CN106336001B - 污水处理厂mc-mbbr工艺水泵和曝气机的控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明污水处理厂MC‑MBBR工艺水泵和曝气机的控制系统及其控制方法，涉及自动化控制领域，控制系统包括PLC控制系统、操作面板、多台启动器、多台水泵及多台曝气机、两台在线COD分析仪、两台氨氮检测仪，PLC控制系统包括CPU模块及分别与CPU模块连接的一块DC24V直流电源模块、一块以太网通讯模块、一块模拟量输入模块、多块数字量输入模块、多块数字量输出模块。该控制方法是对污水处理厂MC‑MBBR工艺中水泵和曝气机的工作过程进行自动控制，包括以下步骤：时间参数设置、设备启动并进入设备状态监视控制、时间控制处理、出水水质分析、时间自动调整、显示监视。采用本发明能够实现全自动化控制，能更好的保护水泵和曝气机并能够提高出水水质。

Description

污水处理厂MC-MBBR工艺水泵和曝气机的控制系统及其控制 方法

技术领域

本发明涉及工业自动化控制领域，特别涉及一种污水处理厂MC-MBBR工艺水泵和曝气机的控制系统及其控制方法。

背景技术

MC-MBBR（中文意义“好氧移动床生物膜反应器”）主要由反应器罐体、生物载体填料、曝气系统等部分构成, 其工作原理是：污水经潜水泵提升进入污水处理设备内的好氧微生物反应区，与生物载体填料相接触混合，微生物膜在填料外表面大量生长。挂膜后的填料与水密度接近，在曝气情况下悬浮在污水中并做无序状流动。曝气机需间歇曝气，在同一个反应区营造出好氧反应区和兼氧反应区。曝气时，反应区为好氧反应区，悬浮载体在反应器内翻转流动并相互碰撞，既提高了液相有机质的传送，又促进了生物膜的更新。污水中的污染物被生物膜截留、吸附，并作为微生物生长的营养源，在微生物繁殖过程中被消化分解，污水得以降解，氨氮在硝化菌的作用下变为硝态氮；不曝气时反应区为兼氧反应区，反硝化菌将硝态氮还原为氮气逸出水体。磷作为微生物的营养源，在微生物生长繁殖过程中被微生物硝化吸收，并在微生物死亡后作为生物污泥沉积在设备罐体底部，排泥时从体系里面排出。在污水处理MC-MBBR工艺正常处理过程中，曝气机和水泵等设备需要根据好氧和兼氧的情况定时关闭与启动，但目前该工艺的曝气机和水泵大多采用人工控制，很多都是采用人工去启动和关闭，需要专人值守，比如让人按指定的时间去开启曝气机和水泵，开始曝气和回流，然后再指定的时间去关闭，这样效率就非常低下，有时还会忘记关闭或启动，不能按时启动和关闭，影响了水力停留时间，使得在污水处理时该曝气却不曝气，不曝气时又曝气，水该回流也没有回流，污泥该抽走却没抽走，从而使氨氮、磷以及各有机物在处理时不能充分溶解消化，影响MC-MBBR工艺的处理效果，从而影响出水水质。

发明内容

本发明的目的是提供一种污水处理厂MC-MBBR工艺水泵和曝气机的控制系统及其控制方法，采用该控制系统及其控制方法能够实现全自动化控制，可无人值守、提高效率，同时本方法控制精准、可靠性高、能耗低、人机界面友好、操作简单，能更好的保护水泵和曝气机并能够提高出水水质。

本发明为实现上述目的采用的技术方案是：一种污水处理厂MC-MBBR工艺水泵和曝气机的控制系统，包括PLC控制系统、操作面板、多台启动器、多台水泵及多台曝气机，其特征在于，控制系统还包括两台在线COD分析仪、两台氨氮检测仪，PLC控制系统包括CPU模块及分别与CPU模块连接的一块DC24V直流电源模块、一块以太网通讯模块、一块模拟量输入模块、多块数字量输入模块、多块数字量输出模块，污水处理厂的集水池中分别设置有一台在线COD分析仪和一台氨氮检测仪，污水处理厂的出水计量槽中分别设置有一台在线COD分析仪和一台氨氮检测仪，两台在线COD分析仪和两台氨氮检测仪的输出端分别与模拟量输入模块连接，多台水泵及多台曝气机分别设置在MC-MBBR池中，每一台水泵连接有一台启动器，每一台曝气机也连接有一台启动器，每一台启动器分别与一块数字量输入模块和一块数字量输出模块连接。

本发明采用的进一步年技术方案是：所述模拟量输入模块是8路12位4~20mA 4线制的模拟量输入模块。

本发明采用的进一步年技术方案是：所述数字量输入模块是32路数字量输入模块，数字量输出模块是32路数字量输出模块。

本发明为实现上述目的采用的另一技术方案是：一种污水处理厂MC-MBBR工艺水泵和曝气机的控制方法，该控制方法是利用上述权利要求1所述的控制系统来对污水处理厂MC-MBBR工艺中水泵和曝气机的工作过程进行自动控制，包括：时间参数设置、设备启动并进入设备状态监视控制、时间控制处理、出水水质分析、时间自动调整、显示监视；其步骤如下：

步骤1：时间参数设置：PLC控制系统通过模拟量输入模块获取集水池中的在线COD分析仪和氨氮检测仪的分析结果，根据在线COD分析仪和氨氮检测仪的分析结果，通过操作面板设置水泵和曝气机的运行时间、停止时间，操作面板输入的数据通过PLC控制系统的以太网模块与CPU模块通讯；

步骤2：设备启动并进入设备状态监视控制：启动设备，并从PLC控制系统的数字量输入模块读取水泵和曝气机的当前工作状态，供监视使用，并通过操作面板上的操作按钮对水泵和曝气机进行运行模式、启动或停止的操作；

步骤3：时间控制处理：PLC控制系统读取操作面板设定的时间控制值，通过PLC控制系统内部的定时器进行处理，将处理的信息，如剩余时间显示到操作面板上，计时的结果输出通过数字量输出模块传给与水泵和曝气机连接的启动器，使启动器自动精准的控制水泵和曝气机的启动和停止；

步骤4：出水水质分析：PLC控制系统模拟量输入模块获取出水计量槽中的在线COD分析仪和氨氮检测仪的分析结果，通过PLC控制系统的CPU模块分析出水水质;

步骤5：时间自动调整：PLC控制系统根据上一步所得的出水水质，自动更改水泵和曝气机的启动时间和停止时间；

步骤6：显示监视：在操作面板上实时显示水泵和曝气机的工作状态、时间设置值和剩余时间值、进出水质的COD和氨氮含量。

本发明污水处理厂MC-MBBR工艺水泵和曝气机的控制系统及其控制方法具有如下有益效果：

1、无人值守，提高效率：

使用本发明之污水处理厂MC-MBBR工艺水泵和曝气机的控制系统及其控制方法，污水处理厂的曝气机和水泵控制不用专人值守操作，可让人员去处理其他事项，提高了效率。

2、控制精准，降低能耗：

采用PLC控制系统内部的定时器控制，达到高精度控制水泵和曝气机的启停，杜绝漏开漏停现象，同时也降低了设备的耗电，节省了工厂运行费用。

3、提高出水水质：

通过操作面板可随时监控进出水的还原性物质含量、氨氮含量，并可更改污水处理时好氧和兼氧时间，PLC控制系统可根据出水水质，自动更改水泵和曝气机的启动时间和停止时间，进一步提高出水水质。

4、自动化程度和可靠性高：

使用本发明之污水处理厂MC-MBBR工艺水泵和曝气机自动控制装置，操作者只需操作触摸屏或PC电脑等操作面板，即可对启停时间参数进行设置，控制设备启停，设备的控制过程是全自动的，可靠性高，不需要使用其他设备，操作起来非常方便。

5、人机界面友好、操作简单：

使用本发明之污水处理厂MC-MBBR工艺水泵和曝气机的控制系统及其控制方法过程中，可通过操作面板（触摸屏或PC电脑的显示屏）上实时显示时间的动态值和设置控制值，进出水COD和氨氮含量，水泵曝气机运行状态，并可随时修改时间设置值，操作过程一目了然，人机界面友好。

下面结合附图和实施例对本发明污水处理厂MC-MBBR工艺水泵和曝气机的控制系统及其控制方法作进一步的说明。

附图说明

图1是本发明污水处理厂MC-MBBR工艺水泵和曝气机的控制系统的结构方框图；

图2是本发明污水处理厂MC-MBBR工艺水泵和曝气机的控制系统的控制原理框图；

图3是本发明污水处理厂MC-MBBR工艺水泵和曝气机的控制方法的控制流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明污水处理厂MC-MBBR工艺水泵和曝气机的控制系统，包括PLC控制系统、操作面板、多台启动器、多台水泵及多台曝气机。控制系统还包括两台在线COD分析仪、两台氨氮检测仪，PLC控制系统包括CPU模块及分别与CPU模块连接的一块DC24V直流电源模块、一块以太网通讯模块、一块模拟量输入模块、多块数字量输入模块、多块数字量输出模块。污水处理厂的集水池中分别设置有一台在线COD分析仪和一台氨氮检测仪，污水处理厂的出水计量槽中分别设置有一台在线COD分析仪和一台氨氮检测仪，两台在线COD分析仪和两台氨氮检测仪的输出端分别与模拟量输入模块连接，多台水泵及多台曝气机分别设置在MC-MBBR池中，每一台水泵连接有一台启动器，每一台曝气机也连接有一台启动器，每一台启动器分别与一块数字量输入模块和一块数字量输出模块连接，数字量输入模块的数量与启动器的数量相同，数字量输出模块的数量也与启动器的数量相同。为了简单示意出控制系统，图中仅仅示意出一台水泵和一台曝气机，实际的控制系统是有多台并列设置的水泵，和多台并列设置的曝气机。

在本实施例中，所述模拟量输入模块是8路12位4~20mA 4线制的模拟量输入模块。所述数字量输入模块是32路数字量输入模块，数字量输出模块是32路数字量输出模块。PLC控制系统的 1块DC24V直流电源模块、1块CPU模块、1块以太网通讯模块、1块8路12位4~20mA4线制模拟量输入模块、多块32路数字量输入模块、多块32路数字量输出模块分别设置在PLC背板上，并通过PLC背板相连。PLC系统内部所有模块由DC24V直流电源模块通过PLC背板供电。

所述PLC控制系统为S7-300系列PLC，CPU模块为CPU315-2DP，电源模块为PS307，以太网通讯模为CP343-1 Lean，模拟量输入模块为SM331，数字量输入模块选用型号为SM321，数字量输出模块选用型号为SM321，然后全部插到PLC背板，PLC背板选用型号为DIN导轨，并将PLC安装固定，配上各种安装和连接附件，然后给电源模块供AC220V的交流电做电源。操作面板可选用液晶触摸屏或者PC电脑数量1台。在线COD分析仪中的COD是一种常用的评价水体污染程度的综合性指标，它是英文chemical oxygen demand的缩写，中文名称为“化学需氧量”或“化学耗氧量”。

请参见图2、3所示，本发明污水处理厂MC-MBBR工艺水泵和曝气机的控制方法，该控制方法是利用上述控制系统来对污水处理厂MC-MBBR工艺中水泵和曝气机的工作过程进行自动控制，让水泵和曝气机自动启动关闭，做到保证水泵和曝气机周期性定时启停的方法，实现对水泵、曝气机和水质实时监视及控制，包括：时间参数设置、设备启动并进入设备状态监视控制、时间控制处理、出水水质分析、时间自动调整、显示监视；其步骤如下：

步骤1：时间参数设置：PLC控制系统通过模拟量输入模块获取集水池中的在线COD分析仪和氨氮检测仪的分析结果，根据在线COD分析仪和氨氮检测仪的分析结果，通过操作面板设置水泵和曝气机的运行时间、停止时间，操作面板输入的数据通过PLC控制系统的以太网模块与CPU模块通讯；

步骤2：设备启动并进入设备状态监视控制：启动设备，并从PLC控制系统的数字量输入模块读取水泵和曝气机的当前工作状态，供监视使用，并通过操作面板上的操作按钮对水泵和曝气机进行运行模式、启动或停止的操作；

步骤3：时间控制处理：PLC控制系统读取操作面板设定的时间控制值，通过PLC控制系统内部的定时器进行处理，将处理的信息，如剩余时间显示到操作面板上，计时的结果输出通过数字量输出模块传给与水泵和曝气机连接的启动器，使启动器自动精准的控制水泵和曝气机的启动和停止；

步骤4：出水水质分析：PLC控制系统模拟量输入模块获取出水计量槽中的在线COD分析仪和氨氮检测仪的分析结果，通过PLC控制系统的CPU模块分析出水水质;

步骤5：时间自动调整：PLC控制系统根据上一步所得的出水水质，自动更改水泵和曝气机的启动时间和停止时间，比如若出水COD和氨氮含量较高，系统则自动将水泵和曝气机的运行时间延长，当然也可以人为修改，这样可以使设备的时间设置值得到更好的优化，出水水质得到更好的提高；

步骤6：显示监视：在操作面板上实时显示水泵和曝气机的工作状态、时间设置值和剩余时间值、进出水质的COD和氨氮含量，便于操作员随时掌握水泵和曝气机的工作状态，了解出水水质。

作为本发明的变换形式，PLC控制系统中各模块的型号并不限于上述实施例所列举的型号，也可为与上述型号具有相同或相似性能的其它型号的装置，只要在本发明的范围内所做的变换均属于本发明的范畴。

Claims (1)

1.一种污水处理厂MC-MBBR工艺水泵和曝气机的控制方法，其特征在于，该控制方法是利用污水处理厂MC-MBBR工艺水泵和曝气机的控制系统来对污水处理厂MC-MBBR工艺中水泵和曝气机的工作过程进行自动控制，污水处理厂MC-MBBR工艺水泵和曝气机的控制系统包括PLC控制系统、操作面板、多台启动器、多台水泵及多台曝气机，控制系统还包括两台在线COD分析仪、两台氨氮检测仪，PLC控制系统包括CPU模块及分别与CPU模块连接的一块DC24V直流电源模块、一块以太网通讯模块、一块模拟量输入模块、多块数字量输入模块、多块数字量输出模块，污水处理厂的集水池中分别设置有一台在线COD分析仪和一台氨氮检测仪，污水处理厂的出水计量槽中分别设置有一台在线COD分析仪和一台氨氮检测仪，两台在线COD分析仪和两台氨氮检测仪的输出端分别与模拟量输入模块连接，多台水泵及多台曝气机分别设置在MC-MBBR池中，每一台水泵连接有一台启动器，每一台曝气机也连接有一台启动器，每一台启动器分别与一块数字量输入模块和一块数字量输出模块连接；控制方法包括：时间参数设置、设备启动并进入设备状态监视控制、时间控制处理、出水水质分析、时间自动调整、显示监视；其步骤如下：

步骤1：时间参数设置：PLC控制系统通过模拟量输入模块获取集水池中的在线COD分析仪和氨氮检测仪的分析结果，根据在线COD分析仪和氨氮检测仪的分析结果，通过操作面板设置水泵和曝气机的运行时间、停止时间，操作面板输入的数据通过PLC控制系统的以太网模块与CPU模块通讯；

步骤2：设备启动并进入设备状态监视控制：启动设备，并从PLC控制系统的数字量输入模块读取水泵和曝气机的当前工作状态，供监视使用，并通过操作面板上的操作按钮对水泵和曝气机进行运行模式、启动或停止的操作；

步骤3：时间控制处理：PLC控制系统读取操作面板设定的时间控制值，通过PLC控制系统内部的定时器进行处理，将处理的信息，剩余时间显示到操作面板上，计时的结果输出通过数字量输出模块传给与水泵和曝气机连接的启动器，使启动器自动精准的控制水泵和曝气机的启动和停止；

步骤4：出水水质分析：PLC控制系统模拟量输入模块获取出水计量槽中的在线COD分析仪和氨氮检测仪的分析结果，通过PLC控制系统的CPU模块分析出水水质;

步骤5：时间自动调整：PLC控制系统根据上一步所得的出水水质，自动更改水泵和曝气机的启动时间和停止时间；

步骤6：显示监视：在操作面板上实时显示水泵和曝气机的工作状态、时间设置值和剩余时间值、进出水质的COD和氨氮含量。