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施耐德PLC在城市污水廠中的應(yīng)用

時間:2009-01-04 15:21:10來源:dujing

導(dǎo)語:?本文重點介紹介紹施耐德電氣Premium PLC在城市污水處理Orbal氧化溝工藝中的應(yīng)用及其網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。PLC的使用使得系統(tǒng)設(shè)備運行更加穩(wěn)定、合理,有效的延長了設(shè)備使用壽命和節(jié)約了能源。
[摘 要]:我國城市污水任意排放日益嚴重,全面建立完善的自動檢測監(jiān)控系統(tǒng)勢在必行。本文重點介紹介紹施耐德電氣Premium PLC在城市污水處理Orbal氧化溝工藝中的應(yīng)用及其網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。PLC的使用使得系統(tǒng)設(shè)備運行更加穩(wěn)定、合理,有效的延長了設(shè)備使用壽命和節(jié)約了能源。 [關(guān)鍵詞]:污水處理、Premium PLC、Orbal工藝、網(wǎng)絡(luò)、VB6.0、報表、能源 [Abstract]: The city-waste water is let progressively at random. We should build the waste water treatment plant full-scale and we should use automation system in it. This paper introduces The application and network of The Schneider Electric PLC in the waste water treatment plant . The use of PLC system makes the equipment running in a steady and rationalization state. It prolongs the equipments’ lives and it economize the energy sources. [Key Words]: waste water treatment, Premium PLC ,Orbal technic , worknet ,VB6.0 ,report forms ,energy sources 引言:   隨著我國的社會和經(jīng)濟的高速發(fā)展,環(huán)境問題日益突出,尤其是城市水環(huán)境的惡化,加劇了水資源的短缺,嚴重影響著人民群眾的身心健康,這些情況已經(jīng)成為城市可持續(xù)發(fā)展的嚴重制約因素;我國現(xiàn)階段很多大中型城市的廢水排放量大,已造成城市地表水的嚴重污染;三峽庫區(qū)水環(huán)境保護事關(guān)三峽工程長期安全運行和長江中下游地區(qū)經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展,因此受到國內(nèi)外廣泛關(guān)注,但目前各城市仍然是直接排放污水或因水處理自控系統(tǒng)不完善沒處理好就把污水排放了,很多操作和檢測監(jiān)控過程仍停留在人工階段,監(jiān)控時間覆蓋率低,手工采集樣品缺乏科學性和代表性,難以反映企業(yè)和城市污水處理及排放連續(xù)變化的情況。大范圍的建立污水處理系統(tǒng)及在線自動控制監(jiān)控體系,勢在必行。 系統(tǒng)簡介:   重慶巫山污水處理廠位于巫山縣城邊緣,廠區(qū)緊鄰長江流域,處于三峽庫區(qū)腹地,該污水處理廠采用的是改良型Orbal氧化溝工藝,日處理污水量3萬噸,廠區(qū)主體構(gòu)筑物有:綜合樓、配電房、進水提升泵房、粗細格柵井及旋流沉砂裝置、Orbal氧化溝、終沉池、污泥回流剩余泵井、脫水機房等;整個廠區(qū)設(shè)備及閥門均采用MCC和PLC兩種控制方式,正常情況下可以實現(xiàn)儀表、PLC的完全自動檢測控制及運行狀況監(jiān)控;下位機采用施耐德電氣的Premium 系列PLC,上位機采用北京華富Control2000監(jiān)控軟件。該廠自動控制系統(tǒng)于2006年7月11日全面完成調(diào)試,目前系統(tǒng)運行正常。 污水處理系統(tǒng)詳述: 一、Orbal氧化溝工藝介紹如(圖一) [align=center] 圖一 Orbal氧化溝工藝簡圖[/align]   Orbal氧化溝水處理工藝起源于南非,后經(jīng)不斷改進和推廣,在全球范圍得到廣泛應(yīng)用。城市污水由管道集中后,水流首先經(jīng)過粗格柵,將粗的垃圾去除,然后由提升泵將污水提高水頭(后面工藝要求有高水頭),再經(jīng)過細格柵及旋流沉砂池,進一步去除小的垃圾和泥砂,污水進入水處理主體結(jié)構(gòu)——氧化溝,污水在“O”型的氧化溝中經(jīng)過曝氣機調(diào)節(jié)曝氣,使得污水得到缺氧、氧化、硝化、反硝化等反應(yīng),在該過程中完成BOD(生物耗氧量)、COD(化學耗氧量)的去除及污水脫氮的功能,并為下一步水的沉淀作好準備,經(jīng)過氧化溝處理的水流入終沉池,加入Fe3+、或Al3+ 使得水中的(PO4)3- 得以沉淀,充分沉淀后,清水最后經(jīng)二氧化氯消毒后排入長江。沉淀的污泥經(jīng)脫水機濾干后焚燒處理。 二、廠區(qū)主要設(shè)備控制要求 1、粗細格柵機及其附屬輸送壓榨設(shè)備的控制 定時控制:根據(jù)外來污水狀況和運行經(jīng)驗,通過設(shè)定相關(guān)定時參數(shù),自動控制格柵機的啟動時間和停止時間。 液位差控制:在格柵機的前后均設(shè)置一臺超聲波液位傳感器,檢測出格柵機的前后液位差。設(shè)定低液位差LDF2和高液位差LDF1,當檢測到的液位差大于LDF1時,啟動格柵機;當檢測到的液位差低于LDF2時,停止格柵機(減少了運行時間,有效的節(jié)約成本)??刂七^程如(圖二) [align=center] 圖二[/align]格柵附屬設(shè)備的聯(lián)動:皮帶輸送機和壓榨機作為格柵機的附屬輸送壓榨設(shè)備,它們在定時或自動運行模式下,一般與格柵機聯(lián)動。附屬設(shè)備適當?shù)奶崆盎蜓訒r運行。 [align=center] 圖三 提升泵控制原理圖 圖四[/align] 2、 提升泵的自動控制 控制描述如(圖三、四): (1) P1—變頻器,BU1—軟啟動器,PT—超聲波液位計,ZJ1、ZJ2—用于控制系統(tǒng)的MCC/PLC轉(zhuǎn)換。 (2) 由圖可見,變頻器連接在第一臺水泵電機上,需要加泵時,變頻器停止運行,并由變頻器的輸出端口RO1~RO3輸出信號到PLC,由PLC控制切換過程。 (3) PLC根據(jù)泵池液位高中低信號自動調(diào)節(jié)三臺泵的啟停;泵池水位到預(yù)設(shè)的低水位時啟動1#泵,水位上升到預(yù)設(shè)的中水位時,1#泵由變頻運行轉(zhuǎn)換到工頻運行,這時再變頻啟動2#泵,依次啟動到3#泵。 (4) 切換開始時,變頻器停止輸出(變頻器設(shè)置為自由停車),利用水泵的慣性將第一臺水泵切換到工頻運行,變頻器連接到第二臺水泵上起動并運行,照此,將第二臺水泵切換到工頻運行,變頻器連接到第三臺水泵上起動并運行。 (5) 水位下降需要減泵時,系統(tǒng)將第三臺水泵停止,第二臺水泵切換到變頻調(diào)節(jié)狀態(tài)。水位繼續(xù)下降,系統(tǒng)將第二臺水泵停止,第一臺水泵切換到變頻調(diào)節(jié)狀態(tài)。 (6) 另外,設(shè)置軟啟動器作為備用。當變頻器或PLC故障時,可用軟起動器現(xiàn)場手動輪流起動各泵運行以保證供水。作為多臺提升泵的自動控制,滿足先啟先停的原則,以優(yōu)化資源的利用率;為了提升泵的安全,系統(tǒng)設(shè)置了提升泵的干運轉(zhuǎn)保護;同時,系統(tǒng)還設(shè)置了泵的頻繁啟停保護,群啟動保護等,以延長其使用壽命。 3、曝氣系統(tǒng)的自動控制   生化池作為全廠污水處理的核心,具有舉足輕重的作用。污水經(jīng)過預(yù)處理后,在這里通過微生物吸附污水中的有機物,達到脫磷脫氮的目的。對生化池的自動控制,主要是溶解氧濃度的控制。   曝氣量自動控制系統(tǒng)作為一個恒值控制系統(tǒng),系統(tǒng)給定一個保持不變的最佳溶解氧值,通過PLC控制調(diào)節(jié)輸出量(即曝氣機開啟臺數(shù)),使被控量(實測氧化溝溶解氧濃度)不斷地接近給定值。在這個系統(tǒng)中,要求穩(wěn)定性和動態(tài)特性良好,被控量向給定值過渡的時間短,同時過程平穩(wěn),振蕩幅度小。   曝氣供氧系統(tǒng)是由鼓風機、電動調(diào)節(jié)閥和溶解氧儀共同組成的閉環(huán)系統(tǒng),為反應(yīng)池好氧段提供氧氣,并維持好氧過程的溶解氧濃度值。依照好氧過程的溶解氧濃度值控制鼓風機的開啟程度,維持溶解氧濃度值在一定的范圍內(nèi)變動??刂屏鞒倘纾▓D五)。
三、控制模式 手動模式:手動模式又可以分為盤柜模式和就地模式。盤柜模式就是通過MCC上的按鈕實現(xiàn)對設(shè)備的操作;就地模式就是通過現(xiàn)場控制箱上的按鈕實現(xiàn)對設(shè)備的操作。 遙控模式:就是通過中心控制室上位操作站實現(xiàn)對設(shè)備的操作。 自動模式:設(shè)備的運行完全由各PLC根據(jù)污水廠的工況及工藝參數(shù)來完成對設(shè)備的啟??刂?,而不需要人工干予。 四、系統(tǒng)構(gòu)成如(圖六)
  通過前面的描述,設(shè)備的控制還是比較復(fù)雜的,為達到以上的設(shè)備自動控制要求,該工程基本構(gòu)成如下:   下位機:選用了施耐德 Premium PLC來做系統(tǒng)   上位機:選用了北京華富Control2000軟件   中間協(xié)議:采用Simatic TOP Server,銜接上、下位機,進行數(shù)據(jù)交換   整個廠區(qū)共有3個PLC站,硬件采用施耐德電氣Premium PLC,分別用光纖及光纖交換機,采用星型連接方式構(gòu)成以太網(wǎng)絡(luò)連接至中控室,在PLC2站,現(xiàn)場電力儀表采用Modbus通訊方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集;軟件采用施耐德的PL7Pro,根據(jù)控制要求開發(fā)程序,完全可以實現(xiàn)前面描述的控制要求。三個站分別處于進水泵房、配電房、脫水機房,基本配置如下:
[table][tr][td=1,1,189]PLC1站[/td][td=1,1,238][align=center]施耐德電氣Premium PLC
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電源模塊
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CPU模塊
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擴展存儲卡
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TSX MFP128P Flash EPROM 128K
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模擬量輸入模塊
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TSX AEY 800
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模擬量輸出模塊
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TSX ASY 410
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開關(guān)量輸入模塊
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TSX DEY 32D2K
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開關(guān)量輸出模塊
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TSX DSY 16T2
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PLC機架
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[/td][/tr][/table][/align]   上位機采用華富Control2000來開發(fā)監(jiān)控畫面進行監(jiān)控:根據(jù)工藝繪制流程圖,顯示所有相關(guān)測控儀表的實時值;建立全廠的中心監(jiān)控系統(tǒng)平臺,使操作員能隨時監(jiān)視全廠運行狀態(tài),并對設(shè)備操作發(fā)出控制指令;建立歷史數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)和重要數(shù)據(jù)保存系統(tǒng),并能對日報表、月報表、年報表進行打印;建立全廠設(shè)備的安全報警系統(tǒng); [align=center] 圖七:廠區(qū)工藝流程圖 圖八:設(shè)備控制盤 圖九:開發(fā)調(diào)試階段報表查詢數(shù)據(jù)示例[/align]   下位機采用施耐德電氣Premium PLC,上位機用北京華富德Control2000,二者之間的標簽連接及數(shù)據(jù)通訊必須有一個統(tǒng)一的協(xié)議驅(qū)動,本工程采用的是SIMATICA TOP SERVER來實現(xiàn)的,報表查詢系統(tǒng)采用VB6.0來開發(fā)外掛程序?qū)崿F(xiàn)報表的實時查詢。 五、該工程自控系統(tǒng)的特點   1、技術(shù)先進:現(xiàn)代化的工廠要求與時俱進,該自動化控制系統(tǒng)無論是從使用的現(xiàn)場總線、通訊網(wǎng)絡(luò)、可編程控制器、組態(tài)軟件,還是從自動化控制技術(shù)來講,都具有時代領(lǐng)先性。   2、穩(wěn)定可靠:選用的自動化產(chǎn)品絕大部分來自國外知名品牌,建立的自動化控制平臺,經(jīng)過嚴格的測試,可以保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運行。   3、自動化程度高,使用簡單:對于全廠的控制中心——中心控制室上位界面,采用全中文的設(shè)計界面,立體三維流程圖形來表達工藝,便于操作員掌握;同時下位機PLC采用施耐德的PLC,系統(tǒng)穩(wěn)定性好,自動化程度高,整個系統(tǒng)維護量小。   4、開放性:該系統(tǒng)采用的現(xiàn)場總線是國際通用的具有開放協(xié)議的現(xiàn)場總線,同時各控制站均留有I/O余量,以便于以后系統(tǒng)的改造和擴展。   5、安全性:該系統(tǒng)采用全面的設(shè)備保護體系,包括潛水泵的干運轉(zhuǎn)保護、自控平臺的防雷保護、進水水質(zhì)異常保護、報警系統(tǒng)等,以防止因為某些意外或操作員的疏忽而發(fā)生事故。 六、應(yīng)用總結(jié)   該城市污水處理系統(tǒng)建成后,施耐德電氣Premium PLC系統(tǒng)運行穩(wěn)定,采集數(shù)據(jù)準確快捷,控制的重要設(shè)備運行安全,程序開發(fā)好后,其維護量幾乎為零,同時個人感覺該PLC現(xiàn)場安裝、與其它設(shè)備的接口等均方便好用,系統(tǒng)投運后,自動化程度高,工作人員維護量小,出水水質(zhì)能達到國家規(guī)定的標準,該系統(tǒng)的形成投運無疑給長江流域、三峽庫區(qū)的環(huán)保事業(yè)作出了貢獻,希望在長江流域沿線有更多的采用自動化程度高的污水處理廠。巫山污水處理廠的施耐德電氣Premium PLC系統(tǒng)的應(yīng)用將是一個很好的榜樣。

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