾池進(jìn)行反沖洗；反沖洗采用氣水聯(lián)合反沖洗，反沖洗污水通過(guò)排水緩沖池返回初沉池或水解酸化池，與原污水混和初沉池或水解酸化池的剩余污泥進(jìn)行脫水處理，泥餅外運處置。若選用DN濾池+C／N濾池的脫氮工藝，則需將C／N濾池的出水回流。具體工藝流程如圖1所示。

2 基于BAF工藝的污水處理控制系統設計
鑒于該污水廠(chǎng)污水處理規模和BAF工藝的特點(diǎn)，本著(zhù)技術(shù)先進(jìn)，性?xún)r(jià)比高，實(shí)用可靠的原則，采用“集中管理、分散控制”的理念進(jìn)行污水處理控制系統設計。系統結構如圖2所示，包括上位機管理層、下位機控制層和現場(chǎng)設備層。

1)上位機管理層
該層設置在中央控制室，包括兩臺工程師站，主要完成對廠(chǎng)內各設備和儀器儀表的工況進(jìn)行監測和遠程控制，主要設備如格柵機、提升泵、鼓風(fēng)機、閥門(mén)等，并對其信號進(jìn)行采集顯示。儀表工況如生產(chǎn)過(guò)程參數(流量、液位等)、水質(zhì)參數(pH值、SS、DO等)。為了給用戶(hù)提供一個(gè)科學(xué)合理的設備檢修時(shí)間，上位機及時(shí)完成對所采集的數據進(jìn)行處理、儲存、顯示和打??；并對污水廠(chǎng)重要設備(如提升泵、鼓風(fēng)機、閥門(mén)等)的開(kāi)／關(guān)次數和運行時(shí)間進(jìn)行累計，生成設備管理報表。以上的設備和儀器儀表的監測與遠控主要借助于WinCC V6．2組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)的生產(chǎn)工藝流程圖和各工藝單元流程圖，各種過(guò)程參數、水質(zhì)參數、電氣參數的趨勢圖和生產(chǎn)統計報表。另外，通過(guò)界面設置了信號報警和聯(lián)鎖等功能，保證了生產(chǎn)的正常運行。
2)下位機控制層
該層選用代表當今潮流的西門(mén)子SIMATIC工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品S7-300PLC為控制核心，設計為軟冗余系統。系統以S7-315-2DP CPU作為主站，與上位機管理層計算機采用以太網(wǎng)通信，并以以太網(wǎng)作為冗余網(wǎng)絡(luò )為基礎。與從站分布式I／O之間數據傳輸采用PROFIBUS-DP協(xié)議通訊方式，以確保高實(shí)時(shí)性和高動(dòng)態(tài)響應要求。
3)現場(chǎng)設備層
該層主要為BAF工藝流程各階段的現場(chǎng)設備和分布式ET200I／0從站，粗細格柵機、運輸機、螺旋壓渣機、提升泵、鼓風(fēng)機、刮泥機、排泥泵、閥門(mén)等和PH／T、電容式液位計。
該層根據需要，設置了3個(gè)從站，分別完成預處理控制、BAF生物濾池處理、污泥脫水系統處理，主要設備有手動(dòng)控制、遙控控制、自動(dòng)控制3種方式，主要通過(guò)在控制層PLC中的用戶(hù)程序實(shí)現。