引言

長(zhǎng)橋水廠是上海自來(lái)水市南有限公司屬下的一家大型水廠。水廠地處上海市西南地區(qū)，制水能力140萬(wàn)m3/d,供水服務(wù)范圍為徐匯、長(zhǎng)寧、普陀、靜安、盧灣等區(qū)和閔行區(qū)的華漕、青浦區(qū)部分地區(qū)，供水量占上海地區(qū)總供水量的四分之一。水廠的水源來(lái)自黃浦江上游的松浦泵站，原水濁度平均在50NTU左右，上游原水經(jīng)提升進(jìn)入平流式沉淀池，沉淀池的廢水由污水泵提升，排入水廠附近春申塘河道，河道雖定期疏竣，但日積月累仍對(duì)周邊的環(huán)境造成不良影響。為了加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)，減少未經(jīng)處理的沉淀廢水排放，長(zhǎng)橋水廠利用世界銀行水環(huán)境保護(hù)貸款項(xiàng)目，新建了一套水廠污泥濃縮和脫水系統(tǒng)。該系統(tǒng)按制水60萬(wàn)m3/d的沉淀排泥水處理能力進(jìn)行設(shè)計(jì),廢水經(jīng)處理后，達(dá)上海市環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)再進(jìn)行排放。脫水機(jī)設(shè)備的選型，在充分考慮了水廠污泥制備量大和對(duì)環(huán)境影響要小等因素，選用了大型板框壓濾機(jī)組成的污泥脫水系統(tǒng)。

1污泥脫水系統(tǒng)概述

在制水能力為60萬(wàn)m3/d的沉淀池中，通過(guò)安裝在沉淀池上的排泥機(jī)，以虹吸一泵吸的方式,吸出泥水量約5800-116001A,其含固率在0.5%~1%之間。為了將較低濃度的排泥水變成較高濃度的污泥水，排泥泵輸送的泥水首先進(jìn)入3座污泥濃縮池，經(jīng)不銹鋼斜板絮凝和濃縮分離后，旋轉(zhuǎn)刮泥機(jī)將濃縮池底部的污泥匯集至中心泥斗，重力將其排入污泥平衡池，濃縮池的上清液則直接排至廠內(nèi)雨水管道。系統(tǒng)設(shè)有2座平衡池，池的對(duì)角布置2臺(tái)潛水型攪拌機(jī)，防止池內(nèi)污泥沉淀和淤積。每座平衡池對(duì)應(yīng)2臺(tái)柱塞泵，把污泥提升后注入3臺(tái)大型板框壓濾機(jī)，為了調(diào)質(zhì)污泥質(zhì)量改善脫水效果，在柱塞泵吸泥時(shí)投加有機(jī)高分子絮凝劑（PAM）。

2控制系統(tǒng)概述

該控制系統(tǒng)的控制操作采用3種方式:PLC自動(dòng)操作、PLC手動(dòng)操作和MCC手動(dòng)操作。用于控制整個(gè)污泥脫水系統(tǒng)的是1臺(tái)主PLC工作站，它作為控制系統(tǒng)的主要設(shè)備,用于系統(tǒng)的一級(jí)控制,9臺(tái)uPLC控制器分別對(duì)進(jìn)泥柱塞泵、板框壓濾機(jī)等相關(guān)設(shè)備進(jìn)行單體設(shè)備的程序控制（見(jiàn)圖2）。所有uPLC控制器均在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)安裝,并配置PanelView550觸摸屏（HMI）,用于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和技術(shù)參數(shù)的調(diào)整。鑒于污泥脫水系統(tǒng)作為長(zhǎng)橋水廠控制系統(tǒng)的一部分，必須與水廠控制設(shè)備兼容一致，所以選用了ALLen-BradleyControLogix系列的硬件設(shè)備。主PLC工作站安裝在污泥脫水車間的控制室內(nèi)，包括裝有PLC控制器的機(jī)柜及人機(jī)監(jiān)控操作的上位工控機(jī)，上位工控機(jī)安裝Windows2000操作系統(tǒng)作為運(yùn)行平臺(tái)，監(jiān)控軟件選用RSView32作為人機(jī)界面，用于監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行和操作過(guò)程。

系統(tǒng)機(jī)電設(shè)備控制采用MCC手動(dòng)優(yōu)先的原則，只有當(dāng)MCC柜上的控制轉(zhuǎn)換開關(guān)切換至“自動(dòng)”時(shí)，PLC才能實(shí)施控制和操作。2.1處理器和通訊網(wǎng)絡(luò)F主PLC工作站處理器模塊為1756-L55M14,系統(tǒng)的通訊接口由ProSoft等第三方支持，插入相應(yīng)的通訊接口模塊，就可以為處理器提供與￡由?「-Net、ControlNet、DeviceNet、Modbus等網(wǎng)絡(luò)通訊：

通過(guò)冗余ControlNet網(wǎng)絡(luò)與水廠其他PLC工作站和中控室進(jìn)行通訊；

通過(guò)ControlNet網(wǎng)絡(luò)與l#~9#uPLC連接；

通過(guò)Modbus現(xiàn)場(chǎng)總線與MCC機(jī)柜相連，用于檢測(cè)配電系統(tǒng)開關(guān)狀態(tài)、電流、電壓等電量參數(shù)；

通過(guò)DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線與軟啟動(dòng)器、變頻器等相連，用于檢測(cè)柱塞泵、隔膜擠壓泵的頻率、電流、電壓等電量參數(shù)；

通過(guò)EtherNet網(wǎng)絡(luò)與上位工控機(jī)相連，組成控制系統(tǒng)的上位機(jī)人機(jī)界面。

PLC的編程和組態(tài)由RSLogix5000軟件提供。

2.2PLC控制方式

系統(tǒng)的設(shè)備控制都具有PLC“自動(dòng)”和“手動(dòng)”兩種方式（或稱順序聯(lián)動(dòng)和軟件手操），當(dāng)MCC柜上的控制轉(zhuǎn)換開關(guān)切換至“自動(dòng)”時(shí)，機(jī)電設(shè)備受控于虛擬的控制按鈕，通過(guò)點(diǎn)擊“自動(dòng)”和“手動(dòng)”按鈕，激活相應(yīng)的控制操作。

2.3安全權(quán)限管理

RSView32通過(guò)設(shè)置不同的安全級(jí)別，對(duì)各用戶的操作權(quán)限進(jìn)行控制。該系統(tǒng)按超級(jí)用戶、管理人員、操作人員、游覽人員4個(gè)級(jí)別進(jìn)行授權(quán)。除游覽人員級(jí)外，其余均采用用戶登錄方式進(jìn)人相應(yīng)的授權(quán)應(yīng)用層面。用戶在登錄超級(jí)用戶、管理人員應(yīng)用層面時(shí)，可依據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況，修改和調(diào)整工藝與自控參數(shù)。

2.4報(bào)警和數(shù)據(jù)庫(kù)

控制系統(tǒng)的報(bào)警分為“提示”報(bào)警和“警示”報(bào)警，前者僅提示用戶,PLC控制器并不直接干預(yù)設(shè)備的控制操作，后者則對(duì)設(shè)備控制操作的同時(shí)提示用戶。無(wú)論是“提示”報(bào)警和“警示”報(bào)警都有報(bào)警提示、報(bào)警確認(rèn)和報(bào)警記錄等部分組成，操作人員可以從歷史報(bào)警的記錄中，查閱某個(gè)時(shí)間中某報(bào)警的產(chǎn)生、解除、確認(rèn)的時(shí)間等資料信息。

紅外光柵屏組成板框機(jī)的安全“警示”報(bào)警。光柵屏由一個(gè)光柵發(fā)射器和一個(gè)光柵接受器組成，光柵屏能產(chǎn)生保護(hù)平面,一旦有人員或其他障礙物在板框機(jī)工作時(shí)闖入阻擋光柵屏?xí)r,PLC控制器通過(guò)信號(hào)回路的檢測(cè)，啟動(dòng)板框機(jī)急停控制程序,從而達(dá)到安全生產(chǎn)的目的。

對(duì)于不同的靜態(tài)畫面進(jìn)行數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)刷新，加上新的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，構(gòu)成了帶動(dòng)態(tài)顯示的工藝畫面，數(shù)據(jù)庫(kù)的維護(hù)以環(huán)形隊(duì)列方式進(jìn)行移位，環(huán)形隊(duì)列中始終保持當(dāng)前時(shí)刻為止的前30d歷史數(shù)據(jù)。

2.5控制權(quán)限切換

RSView32作為工控軟件允許另一臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互操作，主PLC工作站機(jī)柜內(nèi)有“就地”和“中控”的控制轉(zhuǎn)換開關(guān)，當(dāng)控制轉(zhuǎn)換開關(guān)切換至中控時(shí)，可由水廠中央控制室對(duì)污泥脫水車間進(jìn)行監(jiān)控,控制權(quán)力的切換十分方便。

2.6系統(tǒng)結(jié)構(gòu)）

主PLC工作站通過(guò)ControlNet網(wǎng)絡(luò)與uPLC連接el,接收uPLC及現(xiàn)場(chǎng)儀表、設(shè)備的信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)監(jiān)視功能，同時(shí)根據(jù)工藝要求協(xié)調(diào)控制uPLC的動(dòng)作，直接控制相關(guān)的設(shè)備（在uPLC切換至主控時(shí)）。

3工藝過(guò)程的控制

3.1濃縮池和平衡池控制

從沉淀池底部吸出的排泥水，其流量和濁度隨制水量和原水濁度變化而改變，具有較大的不確定性。為了使污泥脫水系統(tǒng)適應(yīng)生產(chǎn)變化的要求，先把排泥機(jī)的工作狀態(tài)、排泥池的液位等信息，通過(guò)冗余ControlNet通訊網(wǎng)絡(luò)，前饋傳至污泥脫水主PLC工作站;為了準(zhǔn)確地反映進(jìn)入濃縮池的排泥水量，在排泥水的輸送管道上安裝了用于計(jì)量的電磁流量計(jì)及用于監(jiān)控的超聲波液位計(jì)、超聲波泥位計(jì)、管道泥位計(jì)、低濁度測(cè)定儀等控制儀表。

進(jìn)入濃縮池的排泥水流量通過(guò)氣動(dòng)管夾閥進(jìn)行控制,PLC檢測(cè)濃縮池內(nèi)上清液的濁度變化，當(dāng)濁度低于某設(shè)定值，而且液位下降時(shí)，氣動(dòng)管夾閥逐步開啟。隨著上清液的濁度不斷增加并高于設(shè)定限值時(shí),PLC控制關(guān)閉氣動(dòng)管夾閥。

平衡池是個(gè)緩沖池，其作用是給進(jìn)泥柱塞泵提供濃度穩(wěn)定的污泥。PLC根據(jù)平衡池液位高低，控制池內(nèi)攪拌機(jī)的開停、控制進(jìn)口氣動(dòng)管夾閥門（濃縮池的出口閥門）開啟、還決定后道工序柱塞泵的開停。

3.2PAM配制和柱塞泵控制

為了達(dá)到良好的脫水效果，在柱塞泵的吸泥處投加有機(jī)高分子絮凝劑（PAM）。絮凝劑一般為粉末狀固體，必須配置成一定濃度的液體才能投放和加注，藥劑的配比過(guò)程由uPLC作如下控制：

雙螺旋給料機(jī)粉末進(jìn)料和清水按一定比例配比控制；

溶液在熟化罐中攪拌和時(shí)間控制；

變頻螺桿計(jì)量泵藥劑存貯、輸送控制。

PAM的加注量受進(jìn)泥柱塞泵控制，柱塞泵在吸泥的同時(shí)吸入PAM,其加注量與柱塞泵的進(jìn)泥量同比。

液壓驅(qū)動(dòng)立式柱塞泵控制板框壓濾機(jī)的進(jìn)泥，進(jìn)泥開始時(shí)，關(guān)閉板框壓濾機(jī)的活動(dòng)端板，柱塞泵開始進(jìn)泥，進(jìn)泥到一定時(shí)間，濾板腔體壓力增高，柱塞泵開始降低進(jìn)泥的沖程，越來(lái)越慢直至完全停止。柱塞泵進(jìn)泥啟動(dòng)的命令，則由主PLC工作站發(fā)出。

3.3板框壓濾機(jī)和卸泥系統(tǒng)

為了進(jìn)一步干化污泥，注泥結(jié)束后即啟動(dòng)隔膜擠壓系統(tǒng)，利用螺桿泵產(chǎn)生的高壓水?dāng)D壓濾板橡膠隔膜。脫水泥餅需在濾板腔室中恒壓并保持一段時(shí)間,PLC采用PID調(diào)節(jié)方式，控制螺桿泵擠壓的速率,恒定濾板腔室中泥餅的壓力，達(dá)到提高其含固率的目的。壓濾過(guò)程中產(chǎn)生的擠壓水，由儲(chǔ)水槽收集并循環(huán)使用。

中心吹泥是指隔膜擠壓工序完成后，利用壓縮空氣將濾板進(jìn)泥中心管內(nèi)無(wú)法脫水的污泥吹出的工藝過(guò)程。將空氣引入到活動(dòng)端板進(jìn)料口，通過(guò)空氣擠壓的方式，將殘留在濾板中心夾環(huán)中的污泥從固定端板的進(jìn)料管吹到污泥平衡池中，中心吹泥一般要持續(xù)數(shù)次才能吹洗干凈。

為了有助泥餅從濾板脫落，在濾板的觸泥部分安裝了濾布，雖經(jīng)抖板卸泥流程的操作，但在多次壓濾后，仍有污泥殘留淤積在濾布上，插入濾布清洗流程，將有助提高濾布的透水效果。濾布的清洗由PLC控制器實(shí)行對(duì)位控制，然后控制旁通電磁閥門，利用清洗水泵提供的高壓清洗水，逐一對(duì)濾布進(jìn)行清洗。

脫水機(jī)開板后的泥餅經(jīng)分隔打碎落入儲(chǔ)泥箱。儲(chǔ)泥箱的上部裝有超聲波泥位計(jì)，PLC控制器檢測(cè)泥位的高低，控制液壓驅(qū)動(dòng)的推泥板柵，泥餅緩緩地向出口處蠕動(dòng)堆積，跌落的泥餅經(jīng)安裝在出口槽低部的螺旋機(jī)輸送，裝車啟運(yùn)。

結(jié)束語(yǔ)

污泥脫水系統(tǒng)作為減少污染，降低有害排放的環(huán)保項(xiàng)目，目前已引起有關(guān)企業(yè)的廣泛重視。由板框壓濾機(jī)組成的污泥脫水系統(tǒng)效率高，控制系統(tǒng)較離心機(jī)組成的污泥脫水系統(tǒng)復(fù)雜。隨著自動(dòng)化控制技術(shù)的不斷發(fā)展，我們有理由相信，污泥脫水系統(tǒng)的自動(dòng)化控制會(huì)越來(lái)越完善。

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