一种水厂污泥脱水自动控制系统的制作方法

本发明涉及污泥处理技术领域，尤其是涉及一种水厂污泥脱水自动控制系统。

背景技术：

自来水厂作为城市自来水净化处理厂，在其原水净化处理过程中，会产生大量的污泥废水副产品，随着国家对环境保护政策的日益严格趋势，自来水厂污泥废水的集中处理、防止二次污染已经成为水厂制水流程的必需的工艺环节，与污泥处理配套的自控系统也随之得到发展，但目前污泥脱水的控制方式各有不同，控制的效果和功能也参差不齐。大部分控制方式在设备发生故障后，如水泵、电机等动力源发生故障后，排泥过程不得不中断，且需要维修人员维修后方能继续处理，操作不便的同时，也不具备及时的报警操作，导致控制效率和运行效率低下。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种水厂污泥脱水自动控制系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种水厂污泥脱水自动控制系统，该系统包括：

自控plc系统，执行污泥脱水系统包括的各现场设备的状态信号采集及相应开关控制，并将采集的状态信号处理后发送至上位机，同时根据采集的状态信号执行逻辑判断和处理；

污泥脱水系统，执行自控plc系统发送的控制指令，一体化完成污泥絮凝、浓缩、脱水过程；

工控网络，提供自控plc系统与上位机之间、自控plc系统与报警系统之前、自控plc系统与污泥脱水系统之前的数据传输渠道，

上位机，获取自控plc系统发送的状态信号，获取污泥脱水机运行状态；

报警系统，与自控plc系统无线连接，对自控plc系统判断的污泥脱水系统的故障问题执行警报。

所述污泥脱水系统包括调节池、浓缩池、匀质池、压滤机设备组和配液系统，所述调节池的污水通过潜水泵抽到浓缩池中，所述浓缩池中安装浓缩机，所述浓缩池和所述匀质池之间设有用于计量污泥浓度的浓度计，所述压滤机设备组在配液系统的作用下将污泥中的泥份和水脱离，经由滤布的挤压产生干泥。所述调节池的污水通过四台潜水泵抽到两个浓缩池中。

所述污泥脱水系统设有六套压滤机设备组和一套配液系统。所述压滤机设备组包括潜水泵、冲洗泵、药液泵、各泵相对应的气动阀门、混凝器和压滤机。

所述配液系统包括一个原液池和两个药液池，所述原液池储放原液，在药液池内进行配液，每个药液池设有各自的搅拌机，配好的药液通过药液泵释放到压滤机内。

水厂的生产污水排放经由专设管道集中排放至所述调节池中，所述调节池的污水通过潜水泵抽到浓缩池中，所述浓缩池中安装浓缩机，在浓缩机的作用下，污泥沉淀至浓缩池底的管道出口处，清水上升至浓缩池的表面，经过一定时间的沉淀作用，浓缩池底部的污泥浓度逐步升高，在池底污泥浓度达到一定的数值后，所述浓缩池通过自然重力作用将污泥排放水平高度略低于浓缩池的匀质池中，匀质池中的污泥浓度达到一定的高度后，启动脱水机房的设备进行污泥处理。

所述自控plc系统通过判断调节池的液位是否超过下限执行报警操作，若发生报警，则开启配药系统，并依次判断各潜水泵是否发送故障，对于发生故障的潜水泵执行报警操作，并开启另一潜水泵。

所述自控plc系统通过判断匀质池的液位是否超过上限执行报警操作，若发生报警，则开启另一浓缩池。所述自控plc系统通过排泥后检测含水量是否超过阈值执行是否关闭浓缩池阀门，若超过，则关闭相应阀门，若没有超过，则继续控制调节池排污，开始污泥脱水，浓缩池继续排泥。

本发明提供的水厂污泥脱水自动控制系统，相较于现有技术至少包括如下有益效果：

1)本发明通过plc控制，使得污泥的絮凝、浓缩、脱水过程一体化、智能化；且plc能够控制药剂投加量、絮凝池及污泥脱水机的自动化运行，可实现更加智能、高效率的控制；

2)本发明设有多个潜水泵、浓缩池、压滤机、药液池等，当有设备发生故障时，可采用备用设备及时，排泥过程不会中断，也不需要维修人员立即进行维修，节省了时间成本，保证了运行效率；

3)对于出现故障的情况，可及时执行报警操作，能够使上位机及相关管理人员及时获取污泥脱水机运行状态。

附图说明

图1为实施例中水厂污泥脱水自动控制系统的结构框图；

图2为实施例中调节池排污流程示意图；

图3为实施例中浓缩池排污流程示意图；

图4为实施例中调节池报警流程示意图；

图5为实施例中匀质池报警流程示意图；

图6为实施例中配液操作的流程示意图；

图7为实施例中压滤机停机流程示意图；

图8为实施例中压滤机运行流程示意图；

图9为实施例中压滤机运行故障处理流程示意图；

图10为实施例中污泥脱水流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

实施例

本发明涉及一种水厂污泥脱水自动控制系统，包括自控plc系统、污泥脱水系统、工控网络、上位机和报警系统。

脱水过程是整个污泥脱水处理的核心流程。污泥脱水系统包括调节池、浓缩池、浓缩机、压滤机设备组和配液系统调节池的污水通过潜水泵抽到浓缩池中，浓缩池中安装浓缩机，浓缩池和匀质池之间设有用于计量污泥浓度的浓度计，压滤机设备组在配液系统的作用下将污泥中的泥份和水脱离，经由滤布的挤压产生干泥压滤机设备组包括污泥泵，冲洗泵，潜水泵，混凝器，压滤机，药液泵及相关的气动阀门。配液系统包括一个原液池和二个药液池，原液池储放原液，在药液池内进行配液(原液加水)，配好的药液通过药液泵释放到压滤机内。污泥通过污泥泵打到压滤机的滤布上，在药液的作用下污泥中的泥份和水脱离，经由滤布的挤压产生干泥。压滤机设有上、下滤布。

报警系统与自控plc系统无线连接，用于对自控plc系统判断的故障问题执行警报。

本发明系统的自动控制由自控plc系统单独完成，其自控功能与原有的用来控制各设备运作的plc相对独立，并能够与原plc相互交换数据，同时把所有数据传输至工控网络上，供上位机采集。本发明所采用的plc是独立运行控制污泥脱水运行，并备有网络端口，与其他控制系统plc只是通过网络端口进行数据通信，这个通信端口可以使用工业以太网协议，也可以使用其他工业通信协议。

自控plc系统首先完成现场设备的状态信号采集和相应的控制，包括受控阀门的状态和控制，泵的状态和控制，电机系统的状态和控制，压滤机的状态和控制等，流量计的信号等。现场设备状态和控制信号由plc处理后送至上位机系统，同时plc根据现场情况做出逻辑判断和处理，完成整个系统的自动控制。

在本实施例中，调节池的污水通过4台潜水泵抽到2个浓缩池中。浓缩池属于溢流池，池中安放浓缩机。在浓缩机的作用下，污泥沉淀到池底的管道出口处，清水上升到池的表面，通过位于池上部的溢流齿流放到排水池中再回收。经过一定时间的沉淀作用，浓缩池底部的污泥浓度逐步升高。在池底污泥浓度达到一定的数值后，通过自然重力作用将污泥排放水平高度略低于浓缩池的匀质池中。浓缩池和匀质池期间放置有浓度计计量污泥浓度。匀质池中的污泥浓度已经相当高，在匀质池的污泥达到一定的高度后，由人工启动脱水机房的设备进行污泥处理。浓缩池共有两个并排的进口阀门，编号1号和2号，分别对应1号和2号浓缩池。本发明额外设有一个预浓缩池。

脱水机房是整个污泥脱水处理工程的核心车间。车间内设置有6套压滤机设备组和1套配液系统。压滤机设备组包括污泥泵，冲洗泵，混凝器，压滤机，药液泵及相关的气动阀门。配液系统包括一个原液池和二个药液池(溶液池)，原液池储放原液，在药液池内进行配液(原液加水)，每个溶液池设有各自的搅拌机；配好的药液通过药液泵释放到压滤机内。污泥通过污泥泵打到压滤机的滤布上，在药液的作用下污泥中的泥份和水脱离，经由滤布的挤压产生干泥。

a.整个工艺可分为3个重要的也是比较独立的环节，调节池排泥、浓缩池排泥和脱水机房污泥干化。

调节池的污水排放自动根据调节池的水位，用户可设定几级水位，分别对应开启的泵的数量。由于浓缩池属于溢流池，在设计的流量范围内，调节池可连续向浓缩池中排泥。

浓缩池的污泥排放取决于池底污泥的浓度，用户根据实际情况设定开始排放的浓度值，自控系统定时检测污泥浓度，根据用户的设定来决定是否排泥。

脱水机房的控制由人工启动，但启动和结束都受到自控系统根据实际情况作出的安全处理。配药系统相对独立，用户设定药液的配比，配药工艺的开始和结束需人工控制。

如图10所示，图中b系列编号表示泵，jb系列编号表示搅拌机，mv系列表示电动阀，即各出口、进口阀门都采用电动阀。d系列编号代表污泥浊度仪，f系列编号表示流量仪，l系列编号表示液位仪器。通过图10可知本发明污泥处理的流程依次通过以下流通池完成：滤池反冲洗废水、污水池、预浓缩池、排泥水调节池、浓缩池和平衡池(污泥匀质池)，并与两个溶液池的配合作用。因污泥处理车间晚上只有冲洗废水，无沉淀池排泥水，故无需考虑沉淀池排泥水进入。其中，滤池反冲洗废水通过污水池输入至预浓缩池，预浓缩池的出口阀门mv001连接排泥水调节池，排泥水调节池中设有搅拌机和泵。排泥水调节池连接两个浓缩池，1号浓缩池通过浓缩池出口阀门mv201连接排泥水调节池，2号浓缩池通过浓缩池出口阀门mv202连接排泥水调节池。匀质池内设有搅拌机，匀质池通过阀门mv203连接浓缩池，匀质池的出口连接板框压滤及出泥系统。1号溶液池设有进原液阀门mv101、出口阀门mv103、搅拌机jb101以及泵b101。2号溶液池设有进原液阀门mv102、出口阀门mv104、搅拌机jb102以及泵b102。

1、关于预浓缩池：

预浓缩池原来是没有液位计的，需要增加安装液位计来实现自动控制，但在实际应用过程中，池子因为格栅的阻拦并不符合安装液位计的条件，即使安装液位计也无法精确测量池子的实际液位，因此通过安装液位高报警开关来实现自动控制。因预浓缩池现场控制柜空间狭小，本发明通过现有自动控制端子连接液位高报警开关连接来实现自动控制。

预浓缩池自动控制方式，高报警开关未报警的时候，视预浓缩池没有达到最大负荷，可以持续进水，高报警开关报警的时候，视预浓缩池达到最大负荷，此时打开预浓缩池通往排泥水调节池的阀门，往排泥水调节池继续进水。

预浓缩池信号：预浓缩池出口阀门*1，远程就地信号*1，阀门开足信号*1，阀门关足信号*1，阀门故障信号*1，液位高报警信号*1，阀门开信号*1，阀门关信号*1，阀门停信号*1，液位计信号*1。

di信号：5个，do信号：3个，ai信号：1个(预留)。

2、关于排泥水调节池：

排泥水调节池原来已经安装过液位计，无需另外安装。排泥水调节池现场控制柜有一定的空间可增加自动控制端子，对于现场要控制的多个提升泵，每个提升泵前端设有手动阀门，考虑到需要变更为电动阀门，需要预留模块点位。

排泥水调节池自动控制方式：通过设定液位计的高低报警，来控制各台提升泵与各台泵前阀门往浓缩池进水。例如，现场一般有4台提升泵需要控制，提升泵前端有4个手动阀门，排泥水调节池通过设定液位计的高低报警，来控制4台提升泵与4台泵前阀门往浓缩池进水。

排泥水调节池信号：排泥水调节池出口阀*4，远程就地信号*4，阀门开足信号*4，阀门关足信号*4，阀门故障信号*4，阀门开信号*4，阀门关信号*4，阀门停信号*4。

排泥水调节池提升泵*4(预留)，远程就地信号*4，运行信号*4，故障信号*4，开信号*4，停信号*4。

di信号：28个，do信号：20个，ai信号：2个。

3、关于浓缩池：

浓缩池同预浓缩池一样，原来没有安装液位计，经过现场考察同样无法安装液位仪，所以通过确定安装液位高报警开关来实现自动控制。

浓缩池自动控制方式，高报警开关未报警的时候，视浓缩池没有达到最大负荷，可以持续进水，高报警开关报警的时候，视浓缩池达到最大负荷，此时打开浓缩池通往平衡池的阀门，往平衡池继续进水。

浓缩池信号：浓缩池出口阀门*2，远程就地信号*2，阀门开足信号*2，阀门关足信号*2，阀门故障信号*2，液位高报警信号*2，阀门开信号*2，阀门关信号*2，阀门停信号*2，液位计信号*2。

di信号：10个，do信号：5个，ai信号：2个(预留)。

进一步地，如果经过实际测量，预浓缩池与调节池如果符合晚上运行最大负荷，则暂不用考虑通过浓缩池步骤。

4、关于药剂加注过程：

药剂加注主要控制预浓缩池进口和浓缩池进口加注点。预浓缩池加注泵开启调节为：预浓缩池进口阀打开，浓缩池加注泵开启条件为调节池提升泵开始运行，加注时只需运行加注泵即可，无需调节加注量。因加药系统主要编程为外国技术人员完成，硬件设备采用西门子plc，如果强行分离难度和风险较大，所以建议借用现有设备端子、线缆，独立设立现场控制箱、敷设控制线缆，以保障系统安全运行。

药剂加注信号：泵后出口阀*5(预留)，远程就地信号*5，阀门开足信号*5，阀门关足信号*5，阀门故障信号*5，阀门开信号*5，阀门关信号*5，阀门停信号*5。

加注泵*5，远程就地信号*5，运行信号*5，故障信号*5，开信号*5，停信号*5。

di信号：35个，do信号：25个。

进一步地，采用pam药剂进行加注。

如图2所示，由自控plc系统控制的排泥水调节池排污流程包括以下步骤：

步骤a1、启动污泥脱水程序，即各浓缩池开始排泥。

步骤a2、自控plc系统判断浓缩池的液位是否超过液位标准线的下限，若是，则执行排泥水调节池报警，排泥水调节池报警的具体步骤如图4所示。否则，判断排水池液位是否过高，若是，则控制排水池执行报警，并控制已开启的各个阀门关闭，退出程序；否则执行下一步。

步骤a3、控制搅拌机、加药泵开启，浓缩池加药，通过搅拌机与加药泵联动，并采用时间控制；判断从控制搅拌机、加药泵开启的时间起是否已经到达10分钟，若是，则判断是否已经开启了1号潜水泵，否则，继续计数，直至到达10分钟；若当前已经开启了1号潜水泵，则再打开2号潜水泵，否则，打开1号潜水泵。

步骤a4、对于步骤a3的打开的潜水泵判断是否发生故障，若发生故障，则开启另一个潜水泵，并对另一个潜水泵也判断是否发生故障，若同样发生故障，则进行报警，并打开备用潜水泵，即3号潜水泵。打开后，同样判断该潜水泵是否发生故障，若是，则报警，关闭所有已经打开的阀门；若没有，则执行下一步。

步骤a5、判断当前是1号浓缩池还是2号浓缩池在排泥，若是1号浓缩池排泥，则打开2号进口阀门，将浓缩泥排入2号浓缩池；若是2号浓缩池排泥，则打开1号进口阀门，将浓缩泥排入1号浓缩池。

若上述流程发生故障，按照下述方式进行处理：

若潜水泵故障后，关闭相应的水泵和阀门，根据实际情况开启其他的水泵或中断排泥过程。

浓缩池的故障处理：

对电动阀的过转矩故障作出报警处理。

若是脱水机房的设备出现故障，因脱水机房的设备相关性比较强，在任何设备出现故障后都将作停止整套设备的处理，并报警。

图4中，排泥水调节池报警的具体步骤为：

启动调节池报警子程序，判断调节池的液位是否达到超过上限，若超过，则不允许沉淀池排泥，并进行报警；若没有达到，则隔段时间后，再次判断液位是否达到超过上限，若超过，则进行上限报警；若没有超过，则判断液位是否超过下限，若超过，进行下限报警，否则，隔段时间后，再次判断液位是否达到超过下限，若超过，则关闭搅拌机、潜水泵、加药泵后进行报警，否则，判断各潜水泵是否出现故障；具体地：判断1号潜水泵是否出现故障，若是，进行潜水泵故障报警，并打开2号潜水泵，若1号潜水泵没有故障，则判断2号潜水泵是否出现故障。若2号潜水泵出现故障，则进行潜水泵预警后，打开1号潜水泵。若2号潜水泵没有出现故障，则返回程序初始步骤，2号潜水泵继续正常运行。上述过程中，当一开始1号潜水泵出现故障打开对2号潜水泵进行工作时，后续判断2号潜水泵也出现故障，则表明1、2号潜水泵都发生了故障，此时，判断3号潜水泵是否有故障，若有，则报警，并关闭所有已打开的阀门后退出调节池报警子程序，否则，返回程序初始步骤，3号潜水泵继续正常运行。

按照上述流程将浓缩泥排入浓缩池后，浓缩池进行排污，具体流程如图3所示。

步骤b1、定时检测浓缩池中的污泥浓度，本发明每5小时依次对两个浓缩池进行浓度检测。

步骤b2、判断匀质池的液位是否超过了标准线的上限，若是，则执行匀质池行报警，否则，打开1号浓缩池出口阀门(图10中mv201)。匀质池报警的具体步骤如图5所示。

步骤b3、判断从打开3号阀门(图10中mv203)时间起是否已经到达10分钟，若是，则检测含水率是否超过95％，否则，继续计数，直至到达10分钟。当达到10分钟，检测含水率超过95％，则关闭3号阀门(图10中mv203)，若没有超过，则控制排泥水调节池排污，开始污泥脱水，即浓缩池开始排泥。

步骤b4、排泥后检测含水量是否超过96％，若是，则关闭3号阀门(图10中mv203)，若没有超过，则继续控制排泥水调节池排污，开始污泥脱水，浓缩池继续排泥。

本发明配液系统的配液流程如图6所示。

步骤c1、启动配液程序。

步骤c2、判断1号溶液池的液位是否达到下限，若是，则执行下一步，否则，返回步骤1继续配液。

步骤c3、打开2号溶液池的进原液阀门(图10中mv102)，输入进1单位的高度原液。然后关闭2号溶液池的进原液阀门(图10中mv102)，打开其进水阀门，加入19单位的高度水后，打开2号溶液池的搅拌机(图10中b102)进行搅拌。

步骤c4、判断1号溶液池的液位是否达到下限，若是，则执行下一步，否则，再次进行液位检测。

步骤c5、关闭1号溶液池的出口阀门(图10中mv101)，打开2号溶液池的出口阀门(mv102)，关闭2号溶液池的搅拌机(图10中jb102)。

步骤c6、判断2号溶液池的液位是否达到下限，若是，则执行下一步，否则，再次进行液位检测。

步骤c7、打开1号溶液池的进原液阀门(图10中mv101)，并输入进1单位的高度原液。然后关闭1号溶液池的进原液阀门，打开其进水阀门，加入19单位的高度水后，打开1号溶液池的搅拌机(图10中jb101)进行搅拌。

步骤c8、判断2号溶液池的液位是否达到下限，若是，则执行下一步，否则，再次进行液位检测。

步骤c9、关闭2号溶液池的出口阀门(图10中mv104)，打开1号溶液池的出口阀门(图10中mv103)，关闭1号溶液池的搅拌机(图10中jb101)。

按照上述流程，将配好的药液通过药液泵释放到压滤机内。压滤机启动流程如下：

步骤d1、启动压滤机。

步骤d2、判断各受控设备是否准操作，若是，执行下一步，否则，提示设备未受控并执行报警后，返回步骤d1。

步骤d3、判断气管压力是否大于或等于4kg，若是，则开启冲洗泵，否则开始计时，若达到预设时长则执行报警后，返回步骤d1。

步骤d4、判断冲洗泵是否出现故障，若是，则进行故障报警，停止冲洗泵运行后，返回步骤d1。若没有发生故障，则判断水压力是否大于或等于4kg，如是，则开启压滤机，开启张紧气缸电磁阀，延时10秒后开启压滤机马达，否则，开始计时，若达到预设时长则执行报警后，返回步骤d1。

步骤d5、判断压滤机是否出现故障，若是，则进行故障报警，停止压滤机运行后，返回步骤d1。若没有发生故障，则开启混凝器，并判断其是否发生故障，若是，则进行故障报警，停止混凝器运行后，返回步骤d1。若没有发生故障，则执行延时，直到延时达到10分钟，开启加药泵。

步骤d6、判断加药泵是否出现故障，若是，则进行故障报警，停止加药泵运行后，返回步骤d1。若没有发生故障，则开启污泥泵，并判断其是否发生故障，若是，则进行故障报警，停止污泥泵运行后，返回步骤d1。若没有发生故障，则判断1号至3号压滤机是否都开启了，若是，则开启1号螺杆机，否则，判断4号至5号压滤机是否都开启了，若都开启了，则依次开启2号螺杆机、3号螺杆机，否则，直接开启3号螺杆机。

步骤d7、判断各螺杆机是否出现故障，若是，则进行故障报警，停止发生故障的螺杆机运行后，返回步骤d1。若没有发生故障，则继续运行螺杆机，完成压滤机启动。

压滤机停机具体流程如图7所示。

启动后的压滤机的运行流程如图8所示。

步骤f1、执行压滤机运行子程序。

步骤f2、判断上滤布是否偏左，若是，则进行上滤布左纠偏操作，提示跑偏信号，信号消失15秒后取消纠偏，进入步骤f1。否则，执行下一步。

步骤f3、判断上滤布是否偏右，若是，则进行上滤布右偏操作，提示跑偏信号，信号消失15秒后取消纠偏，进入步骤f1。否则，执行下一步。

步骤f4、判断下滤布是否偏左，若是，则进行下滤布左纠偏操作，提示跑偏信号，信号消失15秒后取消纠偏，进入步骤f1。否则，执行下一步。

步骤f5、判断下滤布是否偏右，若是，则进行下滤布右偏操作，提示跑偏信号，信号消失15秒后取消纠偏，进入步骤f1。否则，执行下一步。

步骤f6、判断是否启动了紧急停机，若是，则进入停止压滤机操作程序，进入步骤f1；否则，判断是否出现压滤机运行故障。若出现故障，执行故障处理程序，进入步骤f1。若没有出现故障，则执行下一步。

步骤f7、判断是否换汽车，若没有，打开2号螺杆机，进入步骤f1。若有，停止2号螺杆机运行后，进入步骤f1。

步骤f6中，压杆机故障处理具体内容为：

a)判断该压滤机的相关泵是否出现故障，若是，则停止该压滤机，打开下一个压滤机，如没有故障，则判断压滤机是否发生故障；若发生故障，则停止该压滤机，打开下一个压滤机，否则，进入下一步。

b)判断气压过低是否达到5秒，若是，则停止所有压滤机及相关设备。若没有，则判断水压过低是否达到5秒，若是，则停止该压滤机，打开下一个压滤机，否则，进入下一步。

c)判断1号螺杆机是否发生故障，若发生，停止1、2、3号压滤机运行，否则，判断2号螺杆机是否发生故障，若发生，停止4、5、5号压滤机运行，否则，判断3号螺杆机是否发生故障，若发生，则停止所有压滤机及相关设备。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。