基于小型污水处理设备自动控制及远程监测系统设计的研究

2022-12-21李银

中国设备工程 2022年21期

李银

（中电建生态环境集团有限公司，广东深圳 518133）

随着经济的发展，人们的环保观念正在不断提升，污水的处理成为了目前需要解决的问题之一，对于一些小型的污水处理设备进行研究，加强在污水处理设备系统的搭建，保证水的质量符合当地实际的稳定标准。为了保证对于污水设备的便捷管理，需要小型设备应用到自动化技术，并且能够通过远程设备进行检测达到管理，促进设备的稳定运行。

1 小型污水处理设备的工艺流程

小型的污水处理设备是比较常见的，以高速路上的服务区为例来研究其设备，每日的处理量假设为150m³，是符合当地的污水数值的，使用生物化学的原理以及主引导记录对污水进行处理，通过处理的水用于清洁厕所，进行绿化的灌溉。小型污水应用处理设备的主要过程为：原始的脏水通过提升井进行提升，调节池进行接收，将水传输进来后进入预反应的水池中，通过厌氧池和好氧池，对其进行生物化学的处理，把一些肉眼可见的大物质去除掉，经过主引导记录池，用生物膜把无关物质过滤掉，得到相对干净的水成分，然后通过加入药物使深层无关物质凝住，经过沉淀原理进行高度处理，将水中包含的氨氮等成分减少，通过处理的水进入清水池，方便后续对中水的使用。

2 小型污水处理机制原理

2.1 生物机制的原理

进行污水的生物处理，主要利用一些微生物能够有效吸收污染物的性能，对污染物进行降解，达到洁水的目的，其实就是利用生物原理处理污水，在污水的处理中是比较常见的应用方式。微生物能够分解物质，污水处理就是运用这种性质，将水里的有机物质变成无机物。依据需要氧气的量分为2种处理方式，一种是厌氧的微生物，通过这种微生物把有机物中的物质转为有机酸性物质，一种叫做甲烷的菌种再把有机酸进行分解，形成甲烷以及空气中的常见气体，比如氢气和二氧化碳，主要发生在厌氧的池塘以及化粪池等。好氧生物进行处理的方式通常利用藻类生物，藻类进行遇光实现光合作用而产生有益气体氧气，这样就对污水中的好氧生物提供更多的氧气，增加了它们的活动能量，有效地促进好氧微生物进行分解的效率，让污水变得干净，主要发生在污水的灌溉以及氧化的池塘等。

2.2 物理机制的原理

在运用膜生物反应器时会出现膜生物反应，将膜生物反应的装置完全放在好氧的区域中，正常方式的污染物会被放进二次沉淀的池子中，其中膜组件就实现这个二次沉淀的过程，它的分离作用是非常具有效率的，能够将水和泥进行全面分离，膜挡住了分子构成比较大的物质，将这些物质拦截在生物的反应池中，这种膜只能让水和一小部分的分子物质通过，得到相对干净的水质，有效的提高了对于污水的处理。

2.3 化学机制的原理

运用物理的处理方法有时不能全面的清理掉污水的杂质，同样生物处理在一定环境下也会出现这样的问题，这就需要进行化学的方法对此情况进行处理，采用中和处理的方式，从而满足合格的水质标准，比如在污水中含有过量的磷，那么就需要加入足量的针对性物质，将磷去除掉。

3 小型污水处理电气自动控制系统方案设计

3.1 设备类型和系统参数的要求

小型污水的设备主要由以下几类，水泵可以分为提升泵、进水泵、回流泵、过滤泵和产水泵。提升泵需对液体的位置进行控制，水泵的其他类型需要对开始和停止的工作时间进行设置，产水泵可设置工作时的开关时间；另外也需要风机和搅拌类的设备，这2种设备的具体参数要求是，可以进行时间的把控，实现起始和结束的调节，在搅拌的过程中需要设置间歇的工作时间；液位计和流量计这种设备，针对连续式的液位，可以进行设置高低位置液位的参数，能够计算出每日的产水量；压力计是一种数字式的设备，具体的参数要求是需要采集每时每刻的情况的，包括膜上面的压力以及回用压力；阀门的设备是需要对电磁阀进行设置时间的，针对于开始和停止的设定，对电动阀可以根据时间来切换；电表设备可以采集电压，电流的消耗程度，定期算出每日的能耗。

3.2 工作的模式

设备在运行过程中存在着2种模式，主要分为手动和自动两种，当发现设备出现故障需要检修时，或者是在进行设备调试的情况，可以采用手动模式；当设备进行连续的自动运行时，就需要自动模式，并且按照自动的逻辑性进行工作。当井的液体位置呈现提升的状态时，需要提升泵进行工作，一直到液体位置处于低位置情况时，会进行2台提升泵的交换工作，以便于作为备用。进水泵的工作是需要把时间规划好的，当调节池变为高的液体位置时，又或者膜池的出现，较低的液体位置进行工作，当调节池的液体位置处于低端或者膜池变为高的液体位置时会终止运行的工作。进水量的调整是需要变频器来实现的，回流泵是通过时间调控来进行工作的，产水泵也是如此，当膜池处于的液体位置为高处时，经过过程的发展变为较低的液体位置，默认处于间歇工作的模式。

3.3 电气系统的硬件分析

实现高效控制系统，对检测到的信息得到科学获取，在电气系统方面，主要由PLC进行编程，实现对于控制器的控制，人机交互触屏实现显示功能，4G无线远程监测进行查看情况，除此之外，还由空气开关、中间继电器、接触器、热继电器以及信号隔离组成。针对工艺的控制，要求对于PLC的设计严格对待，合计需要46个信号点进入系统，32个信号点离开系统，4对用于模拟的量是进行输出的，2组输入在控制范围方面。依据小型的污水处理项目需求，对控制系统进行设置。小型污水处理系统中液位和水泵的连接之后，发生特殊情况产生提示预警，在水池中加药进行消毒，并且进行污泥和水之间的分离。

一般采用的控制方式为将系统保存在特定的空间里面，实现小型污水提升泵的开启是通过调节池对于液体位置的控制，当处于高的水位置时提升泵进行开启功能，反之则停止，运用机械形式或者电子形式，能够保持对液体位置控制，这就是液体控制器的原理，这样就可以实现控制电磁阀或者水泵的自动化形式。如果液体位置的控制系统或者是提升泵出现相关问题时，系统将不能排出水，这种情况发生时，处于调节池中的污水会通过特殊渠道，即水量超出的警戒排水口，水量被放入紧急事故水池中。

等到故障问题被修复之后，由人工进行控制，回到自动化的运行方式，位于污泥中的污泥泵需要进行时间的提前设定，主要是进行定时的设置，保证开启和停止的进行。污泥池主要是通过电磁阀进行控制的，其他类的电器设备通常会设置电路的短路装置和过载保护来维护系统。

3.4 PLC程序的设计

PLC程序的主要设置是通过模块化的形式进行的，主要包括对数据的初始化设置、手动和自动运行以及故障的设置。针对得出的信息数据，进行读取运行的数据，包括6个子程序，通过PLC为控制中心，对污水进行控制处理，这个系统主要是对于污水设备的自动控制进行动态形式的监视，获取工艺参数，设置报警提示以及出现故障时的显示功能，该设备体现出的是实用性比较强，是运用自动化方式的一种控制系统，需要经过现场实际情况的调试来保障良好的运行状态，确保系统设计处于合理和科学的性质。

关于控制器PLC的选择，通常Smart200西门子系列，它的主要功能是对设备部件进行控制并且将得到的数据进行收集，其中的触摸显示屏运用的是昆仑通泰，主要功能是对PLC的组态进行显示，对于整个系统实现控制。根据相关污水处理系统的要求，确定好输出端口的和输入端口的数量，进行IO分配，从而正确选择PLC的型号控制器，PLC的输入点数为12个，输出点数设置为8个点，用西门子Smart200系列去进行模拟量的配置，模块通过液位计以及压力变送器进行模拟的信号输入，从而达到系统的液体位置和压力的平衡，并且对于信号进行采集，保证稳定控制。对于触摸显示屏采用的是昆仑通泰，选用先进的四核CPU作为主要的触摸屏，运用大约十英寸的高亮度液晶显示屏，电阻的触摸屏为四线模式，具有良好的电磁屏蔽的能力。电源选择24V的电压，大约6W的功率，内存占据为256M，USB接口为一个网络接口，达到系统控制运行的条件，用以太网的接口能够方便并且快速的和PLC进行组网的连通，运用USB接口可以对优盘中的下载文件和程序进行上传，能更好的维护程序并进行运行数据的存储。

3.5 软件和组态的设计

系统的设计主要是用PLC作为中心控制系统，输出设备的选择是通过PLC进行指令的下达，从而控制系统进行工作。PLC的传感器输入信号是通过仪表传感器进行的，经过产生的手动信号和人机界面设置的数据相结合，做出合理的分析并比较，把指令下达到输出设备，上传达到污水提升泵时的液体位置信号，控制了自动的状态，这个信号通过PLC进行对比分析得出指令下达的方式，如果污水经过提升泵送到厌氧池中，液位计就能检测到液位的变化，经过PLC系统做出准确判断，从而启动搅拌器。便携启动风机当检测到过高的液体位置时，就会将工作停止，通常会有备用的水泵，出现故障时PLC会对系统进行判断，在厌氧池池中进行切换，也会有搅拌机液位的相关信息传达到PLC，PLC经过判断决定搅拌是否进行，满足水池内的水能够及时的生成反应，来促进污水的处理效率。

回流泵主要是根据对于液体位置的高或者低来进行判断，如果到达液体位置的标准会进行连续循环运行，如果水位没有达到标准，就会停止。水位的高低同样可以控制风机的运行，当水位处于设定液位的下面时，就会进行间歇运行，产水系统是通过PLC进行控制的，水的位置信号会传递到PLC，进行判断控制产水的水泵的状态，开启或者停止状态。产水泵的正常启动是通过鼓风机的运行进行引导的，当低于设置的压力值时，产水泵不会开启。

4 小型污水远程监测系统的研究

4.1 系统硬件的部分

在小型的污水处理器中，远程监控系统在硬件上的配置是通过上位机、调制解调器、PLC以及传感器等部分组成。路由软件对于上位机起到十分重要的作用，配合监控软件进行使用，对数据进行传输，应该查看小型污水处理的设备中的诸多数据，比如设定的PH值，水的流量在氧溶解的效果，将这些数据进行收集之后，传递给PLC，再经过PLC和调制解调器通过电缆进行通信，将调制解调器的信号进行数据的上传，由上位机的路由软件获取上位机可以和200台以上的PLC连接起来进行，到最后通过上位机的监控软件对传进来的所有数据在显示屏中显示，并实现完整的记录和存储。这就方便了工作人员能够实时的获取数据，让工作人员更加直观和迅速的检查到每个污水处理设备的实时状态，根据情况的掌握做出相应的解决措施，反方向的对各种控制的指令传递到下位机去执行，进而达到了系统的有效控制。

4.2 系统软件的部分

OPC路经过软件配置进行，这样能够和PLC连通实现正确的通信环节。GPRS数据传输，有效的保证了小型污水处理的远程检测系统正确运行，在每一个小型的污水站进行GPRS的配置，进行数据的传输，这种方式在一定程度上实现了信号的采集，合理的进行数据的上传，在集中位置实行对中心的服务设备进行检测，保证收到传输的指令后对实际情况下的参数进行改动，实现了小型污水设备处理通信的复杂程度的弱化。创建远程的监测系统过程中，元件的要素需要进行汇总的研究，另外也要建立一个网上进行检测的核心装置，达成将采集到的数据进行整理，将数据存储起来。对于PLC进行函数的配置，命名sinautmicrose.mwl的函数加入配置中，它的子函数就会按照从上到下的顺序进行，从初始化函数到控制函数，最上端的子函数实现了设置调制解调器的参数，最下端使PLC随意变化通讯方式。