S7-300PLC在BAF法污水處理控制系統的應用

摘要：為了解決陜西省某縣城污水處理問題，設計了以BAF法為工藝，以S7-300PLC為核心，應用冗余技術、PROFIBUS現場總線技術的污水處理控制系統，闡述了控制系統的硬件集成。以StepV5．2為開發環境，應用模塊化、面向對象的程序設計思想開發了基于BAF工藝的預處理、BAF生物濾池和污泥脫水系統控制的應用程序。系統運行結果表明，控制效果達到了預期目標。
關鍵詞：S7-300PLC；BAF；污水處理；現場總線

伴隨社會經濟的發展，現代城市污水量不斷增加，工業廢水所占比重呈上升趨勢。為了改善生態環境，充分進行廢物利用，創建節約型、生態型城市。陜西省某縣城通過對污水量的預測，結合城市發展前景，確定新建一規模為2×104 m3／d污水處理廠。選用BAF工藝，利用PLC自動化技術進行污水處理。

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。污水經格柵去除粗大漂浮、懸浮物后，進入出沉池或水解酸化池進行沉砂、除油和沉淀同時去除部分SS、化學需氧量、BOD等物質，經預處理的污水進入第一級BAF-C／N濾池，絕大部分化學需氧量、BOD在此進行降解，部分氨氮進行硝化，接著污水進入第二級BAF-N濾池(或C／N濾池)，進行氨氮的徹底硝化及化學需氧量，BOD地進一步降解，同時進行化學除磷，以保證出水總磷≤0．5 mg／L，NH3-N≤5 mg／L，TN≤10 mg／L運行過程中，在一二級BAF底部進行供氧濾池運行一段時間后需對濾池進行反沖洗；反沖洗采用氣水聯合反沖洗，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行脫水處理，泥餅外運處置。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設計
鑒于該污水廠污水處理規模和BAF工藝的特點，本著技術先進，性價比高，實用可靠的原則，采用“集中管理、分散控制”的理念進行污水處理控制系統設計。系統結構如圖2所示，包括上位機管理層、下位機控制層和現場設備層。

1)上位機管理層
該層設置在中央控制室，包括兩臺工程師站，主要完成對廠內各設備和儀器儀表的工況進行監測和遠程控制，主要設備如格柵機、提升泵、鼓風機、閥門等，并對其信號進行采集顯示。儀表工況如生產過程參數(流量、液位等)、水質參數(pH值、SS、DO等)。為了給用戶提供一個科學合理的設備檢修時間，上位機及時完成對所采集的數據進行處理、儲存、顯示和打印；并對污水廠重要設備(如提升泵、鼓風機、閥門等)的開／關次數和運行時間進行累計，生成設備管理報表。以上的設備和儀器儀表的監測與遠控主要借助于WinCC V6．2組態軟件開發的生產工藝流程圖和各工藝單元流程圖，各種過程參數、水質參數、電氣參數的趨勢圖和生產統計報表。另外，通過界面設置了信號報警和聯鎖等功能，保證了生產的正常運行。
2)下位機控制層
該層選用代表當今潮流的西門子SIMATIC工業自動化產品S7-300PLC為控制核心，設計為軟冗余系統。系統以S7-315-2DP CPU作為主站，與上位機管理層計算機采用以太網通信，并以以太網作為冗余網絡為基礎。與從站分布式I／O之間數據傳輸采用PROFIBUS-DP協議通訊方式，以確保高實時性和高動態響應要求。
3)現場設備層
該層主要為BAF工藝流程各階段的現場設備和分布式ET200I／0從站，粗細格柵機、運輸機、螺旋壓渣機、提升泵、鼓風機、刮泥機、排泥泵、閥門等和PH／T、電容式液位計。
該層根據需要，設置了3個從站，分別完成預處理控制、BAF生物濾池處理、污泥脫水系統處理，主要設備有手動控制、遙控控制、自動控制3種方式，主要通過在控制層PLC中的用戶程序實現。