2022年2022年集成架构解决方案在上海白龙港污水厂升级改造和扩建 .pdf

集成架构解决方案在上海白龙港污水厂升级改造和扩建工程中的应用上海电气自动化设计研究所有限公司庞立罗克韦尔自动化姜恺史新祁【提要】 以世界最大的污水处理厂之一- 上海白龙港污水处理厂升级改造和扩建工程为例，阐述在工业控制系统开发过程中，针对污水处理过程，采用Rockwell 公司旗下 A-B 品牌 自 动 化 及 其 传 动 的 全 系 列 产 品 如 ： ControlLogix PAC、 基 于 NetLinx 无 缝 网 络 的Ethernet/IP,ControlNet 及其 DeviceNet,、基于 6KV 高高解决方案的Powerflex7000 中压变频器、基于机械振动状态监测的水泵机组预测性维护的Entek解决方案、基于HMI 组态、数据库引擎及第三方接口的FactoryTalkViewSE 、RSSQL及KepServer软件技术，以及为污水处理核心工艺- 生物曝气沉淀服务的生物智能控制系统BIOS，提供以集成架构为基础的全自动过程控制的完整解决方案，以满足大型污水处理的工厂自动化智能控制要求。【关键词】 集成架构 Ethernet/IP Entek振动状态监测 中压变频器 生物智能控制系统BIOS 一.工程简介 上海白龙港污水处理厂浦东新区合庆乡东侧长江岸边，服务人口 705万人， 规划污水处理量达 345万m3/d。 1999年建成旱流 172万m3/d的预处理厂，2004年建成了以高效沉淀池为主体、以除磷为主要目标的120万m3/d一级强化污水厂， 2008年8月完成以倒置 A/A/O生物反应池为核心工艺的升级改造及扩建工程，日处理量达200万m3/d。是国内规模最大的脱氮除磷污水厂，也是世界上规模最大的污水厂之一。 白龙港污水处理厂工艺流程如图所示。 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 18 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 18 页 - - - - - - - - - 图1 工艺流程图 1. 升级改造工程 上海市白龙港城市污水处理厂升级改造工程处理规模为120万m3/d ，采用分流处理达标排放方法，即从现有高效沉淀池前分流60万m3/d 污水，进入新建的多模式AAO 工艺生物反应沉淀池，处理到出水水质高于一级B标准，与剩下减负后的 60万m3/d 一级强化高效沉淀池出水充分混合后紫外消毒，出水达到国家二级标准，接入原有交汇井，通过出口泵房、高位井深水排放。 升级改造工程新建生物反应沉淀池2座， 每座分为 2组，共4组：104A 、104B 、104C 、104D 。每组处理水量为 15万m3/d ，总处理水量为 60万m3/d 升级改造工程生物反应沉淀池每组分为2个监控单元，共 8个监控单元 104A-1，104A-2，104B-1，104B-2，104C-1，104C-2，104D-1，104D-2。8个监控单元分别对应于 PLC101 ， PLC102 ，PLC103 ，PLC104 ，PLC105 ，PLC106 ，PLC107 ，PLC108 。 升级改造工程生物反应沉淀池由三段组成：初沉段、AAO 段、二沉段。 升级改造工程还另设有 3个监控单元 PLC109 、PLC109-1 和PLC002-1 ， 分别位于鼓风机房、仪表间控制室和预处理厂控制室。 2. 扩建工程 上海市白龙港城市污水处理厂扩建工程处理规模为80万m3/d ，采用多模式 AAO 工艺，处理到出水水质到国家二级标准，通过新建出口泵房、高位井深水排放。 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 18 页 - - - - - - - - - 扩建工程新建生物反应沉淀池2座，每座分为 2组，共 4组：204A 、204B 、204C 、204D 。每组处理水量为 20万m3/d ，总处理水量为 80万m3/d 扩建工程生物反应沉淀池每组分为2个控制单元，共 8个监控单元： 204A-1，204A-2，204B-1， 204B-2， 204C-1，204C-2， 204D-1， 204D-2， 。 8个监控单元分别对应于 PLC201 ， PLC202 ，PLC203 ，PLC204 ，PLC205 ，PLC206 ，PLC207 ，PLC208 。 扩建工程生物反应沉淀池由三段组成：初沉段、AAO 段、二沉段。 扩建工程还另设有3个监控单元 PLC209 、PLC210 和PLC210-1 ，分别位于鼓风机房、15# 变电所和出水泵房。 二. 系统网络构成及功能描述自控系统的主要功能是完成上述工艺区域的生产过程自动化，包括实时采集生产数据和设备实时运行工况，控制相关的生产环节，及时处理生产过程中的故障，对相关设备进行保护。 1. 已建监控系统 前期工程分为二期建设： 2000年左右建成的预处理设施，主要构筑物为格栅沉砂池、调配井、出水泵房、出水高位井等。建成 2座区域控制站。 2004年建成的一级强化处理设施，主要构筑物为高效沉淀池、加药间、储泥池、污泥脱水机房等。建成 7座现场控制站及 1座中央控制室。 2. 新建监控系统 上海市白龙港城市污水处理厂升级改造工程仪表及自控系统是按工艺流程及工艺特点而制定的。从工程实际情况及生产管理要求出发，采用集中管理、分散控制的模式，设置数据采集及监控系统。根据工艺流程在主要工艺控制区域设置22个PLC 现场控制站。同时在厂前区附近新建 1个中央控制室，来替代原有中控室。 本工程数据通讯网络用双环网结构，分为A、B双网，已建工程的现场控制站PLC 挂接在A网上，本次工程不作变动。升级改造工程及扩建工程的现场控制站PLC 挂接在新设的 B网上。3. 系统网络构成及功能概述 系统网络图如图2所示。 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 18 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 18 页 - - - - - - - - - 中央控制级 中央控制级即中央控制站计算机控制方式。污水厂处于自动运行时，中央控制级能监视污水厂所有设备和工艺参数并采集和储存数据，和各PLC 站实现对等通讯。这级运行控制方式为污水厂最主要的方式。在正常情况下污水厂通过中央控制级进行运行和监视。设备进行调试、维护保养时必须在就地控制级或手动控制级进行。 中央控制级组态软件采用多客户机/ 多服务器版本的 FactoryTalk ViewSE( 原RSVIEW SE版本) ；系统服务器配置成域控制器（如图所示的冗余网络服务器），并使用双机热备方案。FactoryTalk ViewSE 使用冗余设计；后台数据库使用SQL Server。FactoryTalk ViewS 从各个主控 PLC 中读取数据，通过 RSLinx保存到 SQL SERVER中。采用 RSSQL 工具进行 RSVIEW SE 数据与SQL Server 数据库连接。上位 HMI(组态画面 ) 和下位 HMI(触摸屏 ) 开发都部署在 RSVIEW Studio 中进行，两部分画面可以相互调用和移植，提高了画面及程序开发的效率。 现场PLC 自动控制级 现场PLC 自动控制级即现场控制站PLC 控制方式，各个工艺区域内的连锁控制及程序控制主要通过现场控制级来实现的。 当污水厂在自动控制方式运行时，现场控制站PLC 可以独立的、自动的对它所负责的工艺区域进行控制， 而不需任何中央控制级介入。并将采集到的设备数据及运行状态送至通讯网络中， 为别的现场控制站 PLC 和中央控制站服务，同时接收其它现场控制站 PLC 及中央控制站送来的数据。 现场PLC101 至PLC109 主要实现 120万吨/ 天升级改造工程的 8个生物反应池的过程控制和鼓风机房数据采集及协调控制等；现场PLC201 至PLC209 主要实现 80万吨/ 天扩建工程的8个生物反应池的过程控制和鼓风机房数据采集及协调控制等。现场PLC210 和PLC210-1 位于分别位于 15#变电所控制室及出水泵房控制室，主要负责出水泵房、出水高位井及其雨水泵房的相关自动化过程控制，两台PLC 通过现在总线 ControlNet 进行通讯。 以上所有 22套ControlLogix PLC 通过实时工业以太网 Ethernet/IP挂在光纤环网 B中，原一期加强一级处理 （高效沉淀池） 的控制系统 （西门子 S7-400）挂在光纤环网 A中。 Rockwell提供Kepserver 软件以 OPC 的方式采集 A网中西门子 PLC 的数据，通过FactoryTalk View组态软件对A网和B网中的数据进行采集和实时监控。实现已有系统与目前升级扩建系统数据的有机结合。 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 18 页 - - - - - - - - - 三. 生物反应及出水泵房（变频泵及状态监测）的过程控制1. 生物反应沉淀池本工程设计采用多模式AAO 工艺，可根据需要以及季节变化以正置或倒置AAO 模式运行，还可根据进水水质及处理要求按脱氮除磷或仅除磷模式运行，模式 1：正置 AAO 运行初沉池出水直接进入选择区，内回流污泥进入缺氧区，外回流污泥部分进入选择区，部分进入厌氧区，以进水营养比控制污泥分配比例。模式 2：倒置 AAO 运行在该种运行模式下，进水分两点进水，选择区进水量为70%50% ，厌氧区进水量为30%50% ，该分配比例根据出水的含磷量高低进行调整。如除磷效果需加强，则将更多的进水进入厌氧区前端，将更多的有机碳源给予除磷菌，反之亦然。内回流渠将出水的硝酸盐送至缺氧段起端，提供反硝化的原料。外回流渠将二沉池浓缩后的活性污泥送至选择区和缺氧区，选择区可有效的抑制丝状菌的过量繁殖，从而防止污泥膨胀。模式 3：除磷运行（用于有机氨化率低，进水NH3-N 不高的情况）生物反应池设备控制主要分为四类：1 单机控制。主要是闸门、各类刮泥机、各类搅拌机、渣水分离器、生产水泵等，该类设备一般为独立控制，连续运行、远程开停或常开。2 内、外回流控制。主要是内回流泵、外回流泵等，该类设备根据流量或程序进行控制。3 排泥控制。主要是初沉污泥泵、剩余污泥泵、排泥泵等，该类设备根据时间进行控制。4 曝气量控制。主要是空气流量调节阀等，该类设备根据BIOS 系统进行控制。2.空气流量调节：空气流量调节阀与鼓风机构成串级控制回路。 当空气流量调节阀一体化电动执行机构转换开关设在远控（自动）状态时，自控系统能对空气流量调节阀进行远程控制。自控系统根据生物反应池出水处 DO 测量仪的测量值，调整空气流量调节阀开启度，使生物反应池 DO 测量值保持在生物智能控制系统BIOS系统提供的设定值左右。即自控系统根据 BIOS 提供的溶解氧设定值，调整空气流量调节阀开名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 18 页 - - - - - - - - - 启度，使DO 测量仪测量值保持在 BIOS 系统提供的设定值左右。空气流量调节阀的调整频率可设定，一般不宜频繁调整，目前按照 30 分钟调整 1 次考虑，调整幅度为 5% ，自控系统操作画面上可对此参数进行修改，空气流量调节阀开启度根据试运行一段时间后的分析结果，使每个调节阀开度固定在相应的开度上（使得曝气均匀） ， 使生物反应池各个 DO 测量仪最小测量值保持在 BIOS 提供的设定值左右。3. 鼓风机控制 新建鼓风机房 2座，分别归入升级改造工程、扩建工程。每座鼓风机房共设有6台单级离心鼓风机， 4用2备。单台风量为 Q=625m3/min ，风压 H=0.07MPa ，电机功率 N=870kW 。鼓风机配置有隔音罩，机外噪音小于80dB 。 鼓风机起 /停的一步化操作由设备配套就地控制箱（109AC1-0106 ） 及主控柜（109AC0 ）实现。就地控制箱面板设手动/自动转换开关，手动状态下，由面板上的操作按钮进行控制，自动状态下由监控系统进行控制，由主控柜根据出风总管压力值进行控制，此压力设定值由监控系统提供给主控柜，由主控柜调节鼓风机的开启台数和导叶片角度，使得出风管压力保持恒定。压力设定值设定为(0.07MPa)，因采用 TURBO鼓风机，其内部调节自成系统，故目前无法实现对供气输出量的调节，这一问题有待在二期项目中进一步研究探讨。鼓风机本地控制通过西门子 S7-300PLC 通过Profibus 转以太网的方式（外置网关）与鼓风机房主站PLC109/209 的ControlLogix 进行通讯。 4. 出水泵房 出水泵站包括进水前池、主泵房、出水压力井、泵房、控制室、值班室、配电间，归入扩建工程。出水泵站是南线系统的配套泵站，因此设计规模与南线相匹配，近期考虑升级改造工程及扩建工程生物处理后低水位尾水的排放需要。 规划南线平均旱流量 170.1m3/d 规划南线高峰旱流量 25.6m3/s 近期排放流量 9.3 23.1m3/s 规划南线雨季高峰流量 31.98m3/s 泵站设计流量采用 31.98m3/s，配泵为设计流量的 120% 即为38.4m3/s。 A. 出水泵控制过程4台出水泵组成泵机组，均为常用，其中2套为变频泵，变频器采用Rockwell 的Powerflex7000 系列800KW/6KV 中压变频。 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 18 页 - - - - - - - - - 当设备控制箱转换开关设在远控（自动）状态时，自控系统根据进水泵房集水井的超声波液位计（ LIT-207-0102 ，2套液位计互为备用）的测量值，进行控制，水泵采用轮序控制方式。 若运行的水泵故障停车，在分控室及中控室报警并自动启动相对应的备用泵，使每台泵的运行时间大致一致。按时间优先循环起动可供使用的泵，每台泵的起动次数和总的运行小时数进行累积并排出维修计划，使每台泵运转时间大致相等。 当液位变化率过快时，通过变频泵根据液位变化进行调节。水泵运行时，至少有 1 台变频水泵必须运行。变频泵频率调整范围暂定为60%100%，当液位变化需启动另外1台变频泵时，其中 1台正在运行的变频泵的频率应降至60% 后，然后启动新运行水泵，频率从60% 开始。 控制程序使每一泵每小时起动次数少于 6 次，且不论何种情况，不得同时起动 2 台及 2 台以上水泵。 每台泵启动 / 停止间隔不小于 10 分钟。电动蝶阀与对应的泵联锁，当泵启动前电动蝶阀开启，停泵后电动阀立即关闭。此控制由出水泵配套控制箱实现。 B.水泵机组状态监测 白龙港污水处理厂的出水泵房配备大功率的水泵机组，属于该厂的关键设备，为了能有计划地实施检修，延长泵机组的使用寿命，减少非计划停机，同时考虑通过及时检修而有效地减少可以避免的检修，减少零件的仓储和人力资源，经各家方案比较后选用了Rockwell 公司的状态检修 Entek产品。检测原理和描述如下： 旋转设备在一定的运行状态下，不同的部件（如轴承、叶轮等）会有不同的受损情况。当这些部件受损时， 振动信号会以不同频率的振动表现出来，这就可以使我们通过振动信息，识别和确定哪些部件已经坏了和这些部件的损坏进展情况。诸如不平衡、不对中、松动、磨损和一些其它问题都有可能是造成部件受损的根本原因，只有识别和减少了这些状态，才能更大限度地延长设备寿命并保障设备安全运营。 罗克韦尔自动化公司的 ENTEK 状态监测系统具有离线监测（dataPAC1500 ）、在线自动巡检监测（ Enwatch）和在线实时保护监测（XM ）等多种监测技术。该系统要解决的问题是：了解关键设备和重点设备当前的运行状况、判断被监测机器的状态变化趋势、诊断被监测机器故障的发生部位和故障的严重程度，以及检查和验收大修或临时维修的效果，实现对设备故障早知道、早预报、早诊断，把故障消灭在萌芽之中。其目的是提高设备运行完好率、减少设备停机时间及降低维修成本。 针对该项目的泵房机组方案如下： I. 单台出水泵机组振动状态监测装置 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 18 页 - - - - - - - - - 为每台出水泵机组提供一套用于下列用途并满足相关要求的振动监测装置，该装置包括振动监测探头、实时监测处理器、传输电缆等，并为控制系统、故障诊断系统预留接口。a、监测点和监测探头 : 1)出水泵轴承座的振动监测 每台泵的泵体提供 3套压电式加速度型传感器（EK-9200组件）做为监测探头，频率响应范围 0.9Hz 8000Hz （+/- 10% 误差范围内）。安装在水泵上端轴承座的水平（X和Y方向）和垂直方向上， 用来测量水泵轴承的振动状态。传感器应自带 64英尺的引出线，接到每台机组的监测模块箱体内。 2) 电动机的振动监测 每台泵的电机提供 1套压电式加速度型传感器（EK-9200组件）做为监测探头，频率响应范围 0.9Hz 8000Hz （+/- 10% 误差范围内）。安装在电机上端靠近支撑轴承的壳体水平方向上， 用来测量电机轴承的振动状态。传感器应自带 64英尺的引出线，接到每台机组的监测模块箱体内。 b、实时振动监测处理器： 1) 结构和信号输出输入 提供匹配上述监测探头的双通道实时振动监测模块（XM-120 组件） ，每台机组 2套模块组件，采用模块化分布式结构，安装于每台机组旁的监测模块箱体内的标准DIN导轨上，由控制系统提供 +24VDC 电源（ =5A ）驱动其工作。 每个模块可接收两路振动监测传感器信号输入，并可通过模块底座的跳线设置，由模名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 18 页 - - - - - - - - - 块对接入的监测探头提供工作电源。 监测模块为每路测量通道提供420mA 的标准测量信号输出接口供控制系统选用，为每路测量通道提供缓冲输出接口供故障诊断分析系统选用，并提供 1组可对 2路振动信号做逻辑判断的继电器开关量信号输出，用于状态报警或紧急停车。 各个机组之间的振动监测模块采用现场工业总线（DeviceNET ）通讯方式连接， 并为PLC控制系统和上位机故障诊断系统提供DeviceNET 输出接口。 2) 信号处理功能 系统根据所配测量通道要求灵活组态，满足当前机组的测量要求。振动测量模块具有较高的检测精度，要求 24位A/D转换器，精度为 0.01% 满量程。 振动测量模块的数据采集方式和采集定义可以根据需要由用户在计算机上进行设置，并可通过 RS232 或USB 接口现地下载。 模块内部具有硬件积分功能，振动监测系统的读数为速度量（有效值），单位为mm/s 。振动测量模块具有实时处理并输出动态幅值、频谱和时域波形的功能，并具有 4个频段幅值（用户可设置频段范围）的采集和实时输出功能，为进一步的智能化故障诊断提供条件。振动测量模块需具有事故追忆功能，当报警继电器动做时，模块应能锁定该测点报警继电器动做时的频谱以及停机前一段时间内（可设置） 的动态幅值变化趋势，以供事故分析，查找事故原因。 II. 多台机组共用的实时监测和故障诊断软件系统（含所有出水泵等机组） 上述每台风机机组或出水泵机组振动监测装置的基础上，提供了 1套综合多台机组信号名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 18 页 - - - - - - - - - 的远程实时监测和故障诊断系统，该系统满足： a、数据网络连接和接口： 将数台机组（ 4台机组，共 16个振动测点， 8个监测处理模块）联接成DeviceNET 现场工业总线网络，接入 ControlLogixPLC 210-1的控制系统的 DeviceNET 网卡。 b、远程实时监测软件： 远程实时监测部分安装于上位机内，并通过局域网与现场工业总线网络的网关模块通讯。实现远程管理各个振动监测模块和监测探头的设置定义；远程实时显示所有振动模块的数据处理结果， 记录各个接点状态变化的历史情况；为数据库存储分析和故障诊断软件提供接口。 四. 工程特色及技术亮点总结1. 罗克韦尔自动化集成架构技术在本污水厂的应用得非常全面，无论是系统集成还是以后的交付使用， 都体会到了该技术给整个工程的设计、实施以及以后的运行维护带来了极大的益处。主要体现在以下几个方面： a. 统一的 Logix 控制平台，高效的运行 . b. 基于CIP（Common Industrial Protocol,通用工业协议）的无缝的三层网络通讯、无缝的信息交换及其与其他自动化厂商开放且无缝的数据链接使系统有很强的兼容性、开放性及其灵活性。 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 18 页 - - - - - - - - - c. 大大缩短了调试工期，同时今后的维护、培训和备件的成本也大大降低（无论是高低压变频驱动、过程控制、通讯甚至软件, 只需针对一家供应商） 以上的益处得益于集成架构的核心概念，主要体现于以下几个方面：Logix ： 统一高效的控制平台，无论是PLC ControlLogix 还是变频器 Powerflex ，均运行和开发于同统一的Logix 平台，如ControlLogix 和 DriveLogix 等，因此只需一套开发软件RSLogix5000 ，就可实现 PLC、远程 I/O以及高低压变频器的统一编程和调试。Factory Talk ：统一数据库。从基础自动化控制系统（PLC）到上位机系统（HMI ）甚至是信息管理系统（MES），整个系统共享一个全局的实时的数据库，即一个数据的定义改变以后， 在其他系统中不需要重新定义，而是自动集成， 能更好的保持系统定义的统一性，更便於系统的开发和系统运行时的维护。 在HMI 系统的画面上应能够直接定义来自于在PLC/控制器中的标签。在PLC/控制器中新添加或删除的标签，能够直接在 HMI 软件中自动体现，即不需要定义 HMI 数据库就可在画面上直接定义PLC/ 控制器中新添加的标签。而且无论是上载和下载程序，该实名标签始终存在，程序良好的可读性方便调试和维护。ViewAnyWare ： 统一的 HMI 开发平台 FactoryTalk View Studio，使上位的组态画面开发及其下位（现场）触摸屏开发采用统一的套开发环境，不仅可以使画面风格完全一致，而且可以进行上下之间画面的无缝移植和调用。大大提高开发效率，同时为以后的培训、维护提供便利。NetLinx: ： 从信息层的以太网Ethernet/IP, 经控制网 ControlNet 直至设备网 DeviceNet, 基于CIP (Common Industrial Protocal，通用工业协议) 使整个污水厂不同网络实现贯通，真正做到多网合一，对于用户就像一层网络一样，一点接入、全局共享！大大方便组网、调试及以后的运行和维护。2. 机械振动状态监测在大型污水厂出水泵房机组中的应用Rockwell 公司不仅提供了该污水厂软件、网络及其电气自控部分的集成解决方案，而且还对水泵机组机械部分实施了振动状态监测，采用了 Entek状态监测系统。 该系统同时还具有频谱分析功能，为今后实现根据运行状态而进行有计划的检修提供了技术依据，同时根据频普变化趋势能进行远期故障的精确预测，实施预测性维护，更大限度地名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 18 页 - - - - - - - - - 延长设备寿命并保障设备安全运营。这在大型污水处理厂还是首次尝试。3. 低压变频 Powerflex70 在污泥回流泵中的应用及中压变频Powerflex7000 在出水泵房的应用。考虑变频技术的诸多优点，如不仅能实现恒流量调节，而且还具有“ 软” 起停功能，避免电流冲击；延长水泵电机的使用寿命，避免因供水流量突然变化而频繁开、停水泵从而造成设备的磨损及电气部分的老化，此外能起到节能降耗。此次在白龙港污水处理厂使用了大量的 Rockwell 公司的Powerflex70 变频器， 应用在初沉污泥泵、内回流泵及外回流泵中，功率在37KW 、30KW 、22KW 不等，总计 80台左右，Powerflex 系列已内嵌了 DriveLogix 功能，与 ControlLogix 同属一个 Logix 平台，故可使用相同的RSLogix5000开发软件实现同平台的编程调试，大大提高了调试和今后维护的效率。4. 与原工程西门子系统的无缝链接一个大型的污水处理厂经多年运行后不可避免的要进行升级改造和扩建，无论已建工程中自控系统是哪家的产品，都希望能在以后的改扩建工程中能够保留下来并融入到新建系统中。对于该污水厂来说，罗克韦尔自动化在这一方面有很强的开放性和兼容性。如前所述，光纤 A网中原采用西门子S7-400的PLC产品， Rockwell 在其组态软件 FactoryTalkViewSE 中提供了基于 OPC方式的 KepServer软件，很好的将 S7-400中的数据采集进来，在FactoryTalkView中进行统一显示和监控。此外，对于现场总线层的应用，Rockwell 除了采用基于公开CIP协议的 ControlNet 和DeviceNet网络外，还能对Profibus总线实现无缝通讯，该Profibus主站模块无须外置，直接插于ControlLogix 的框架中，完美的融入到AB 的PLC控制系统中。5. 防腐问题的解决因该污水处理厂紧临江边，盐雾及其污水中硫化氢气体的造成原有一级强化工程中PLC腐蚀较为严重， 针对此问题， 我们在此改扩建工程中吸取了一期工程的经验，建议采用防敷涂层产品。 ControlLogix 提供了全系列的防腐蚀的涂层模块（含CPU、I/O及其通讯模块），采用 HumiSeal 1B73 材料进行专业涂覆处理，如下图：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 18 页 - - - - - - - - - 6.生物智能控制系统BIOS 的应用A. 系统描述生物工艺智能优化系统（BIOS ）是以国际水协IWA 的活性污泥模型ASM2D 为基础，结名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 18 页 - - - - - - - - - 合白龙港污水处理厂工程的多模式AAO 生物处理工艺、水质水量条件以及出水标准等定制的模型，此模型运算平台内嵌在主控制箱内，通过全厂自控系统收集进水的实时水质水量负荷变化及生物池实时数据，以及必要的化验室、历史记录等数据库资料，将为工艺运行提供关键运行参数，如实时优化的溶解氧DO设定值和内回流IRQ设定值，同时预留外回流RAS，剩余污泥 WAS等功能模块接口，以便根据工艺需要来升级系统的功能。本系统包括：1)生物工艺智能优化系统控制主机：触摸式工业计算机和PLC（采用Rockwell 公司的 CompactLogix ）2)专为白龙港污水厂定制的内嵌运算模型控制应用软件提供和调试。3)生物反应池水质检测仪表（包括：在线氨氮/硝氮分析仪、在线溶解氧分析仪和在线污泥浓度分析仪）。B. 功能描述该系统包括在线检测仪表和活性污泥模拟系统。AAO 生物池在线检测仪表安装在AAO生物池，监测生物池内的曝气状况和水质变化，从而反映出活性污泥性能，主要有在线DO检测仪、 DO&MLSS 双通道检测仪、在线氨氮(NH4-N)分析仪，在线氨氮(NH4-N)和硝态氮 (NO3-N)双通道分析仪组成。生物工艺智能优化系统安装在鼓风机房，系统通过以太环网获得污水处理厂的进水水量、水质等相关数据后，经模拟优化计算出生物反应池最优化控制参数，包括生物反应池溶解氧DO控制目标值、内回流IRQ目标值，然后由中央控制系统通过现场控制站实现这些最优化参数的控制。生物工艺智能优化系统以污水厂每天进水的水质、水量动态变量进行动态在线计算(检名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 18 页 - - - - - - - - - 测计算周期为15min)，实现对整个生物反应池的水力和活性污泥反应的在线模拟，包括碳氧化、氨氮硝化、硝酸盐反硝化的在线模拟，从而给出最优化的污水厂处理运行操作条件。过程模拟运算软件专为污水处理厂设计，应符合污水厂处理工艺，该系统应具有应用时间越长，积累数据越多，在线计算越准确，具有自学习功能，具有工艺运行预警作用和帮助工艺恢复作用，能够明显降低污水厂生物池曝气能耗。系统软件应用水力和生物模型进行在线模拟，从而给出优化的操作目标值。系统主要功能概述如下：1)模型以国际水协ASM2D 为基础，数据来源应包括监控系统数据，化验室分析数据，活性污泥活性测量仪ABAM 分析数据 (如OUR，NR，DNR ，磷的释放及吸收速率等 )，生物池在线分析仪器，进行活性污泥模型在线模拟，给出生物反应池的最优控制参数。2)系统给出的最优参数包括生物反应池各个控制区的溶解氧DO控制目标值、内回流 IRQ控制目标值。3)系统给出的最优化参数目标值的频率应达到15min， 其中DO给出的控制目标值精度范围在0.3mg/L ， IRQ精度范围在 10 。4)系统根据进水流量和进水污染物浓度实时计算出的各个好氧控制区的溶解氧浓度分布， 能保证适度的碳氧化及氨氮硝化反应，既能达到排放标准要求，又可降低曝气量。5)系统计算出的 IRQ控制目标值既能满足反硝化脱氮目标，又能充分利用硝酸盐中的氧，降低曝气能耗，另外，还可防止沉淀池硝酸盐浓度过高，反硝化后氮气逐出，影响沉降效果。6)系统还具有处理工艺预警功能、处理工艺恢复协助功能、数据存储功能、智能自我学习及判断功能等。我方根据该BIOS系统给出的最优化参数包括生物反应池各个控制区的溶解氧DO控制目标值、内回流IRQ控制目标值，计算出生物池所需要的总曝气风量（鼓风机调节系统自成回路，目前输出风量还未能调节），及AAO 生物池内各个曝气干管上电动调节阀的开启度（实际通过调节阀进行进气量调节）。来调整操作风量或压力，以达到按实名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 18 页 - - - - - - - - - 际所需供应空气的目的。C. 参数规格控制应用软件是采用国际水协活性污泥模型ASM2D ，结合白龙港污水处理厂多模式AAO 工艺而定制开发的模拟软件，通过控制应用软件可使系统应准确预测出工艺运行的关键参数。数学模型的计算公式包括实际水力停留时间的计算、硝化速率的计算、反硝化速率的计算。 建立及校准模型中包括污水厂进水水质的分析，COD、sCOD、BOD、sBOD、TN、TP、NH3-N 、VFA 、碱度。模型建立过程整合了对污水厂活性污泥的降解性能分析，包括耗氧速率OUR、硝化速率 NR、反硝化速率DNR以及磷的释放和吸收性能。软件具有数据存储功能，保存在历史数据库，数据库数据对模型模拟及运行现状进行修正。同时具有自学习功能，根据历史模拟情况和历史数据对模型参数进行优化，使之更符合污水厂运行情况。整个系统的控制频率最小可达到15分钟，并可根据工艺运行状况而调整。溶解氧控制范围： DO 0.3mg/l，内回流控制范围：IRQ 10%。D. 实际应用情况: 系统运行半年多来，效果明显，在水质参数控制稳定的情况下有效的调节了鼓风的风量输出，按实际所需供应空气，起到了节能降耗的作用。结束语该污水厂改扩建工程自2008年8月投运至今，基本处于200万吨日处理的满负荷运行，自控系统满足实际运行需求。整个工程无论从土建设计、工艺运行及其自动化管理角度上来讲，其技术上的先进性确保了该工程真正实现节能、节地、节水和节约投资等指标，达到了国家GB一级B的出水标准。同时也为创造 2010年上海世博会的美好环境作出了巨大贡献。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 18 页 - - - - - - - - -