Автоматизация канализационных очистных сооружений г. Бийска

Автоматизация канализационных очистных сооружений г. Бийска

Введение

Автоматизация - применение средств автоматики, которые используются для превращения процесса в автоматический.

Для автоматизации процесса необходимо, чтобы был выбран наиболее точно критерий управления процессом, т.е. обобщенный показатель, характеризующий качество работы объекта управления в целом.

Система водоотведения - это сложный комплекс рассредоточенных сооружений, связанных единым технологическим циклом.

Процесс очистки сточных вод ставит перед системами автоматизации ряд следующих задач:

автоматический контроль за параметрами процесса;

автоматическое регулирование параметров процесса;

дистанционное управление технологическими потоками, сооружениями и аппаратами, телеуправление.

Схема автоматизации построена для технологической схемы канализационных очистных сооружений г. Бийска. Очистные сооружения запроектированы на производительность 80 тыс. м3/сут. Сточные воды имеют следующие показатели: концентрация взвешенных веществ Сen=229,1 мг/л, БПКполн=196 мг/л.

Технологическая схема канализационных очистных сооружений г. Бийска включает в себя следующие сооружения:

приемную камеру;

механизированные решетки;

две горизонтальные песколовки с круговым движением воды;

песковые площадки;

четыре первичных радиальных отстойника;

фильтровальный цех;

хлораторную;

два илуплотнителя;

три метантенка;

фильтр-пресс;

аварийные иловые площадки.

Очистка сточных вод происходит по следующей схеме:

. Механическая очистка. Сточная вода поступает в приемную камеру, затем в механизированные решетки, где происходит задержание крупных загрязнений, затем вода поступает в песколовки, где осаждаются и удаляются не растворимые минеральные примеси, далее вода идет в первичные отстойники, здесь из сточных вод выделяются взвешенные вещества.

. Биологическая очистка. Из первичных отстойников вода поступает в аэротенк, где при помощи микроорганизмов происходит биологическая очистка воды, затем смесь воды и ила идет во вторичные отстойники, там происходит разделение смеси на воду, циркуляционный или избыточный.

. Доочистка. После вторичных отстойников вода поступает в фильтры, где происходит задержание остаточных загрязнений на фильтрующей загрузке.

. Обеззараживание воды происходит в контактном резервуаре хлорной водой, затем обеззараженная вода сбрасывается в реку Бия.

. Обработка осадка. Избыточный ил из вторичных отстойников поступает в илоуплотнитель, где уплотняется и уже уплотненный ил идет в метантенк, туда же поступает сырой осадок и отбросы, образованные в первичных отстойниках и решетках. После метантенков уже сброженный осадок идет в фильтр-пресс для обезвоживания и далее проходит термическую сушку.

Параметрами качества очищенной воды являются: реакция среды рH; содержание взвешенных веществ; БПКполн; температура.

1. Структурная схема управления и контроля

Так как все существующие и строящиеся промышленные объекты в той или иной степени оснащаются средствами автоматизации, то необходимо решать следующие вопросы: с каких мест будут управляется те или иные участки объекта, где необходимо разместить пункты управления, операторские помещения и какова будет взаимосвязь между ними, т.е. выбрать структуру управления.

Правильный выбор структуры управления объектом автоматизации обеспечивает эффективную его работу, снижает стоимость системы управления, повышает ее надежность, ремонтопригодность и так далее.

Управление современными сложными объектами, состоящими из отдельных частей, удаленных на значительное расстояние друг от друга, осуществляется системой, имеющей многоуровневую структуру.

2. Функциональная схема автоматизации

.1 Выбор критерия управления

Основными объектами контроля являются:

приемная камера - уровень сточных вод, температура сточных вод измеряется и сигнализируется;

аэротенк - давление в воздухопроводе измеряется и сигнализируется;

метантенк - давление газа измеряется и сигнализируется.

Основными объектами регулирования являются:

решетки - управление процессом очистки по разности давлений до и после нее;

песколовки - управление процессом удаления осадка из пескового приямка по уровню песка;

первичные отстойники - управление процессом удаления сырого осадка по уровню осадка;

аэротенк - управление процессом подачи возвратного активного ила и воздуха по расходу сточных вод, поступающих в аэротенк;

вторичный отстойник - управление процессом удаления избыточного активного ила по уровню ила;

илоуплотнитель - управление процессом выгрузки уплотненного ила по времени уплотнения;

контактный резервуар - управление процессом хлорирования воды по расходу сточных вод после вторичных отстойников;

метантенк - регулирование температурой сбраживаемого осадка с помощью подачи острого пара, управление процессом отвода газа в газгольдер, осадка в фильтр-пресс;

фильтр-пресс - управление процессом выгрузки осадка и подачи иловой воды по уровню осадка.

Таким образом, критерием управления является:

КУ=f(L пр.кам.; Т пр.кам.; D реш.; L песка в песк.; L осадка в перв. отст.; L осад-ка во втор. отст.; F расход ст. вод в труб перед аэротенком; D фильтра; F расход хлорной воды; Т осадка в метантенке и Р газа в метантенке).

Характеристика объектов регулирования

. первичный отстойник - Одномерный объект регулирования нулевого порядка. Основные свойства:

ёмкость - одноемкостный;

нагрузка;

запаздывание.

. аэротенк - Одномерный объект регулирования нулевого порядка. Основные свойства:

ёмкость - одноемкостный;

нагрузка;

запаздывание.

. вторичный отстойник - Одномерный объект регулирования нулевого порядка. Основные свойства:

ёмкость - одноемкостный;

нагрузка;

запаздывание.

. контактный резервуар - Одномерный объект регулирования нулевого порядка. Основные свойства:

ёмкость - одноемкостный;

нагрузка;

запаздывание.

. иоуплотнитель - Одномерный объект регулирования нулевого порядка. Основные свойства:

ёмкость - одноемкостный;

запаздывание.

. метантенк -Многомерный объект регулирования первого порядка. Основные свойства:

ёмкость - многоемкостный;

нагрузка;

запаздывание.

2.2 Технические решения по технологическому контролю

В технологический контроль входит определение количественных и качественных параметров.

К количественным параметрам относится:

уровень сточных вод;

разность давления;

расход воздуха;

уровень осадка;

давление.

К качественным параметрам относится:

реакция среды рH;

содержание взвешенных веществ;

БПКполн;

температура.

2.3 Анализ возмущающих воздействий на процесс

Возмущающие воздействия - это факторы, произвольно действующие на значения регулируемых параметров, вызывая нежелательное их отклонение от заданных.

Основными возмущающими воздействиями являются:

приемная камера - температура сточных вод;

решетки - разность давлений;

аэротенки - расход воздуха, расход циркуляционного активного ила;

фильтры - разность давлений;

метантенк - температура осадка.

2.4 Способы стабилизации возмущающих воздействий

Температура сточных вод в приемной камере контролируется датчиком 2а и сигнализируется прибором 2б.

По разности давлений в решетках которые измеряются датчиком 3а регулируется процесс очистки регулятором 3г.

Процесс работы аэротенка регулируется следующим образом: по расходу сточных вод, измеряемых датчиком 7а, срабатывает регулятор 7б и срабатывает задвижка 8 на подаче сжатого воздуха и задвижка 9 на подаче циркуляционного активного воздуха.

На станции организована водная промывка фильтров, которая начинается при увеличении давления. Перепад давления измеряется прибором 10а. При отключении фильтров на промывку, прекращается подача исходной воды в фильтр и из фильтра путем закрытия задвижек 11. Автоматизирование процесса промывки фильтров осуществляется прибором 13а, который измеряет уровень воды в промывном баке. Промывная вода после промывки фильтра отводится при открытии задвижек 12. Подача воды на промывку прекращается при уменьшении уровня воды в промывном баке, измеряемым датчиком 13а. При уменьшении промывной воды в промывном баке закрываются задвижки 12 и открываются задвижки 11 для подачи исходной воды.

В метантенк подается смесь сырого осадка из первичных отстойников, по достижению уровня осадка в резервуаре измеряемого датчиком 5а, при открытии задвижки 6, избыточного уплотненного активного ила из илоуплотнителя при помощи командного прибора 18 и регулируемой задвижки 19. Автоматизация процесса обработки осадка в метантенке необходима для поддержания требуемого (мезофильного) режима сбраживания осадка и осуществляется:

путем автоматической подачи острого пара с помощью задвижки 21 в зависимости от показаний датчика температуры 20а;

удаление сброженного осадка регулируется командным прибором 22 при помощи регулируемой задвижки 24;

давление в метантенке контролируется прибором 17.

автоматизация управление очистной сооружение

2.5 Выбор каналов регулирования

Применяем устройства с выходным электрическим сигналом, которые преобразуют постоянный ток, в унифицированный выходной электрический сигнал постоянного тока, а также электрические регулирующие, сигнализирующие устройства и электрические исполнительные механизмы. Так как все приборы имеют выходной сигнал электрический, то в качестве канала связи используем электрические провода и кабели.

2.6 Функциональная схема автоматизации

Функциональная схема автоматизации является основным техническим документом, определяющим структуру и характер системы автоматизации.

2.7 Техническая спецификация

Техническая спецификация на приборы и средства автоматизации представлена в таблице

Таблица 1 - Спецификация приборов

3. Описание датчиков

Измерительный преобразователь типа Сапфир 22ДД. Предназначен для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами и обеспечивают непрерывное преобразование значения измеряемого параметра - давления избыточного, абсолютного, разрежения, разности давлений нейтральных и агрессивных сред в унифицированный токовый выходной сигнал дистанционной передачи. Принцип действия преобразователя основан на использовании тензоэффекта в полупроводниковом материале. Измеряемый параметр поступает в камеру измерительного блока, где линейно преобразуется в деформацию чувствительного элемента и изменение электрического сопротивления тензорезисторов тензопреобразователя, размещенного в измерительном блоке. Электронное устройство преобразует это изменение сопротивления в выходной сигнал. Чувствительным элементом тензопреобразователя является пластина из монокристаллического сапфира с кремневыми пленочными тензорезисторами, прочно соединенная с металлической мембранной тензопреобразователя.

Преобразователями типа Сапфир - 22ДД выпускают с убывающей или возрастающей характеристикой выходного сигнала. При использовании преобразователя Сапфир - 22ДД с предельным значением выходного сигнала 4 и 20 мА совместно с блоком извлечения корня БИК - 1, питание преобразователя осуществляется от БИК - 1.

Преобразователь состоит из мембранного блока и электрического устройства. Измерительные блоки выполнены двух типа: мембранного и мембранно-рычажного.

Термопреобразователи сопротивления

Термопреобразователи сопротивления (ТС) по материалу чувствительного элемента подразделяются на платиновые (ТСП) и медные (ТСМ) по ГОСТ 6651-84. Для одновременного измерения температуры одной точки двумя приборами применяются двойные TС, в которые встроены два электрически изолированных друг от друга чувствительных элемента. Номинальные статические характеристики ТС приведены в табл. II 1.7, технические характеристики и области применения основных типов TС - в табл. III.8.

В качестве чувствительного элемента ТСП используют платиновую спираль, размещенную в каналах керамического каркаса и укрепленную там изоляционным порошком. Чувствительный элемент ТСМ представляет собой бескаркасную обмотку из медной проволоки, покрытую фторопластовой пленкой и помещенную в тонкостенную металлическую гильзу с керамическим порошком.

Преобразователи Ш78 и Ш79

Преобразователи типов Ш78 и Ш79 осуществляют линейной преобразование входных сигналов (термоЭДС, ЭДС, сопротивление ТС) в выходные. Приборы допускают заземление любого из выходных контактов, длительную перегрузку по входному сигналу (на 25 % от разности пределов измерения), короткое замыкание цепи нагрузки с выходом по напряжению и обрыв цепи нагрузки с выходом по току.

Преобразователи типа Ш78 не повреждаются при обрыве входных цепей, при этом выходной сигнал находится в пределах 110-250 % его номинального значения. Преобразователи предназначены для утопленного монтажа в вырезах панели при помощи двух кронштейнов или в стойках и шкафах.

Анализатор остаточного хлора типа АХС - 203. Предназначен для контроля содержания остаточного хлора в осветленных сточных водах в системе автоматического дозирования хлора, при обеззараживании питьевой и сточных вод. Действие прибора основано на измерении тока электродной ячейки, вызванного деполяризацией хлора. Пределы измерения 0 - 10мг/т. Выходной сигнал 0 - 5мА. Анализатор предназначен для работы при температуре окружающего воздуха 5 - 500С и относительной влажности до 80%.

В комплект входит прибор КСП 2.

Уровнемер акустический ЭХО - 3 предназначен для бесконтактного автоматического дистанционного измерения уровня жидких сред, в том числе вязких, налипающих, неоднородных, выпадающих в осадок и взрывоопасных, а также сыпучих и кусковых материалов с диаметром гранул от 2 до 200 мм.

Принцип действия акустического уровнемера основан на локализации уровня звуковыми импульсами, проходящими через газовую среду, находящуюся над контролируемой жидкостью, и явлений отражения этих импульсов от границы раздела газ - контролируемая среда. Мерой уровня является время распространения звуковых колебаний от источника излучения до контролируемой границы раздела сред и обратно до приемника.

Уровнемер состоит из акустического преобразователя (АП) и преобразователя передающего измерительного (ППИ - 3). Акустический преобразователь предназначен для преобразования подводимых к нему электрических импульсов в акустические и преобразования отраженных импульсов от поверхности контролируемого материала обратно в электрические. Основой АП является пьезокерамический диск, работающий в режиме электрического источника колебания. ППИ -3 предназначен для измерения преобразования времени запаздывания отраженного импульса относительно постоянного зондирующего в выходной унифицированный сигнал постоянного тока 0 - 5, 0 - 20 или 4 - 20 мА. Преобразователь ППИ - 3 имеет обыкновенное исполнение и исполнение с искробезопасным выходом и должен устанавливаться вне взрывоопасных зон помещения и нарушенных установок.

Список используемой литературы

1.   Николадзе Г.И., Сомов М.А. Водоснабжение - М., 1995 - 688 с.

2.      Бахтина И.А. Методические указания к практическим занятиям по курсу “Автоматизация систем водоснабжения и водоотведения” для студентов специальности 290800 - водоснабжение и водоотведение / Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 1999-40с.

.        Промышленные приборы и средства автоматизации. Справочник / В.Я. Баранов, Т.Х. Безновская и др. Под ред. В.В. Черенкова - Л.: Машиностроение, 1987 - 847 с.