引言

長橋水廠是上海自來水市南有限公司屬下的一家大型水廠。水廠地處上海市西南地區，制水能力140萬m3/d,供水服務范圍為徐匯、長寧、普陀、靜安、盧灣等區和閔行區的華漕、青浦區部分地區，供水量占上海地區總供水量的四分之一。水廠的水源來自黃浦江上游的松浦泵站，原水濁度平均在50NTU左右，上游原水經提升進入平流式沉淀池，沉淀池的廢水由污水泵提升，排入水廠附近春申塘河道，河道雖定期疏竣，但日積月累仍對周邊的環境造成不良影響。為了加強環境保護，減少未經處理的沉淀廢水排放，長橋水廠利用世界銀行水環境保護貸款項目，新建了一套水廠污泥濃縮和脫水系統。該系統按制水60萬m3/d的沉淀排泥水處理能力進行設計,廢水經處理后，達上海市環保標準再進行排放。脫水機設備的選型，在充分考慮了水廠污泥制備量大和對環境影響要小等因素，選用了大型板框壓濾機組成的污泥脫水系統。

1污泥脫水系統概述

在制水能力為60萬m3/d的沉淀池中，通過安裝在沉淀池上的排泥機，以虹吸一泵吸的方式,吸出泥水量約5800-116001A,其含固率在0.5%~1%之間。為了將較低濃度的排泥水變成較高濃度的污泥水，排泥泵輸送的泥水首先進入3座污泥濃縮池，經不銹鋼斜板絮凝和濃縮分離后，旋轉刮泥機將濃縮池底部的污泥匯集至中心泥斗，重力將其排入污泥平衡池，濃縮池的上清液則直接排至廠內雨水管道。系統設有2座平衡池，池的對角布置2臺潛水型攪拌機，防止池內污泥沉淀和淤積。每座平衡池對應2臺柱塞泵，把污泥提升后注入3臺大型板框壓濾機，為了調質污泥質量改善脫水效果，在柱塞泵吸泥時投加有機高分子絮凝劑（PAM）。

2控制系統概述

該控制系統的控制操作采用3種方式:PLC自動操作、PLC手動操作和MCC手動操作。用于控制整個污泥脫水系統的是1臺主PLC工作站，它作為控制系統的主要設備,用于系統的一級控制,9臺uPLC控制器分別對進泥柱塞泵、板框壓濾機等相關設備進行單體設備的程序控制（見圖2）。所有uPLC控制器均在設備現場安裝,并配置PanelView550觸摸屏（HMI）,用于現場監控和技術參數的調整。鑒于污泥脫水系統作為長橋水廠控制系統的一部分，必須與水廠控制設備兼容一致，所以選用了ALLen-BradleyControLogix系列的硬件設備。主PLC工作站安裝在污泥脫水車間的控制室內，包括裝有PLC控制器的機柜及人機監控操作的上位工控機，上位工控機安裝Windows2000操作系統作為運行平臺，監控軟件選用RSView32作為人機界面，用于監視系統設備的運行和操作過程。

系統機電設備控制采用MCC手動優先的原則，只有當MCC柜上的控制轉換開關切換至“自動”時，PLC才能實施控制和操作。2.1處理器和通訊網絡F主PLC工作站處理器模塊為1756-L55M14,系統的通訊接口由ProSoft等第三方支持，插入相應的通訊接口模塊，就可以為處理器提供與￡由?「-Net、ControlNet、DeviceNet、Modbus等網絡通訊：

通過冗余ControlNet網絡與水廠其他PLC工作站和中控室進行通訊；

通過ControlNet網絡與l#~9#uPLC連接；

通過Modbus現場總線與MCC機柜相連，用于檢測配電系統開關狀態、電流、電壓等電量參數；

通過DeviceNet現場總線與軟啟動器、變頻器等相連，用于檢測柱塞泵、隔膜擠壓泵的頻率、電流、電壓等電量參數；

通過EtherNet網絡與上位工控機相連，組成控制系統的上位機人機界面。

PLC的編程和組態由RSLogix5000軟件提供。

2.2PLC控制方式

系統的設備控制都具有PLC“自動”和“手動”兩種方式（或稱順序聯動和軟件手操），當MCC柜上的控制轉換開關切換至“自動”時，機電設備受控于虛擬的控制按鈕，通過點擊“自動”和“手動”按鈕，激活相應的控制操作。

2.3安全權限管理

RSView32通過設置不同的安全級別，對各用戶的操作權限進行控制。該系統按超級用戶、管理人員、操作人員、游覽人員4個級別進行授權。除游覽人員級外，其余均采用用戶登錄方式進人相應的授權應用層面。用戶在登錄超級用戶、管理人員應用層面時，可依據生產的實際情況，修改和調整工藝與自控參數。

2.4報警和數據庫

控制系統的報警分為“提示”報警和“警示”報警，前者僅提示用戶,PLC控制器并不直接干預設備的控制操作，后者則對設備控制操作的同時提示用戶。無論是“提示”報警和“警示”報警都有報警提示、報警確認和報警記錄等部分組成，操作人員可以從歷史報警的記錄中，查閱某個時間中某報警的產生、解除、確認的時間等資料信息。

紅外光柵屏組成板框機的安全“警示”報警。光柵屏由一個光柵發射器和一個光柵接受器組成，光柵屏能產生保護平面,一旦有人員或其他障礙物在板框機工作時闖入阻擋光柵屏時,PLC控制器通過信號回路的檢測，啟動板框機急停控制程序,從而達到安全生產的目的。

對于不同的靜態畫面進行數據的動態刷新，加上新的動態實時數據，構成了帶動態顯示的工藝畫面，數據庫的維護以環形隊列方式進行移位，環形隊列中始終保持當前時刻為止的前30d歷史數據。

2.5控制權限切換

RSView32作為工控軟件允許另一臺計算機進行交互操作，主PLC工作站機柜內有“就地”和“中控”的控制轉換開關，當控制轉換開關切換至中控時，可由水廠中央控制室對污泥脫水車間進行監控,控制權力的切換十分方便。

2.6系統結構）

主PLC工作站通過ControlNet網絡與uPLC連接el,接收uPLC及現場儀表、設備的信號，并實現監視功能，同時根據工藝要求協調控制uPLC的動作，直接控制相關的設備（在uPLC切換至主控時）。

3工藝過程的控制

3.1濃縮池和平衡池控制

從沉淀池底部吸出的排泥水，其流量和濁度隨制水量和原水濁度變化而改變，具有較大的不確定性。為了使污泥脫水系統適應生產變化的要求，先把排泥機的工作狀態、排泥池的液位等信息，通過冗余ControlNet通訊網絡，前饋傳至污泥脫水主PLC工作站;為了準確地反映進入濃縮池的排泥水量，在排泥水的輸送管道上安裝了用于計量的電磁流量計及用于監控的超聲波液位計、超聲波泥位計、管道泥位計、低濁度測定儀等控制儀表。

進入濃縮池的排泥水流量通過氣動管夾閥進行控制,PLC檢測濃縮池內上清液的濁度變化，當濁度低于某設定值，而且液位下降時，氣動管夾閥逐步開啟。隨著上清液的濁度不斷增加并高于設定限值時,PLC控制關閉氣動管夾閥。

平衡池是個緩沖池，其作用是給進泥柱塞泵提供濃度穩定的污泥。PLC根據平衡池液位高低，控制池內攪拌機的開停、控制進口氣動管夾閥門（濃縮池的出口閥門）開啟、還決定后道工序柱塞泵的開停。

3.2PAM配制和柱塞泵控制

為了達到良好的脫水效果，在柱塞泵的吸泥處投加有機高分子絮凝劑（PAM）。絮凝劑一般為粉末狀固體，必須配置成一定濃度的液體才能投放和加注，藥劑的配比過程由uPLC作如下控制：

雙螺旋給料機粉末進料和清水按一定比例配比控制；

溶液在熟化罐中攪拌和時間控制；

變頻螺桿計量泵藥劑存貯、輸送控制。

PAM的加注量受進泥柱塞泵控制，柱塞泵在吸泥的同時吸入PAM,其加注量與柱塞泵的進泥量同比。

液壓驅動立式柱塞泵控制板框壓濾機的進泥，進泥開始時，關閉板框壓濾機的活動端板，柱塞泵開始進泥，進泥到一定時間，濾板腔體壓力增高，柱塞泵開始降低進泥的沖程，越來越慢直至完全停止。柱塞泵進泥啟動的命令，則由主PLC工作站發出。

3.3板框壓濾機和卸泥系統

為了進一步干化污泥，注泥結束后即啟動隔膜擠壓系統，利用螺桿泵產生的高壓水擠壓濾板橡膠隔膜。脫水泥餅需在濾板腔室中恒壓并保持一段時間,PLC采用PID調節方式，控制螺桿泵擠壓的速率,恒定濾板腔室中泥餅的壓力，達到提高其含固率的目的。壓濾過程中產生的擠壓水，由儲水槽收集并循環使用。

中心吹泥是指隔膜擠壓工序完成后，利用壓縮空氣將濾板進泥中心管內無法脫水的污泥吹出的工藝過程。將空氣引入到活動端板進料口，通過空氣擠壓的方式，將殘留在濾板中心夾環中的污泥從固定端板的進料管吹到污泥平衡池中，中心吹泥一般要持續數次才能吹洗干凈。

為了有助泥餅從濾板脫落，在濾板的觸泥部分安裝了濾布，雖經抖板卸泥流程的操作，但在多次壓濾后，仍有污泥殘留淤積在濾布上，插入濾布清洗流程，將有助提高濾布的透水效果。濾布的清洗由PLC控制器實行對位控制，然后控制旁通電磁閥門，利用清洗水泵提供的高壓清洗水，逐一對濾布進行清洗。

脫水機開板后的泥餅經分隔打碎落入儲泥箱。儲泥箱的上部裝有超聲波泥位計，PLC控制器檢測泥位的高低，控制液壓驅動的推泥板柵，泥餅緩緩地向出口處蠕動堆積，跌落的泥餅經安裝在出口槽低部的螺旋機輸送，裝車啟運。

結束語

污泥脫水系統作為減少污染，降低有害排放的環保項目，目前已引起有關企業的廣泛重視。由板框壓濾機組成的污泥脫水系統效率高，控制系統較離心機組成的污泥脫水系統復雜。隨著自動化控制技術的不斷發展，我們有理由相信，污泥脫水系統的自動化控制會越來越完善。

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