S7-300PLC在BAF法污水處理控制系統(tǒng)的應(yīng)用

摘要：為了解決陜西省某縣城污水處理問題，設(shè)計(jì)了以BAF法為工藝，以S7-300PLC為核心，應(yīng)用冗余技術(shù)、PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)的污水處理控制系統(tǒng)，闡述了控制系統(tǒng)的硬件集成。以StepV5．2為開發(fā)環(huán)境，應(yīng)用模塊化、面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)思想開發(fā)了基于BAF工藝的預(yù)處理、BAF生物濾池和污泥脫水系統(tǒng)控制的應(yīng)用程序。系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果表明，控制效果達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。
關(guān)鍵詞：S7-300PLC；BAF；污水處理；現(xiàn)場總線

伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，現(xiàn)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(jié)約型、生態(tài)型城市。陜西省某縣城通過對(duì)污水量的預(yù)測，結(jié)合城市發(fā)展前景，確定新建一規(guī)模為2×104 m3／d污水處理廠。選用BAF工藝，利用PLC自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行污水處理。

1 BAF污水處理工藝簡介
BAF即生物曝氣濾池(Biological Aerated Filter)，是上世紀(jì)80年代法國OTV公司于研究成功的一種新型淹沒式生物濾池。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(yù)處理的污水進(jìn)入第一級(jí)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，接著污水進(jìn)入第二級(jí)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(yùn)行過程中，在一二級(jí)BAF底部進(jìn)行供氧濾池運(yùn)行一段時(shí)間后需對(duì)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(yùn)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(tǒng)設(shè)計(jì)
鑒于該污水廠污水處理規(guī)模和BAF工藝的特點(diǎn)，本著技術(shù)先進(jìn)，性價(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(tǒng)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括上位機(jī)管理層、下位機(jī)控制層和現(xiàn)場設(shè)備層。

1)上位機(jī)管理層
該層設(shè)置在中央控制室，包括兩臺(tái)工程師站，主要完成對(duì)廠內(nèi)各設(shè)備和儀器儀表的工況進(jìn)行監(jiān)測和遠(yuǎn)程控制，主要設(shè)備如格柵機(jī)、提升泵、鼓風(fēng)機(jī)、閥門等，并對(duì)其信號(hào)進(jìn)行采集顯示。儀表工況如生產(chǎn)過程參數(shù)(流量、液位等)、水質(zhì)參數(shù)(pH值、SS、DO等)。為了給用戶提供一個(gè)科學(xué)合理的設(shè)備檢修時(shí)間，上位機(jī)及時(shí)完成對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、儲(chǔ)存、顯示和打印；并對(duì)污水廠重要設(shè)備(如提升泵、鼓風(fēng)機(jī)、閥門等)的開／關(guān)次數(shù)和運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行累計(jì)，生成設(shè)備管理報(bào)表。以上的設(shè)備和儀器儀表的監(jiān)測與遠(yuǎn)控主要借助于WinCC V6．2組態(tài)軟件開發(fā)的生產(chǎn)工藝流程圖和各工藝單元流程圖，各種過程參數(shù)、水質(zhì)參數(shù)、電氣參數(shù)的趨勢圖和生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)報(bào)表。另外，通過界面設(shè)置了信號(hào)報(bào)警和聯(lián)鎖等功能，保證了生產(chǎn)的正常運(yùn)行。
2)下位機(jī)控制層
該層選用代表當(dāng)今潮流的西門子SIMATIC工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品S7-300PLC為控制核心，設(shè)計(jì)為軟冗余系統(tǒng)。系統(tǒng)以S7-315-2DP CPU作為主站，與上位機(jī)管理層計(jì)算機(jī)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(chǔ)。與從站分布式I／O之間數(shù)據(jù)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(yīng)要求。
3)現(xiàn)場設(shè)備層
該層主要為BAF工藝流程各階段的現(xiàn)場設(shè)備和分布式ET200I／0從站，粗細(xì)格柵機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、螺旋壓渣機(jī)、提升泵、鼓風(fēng)機(jī)、刮泥機(jī)、排泥泵、閥門等和PH／T、電容式液位計(jì)。
該層根據(jù)需要，設(shè)置了3個(gè)從站，分別完成預(yù)處理控制、BAF生物濾池處理、污泥脫水系統(tǒng)處理，主要設(shè)備有手動(dòng)控制、遙控控制、自動(dòng)控制3種方式，主要通過在控制層PLC中的用戶程序?qū)崿F(xiàn)。