摘要：循環(huán)活性污泯系統(tǒng)（CASS）是一種先進(jìn)的污水處理工藝,設(shè)計(jì)了一種實(shí)現(xiàn)CASS工藝的計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng),該系統(tǒng)具有較好的靈活性、較高的可靠性和可維護(hù)性。 關(guān)鍵詞：污水處理 CASS工藝 集散式系統(tǒng) 組態(tài) 現(xiàn)場(chǎng)總線 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,污水量和污水中的污染物種類也在不斷增加。污水處理的目的是用某種方法把污水中的污染物質(zhì)分離出來(lái),或者將其轉(zhuǎn)化分解成無(wú)毒無(wú)害的穩(wěn)定物質(zhì),從而使污水得到凈化。污水處理技術(shù)已經(jīng)經(jīng)過(guò)了一百多年的發(fā)展歷史,發(fā)展出了各種不同特點(diǎn)的污水處理工藝,有物理處理法、化學(xué)處理法及生物處理法等。為了讓這些方法更好地發(fā)揮作用,在計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)飛速發(fā)展的今天,將計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)污水處理,實(shí)現(xiàn)污水處理工藝的半自動(dòng)乃至全自動(dòng)監(jiān)控,具有非常現(xiàn)實(shí)的意義。 1 循環(huán)活性污泥處理系統(tǒng)（CASS）簡(jiǎn)介 循環(huán)活性污泥系統(tǒng)（Cyclic Activated Sludge System,即CASS）工藝是一種具有脫氮除磷功能的以序批曝氣一非曝氣方式運(yùn)行的充一放式間隙活性污泥處理工藝,在一個(gè)反應(yīng)器中完成有機(jī)污染物的生物降解和泥水分離的處理功能。CASS工藝以推流方式按一定的時(shí)間序列運(yùn)行,其運(yùn)行過(guò)程包括充水-曝氣、充水-泥水分離、上清液潷除等三個(gè)階段。這三個(gè)階段組成一個(gè)運(yùn)行周期,各周期可連續(xù)循環(huán)運(yùn)行。 系統(tǒng)整體工藝結(jié)構(gòu)如圖1所示。 2 系統(tǒng)分析 2.1 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu) 現(xiàn)在要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制, 經(jīng)分析考察,可知有下列參數(shù)需要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控：調(diào)節(jié)池高/低液位;CASS池高/低液位;潷水器位置;污泥池高/低液位;組/細(xì)格柵啟/停;進(jìn)水泵啟/停;污泥回流泵啟/停;潷水器運(yùn)行/停止;壓濾機(jī)啟/停;曝氣機(jī)運(yùn)行/停止。 系統(tǒng)除了要完成測(cè)控任務(wù)外,還要具有良好的人機(jī)交互界面,所以系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)如圖2所示。 2.2 系統(tǒng)技術(shù)目標(biāo)分析 作為一個(gè)工控系統(tǒng),除了完成必要的監(jiān)控功能和具有良好的人機(jī)交互界面外,還應(yīng)在系統(tǒng)的安全性、可靠性和可維護(hù)性等諸多方面加以考慮,并采取相應(yīng)的措施。 2.2.1 要具有較高的可靠性 使系統(tǒng)能長(zhǎng)期穩(wěn)定地運(yùn)行,要盡量保證系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生控制錯(cuò)誤、測(cè)控失效等現(xiàn)象。即使在系統(tǒng)某些組成部分發(fā)生故障的情況下也要能提供一定的應(yīng)急手段,保證生產(chǎn)繼續(xù)進(jìn)行。 2.2.2 可維護(hù)性要好 因?yàn)槲覀儾⒉荒芤笙到y(tǒng)的使用人員具有工業(yè)監(jiān)控的專業(yè)知識(shí),但在套系統(tǒng)還需要他們?nèi)ナ褂镁S護(hù),這樣系統(tǒng)的可維護(hù)性就顯得比較重要。要能做到在系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題后,維護(hù)人員能很快地判斷出故障原因及位置,并能找出解決措施。 2.2.3 要具有一定的靈活性 因?yàn)槲鬯|(zhì)情況會(huì)有一定的波動(dòng),所有系統(tǒng)要能提供一定的功能,允許用戶根據(jù)污水水質(zhì)及其它外界原因（如氣溫等）適當(dāng)調(diào)整系統(tǒng)工藝,并可根據(jù)實(shí)際情況先用多種操作方式。 3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及實(shí)施策略 3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 通過(guò)以上分析,本設(shè)計(jì)采用二極集散式控制體系,每個(gè)CASS池由一臺(tái)聯(lián)鎖機(jī)進(jìn)行控制,所有PLC都由同一臺(tái)上位機(jī)（管理機(jī)）進(jìn)行管理顯示。測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。 3.2 系統(tǒng)分層描述 3.2.1 管理層 管理層作為污水處理系統(tǒng)的最高層次,主要擔(dān)負(fù)以下任務(wù)： ·對(duì)聯(lián)鎖層PLC的工藝控制策略進(jìn)行組態(tài),使得工藝人員可以方便地在線更改控制策略及其它工藝參數(shù); ·顯示工藝流程圖,動(dòng)態(tài)顯示液位及各設(shè)備狀態(tài)、系統(tǒng)狀態(tài); ·提供手動(dòng)操作界面; ·實(shí)現(xiàn)畫面及語(yǔ)音報(bào)警; ·實(shí)現(xiàn)操作及系統(tǒng)狀態(tài)記錄、歷史查詢; ·操作人員管理; ·提供人網(wǎng)接口,與企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)聯(lián)接。 3.2.2 聯(lián)鎖層 聯(lián)鎖層是系統(tǒng)的核心,系統(tǒng)的測(cè)控聯(lián)鎖功能主要是在這里完成的,包括： ·檢測(cè)液位及各設(shè)備狀態(tài); ·根據(jù)工藝參數(shù)組態(tài)形成控制策略,并據(jù)此對(duì)污水處理的全過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制; ·設(shè)計(jì)開發(fā)了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的專用控制算法,實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的保護(hù)控制。 3.2.3 執(zhí)行層 該層主要由電氣執(zhí)行設(shè)備組成,實(shí)現(xiàn)PLC與控制設(shè)備的隔離,并執(zhí)行PLC下達(dá)的控制命令以。 3.2.4 現(xiàn)場(chǎng) 主要指污水處理系統(tǒng)中的現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行及傳感設(shè)備,包括液位控制器、泵、風(fēng)機(jī)等。 3.3 設(shè)備選型 本系統(tǒng)在設(shè)備選型時(shí)以可靠性作為主要考查依據(jù)。上位管理機(jī)選用工業(yè)控制計(jì)算機(jī);聯(lián)鎖機(jī)選用PLC,因其具有較高的可靠性,平均無(wú)故障時(shí)間可達(dá)5萬(wàn)小時(shí)以上,且具有很強(qiáng)的的抗干擾能力。 3.4 系統(tǒng)操作方式 系統(tǒng)提供三種操作模式： ·自動(dòng)運(yùn)行模式：系統(tǒng)對(duì)污水處理按設(shè)定工藝方案實(shí)行全自支控制; ·計(jì)算機(jī)手動(dòng)運(yùn)行模式：上位機(jī)顯示系統(tǒng)狀態(tài),各設(shè)備間不存在聯(lián)鎖關(guān)系; ·機(jī)械手動(dòng)運(yùn)行模式：在系統(tǒng)出現(xiàn)故障或處在維修期間時(shí)可運(yùn)行此種模式。在此種模式下各設(shè)備的運(yùn)行不受管理機(jī)與PLC控制,而由框體上的物理開關(guān)對(duì)其實(shí)現(xiàn)操作。 4 控制效果 4.1 系統(tǒng)特點(diǎn) ·本系統(tǒng)適宜處理城市生活污水、酒廠污水、食品工業(yè)污水; ·本系統(tǒng)具有一定的組態(tài)功能,能夠適應(yīng)本質(zhì)變化較大的環(huán)境; ·可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)保護(hù)控制,延長(zhǎng)了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的使用壽命,并大大減少了異常情況的發(fā)生,提高了可靠性; ·自動(dòng)化程度高,操作界面形象直觀,提供語(yǔ)音報(bào)警功能,易于使用;提供人員管理功能和歷史記錄功能,便于進(jìn)行事故分析; ·二極集散式結(jié)構(gòu),系統(tǒng)中各控制單元相對(duì)隔離,易于維護(hù)。 4.2 實(shí)際控制效果 本系統(tǒng)已成功應(yīng)用于安徽省圣泉啤灑廠,日處理污水7000噸,有效地改變了該廠的排放水質(zhì),實(shí)現(xiàn)了達(dá)標(biāo)排放。同時(shí)削減了大量污染物,減少了對(duì)環(huán)境的危害。其主工污染物年削減量為（排放濃度以GBS978-96B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)計(jì),年運(yùn)行時(shí)間300天）： CoDCr: 1942.5 噸/年 BDD5： 987 噸/年 SS： 630 噸/年 因此,實(shí)際運(yùn)行效果良好,獲得用戶一致好評(píng),已于2000年1月順利驗(yàn)收,并準(zhǔn)備在西寧特鋼等國(guó)內(nèi)大中型企業(yè)推廣使用。 隨著社會(huì)對(duì)污水處理要求的提高,開發(fā)和應(yīng)用經(jīng)濟(jì)合理、操作靈活且運(yùn)行穩(wěn)定的污水處理系統(tǒng)已日益受到研究者及企業(yè)的重視,CASS工藝無(wú)論在城市污水還是工業(yè)廢水的處理方面都具有良好的應(yīng)用前景。為了使本系統(tǒng)更具競(jìng)爭(zhēng)力,我們?cè)O(shè)想在以下幾個(gè)方面對(duì)其加以改進(jìn)： （1）系統(tǒng)采用總線式的分布式結(jié)構(gòu),設(shè)立現(xiàn)場(chǎng)控制器,所有檢測(cè)設(shè)備及電機(jī)均直接掛接在各自的現(xiàn)場(chǎng)控制器上,并由總線連接構(gòu)成系統(tǒng)。這樣可降低系統(tǒng)成本,并且現(xiàn)場(chǎng)施工也變得極為簡(jiǎn)單,同時(shí)這種結(jié)構(gòu)也更有利于維護(hù)。 （2）在系統(tǒng)中設(shè)置融氧儀、PH值測(cè)試儀、濁度儀等設(shè)備,在線檢測(cè)CASS池及污泥池的水質(zhì)。根據(jù)檢測(cè)的參數(shù),自動(dòng)實(shí)時(shí)調(diào)整工藝參數(shù),達(dá)到對(duì)系統(tǒng)的閉環(huán)控制,實(shí)現(xiàn)污水處理的全自動(dòng)控制,保證系統(tǒng)控制的最佳狀態(tài)。 （3）把系統(tǒng)管理機(jī)通過(guò)企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)與Internet相連,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程診斷,降低維護(hù)成本。