山东污水处理厂自控系统应用.docx

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1、山东污水处理厂自控系统应用zhangyx导语：污水处理厂自控系统是整个污水处理工程的重要组成局部污水处理厂自控系统是整个污水处理工程的重要组成局部，其设计好坏与控制设备选择是否适当，不仅关系着自控系统的性价比的上下而且对以后整个污水处理厂运行维护的难易有着重要影响。笔者以某市污水处理厂这个实际工程为例，对污水处理厂自控系统的设计进展具体阐述。一、污水处理厂大概情况该污水处理厂位于市中区，为日处理才能为5万吨/天的污水处理厂，出水排入黄海，水质到达国家一级排放标准。本工程采用水解AICS处理工艺。其详细流程为：污水首先分别经过粗格栅去除粗大杂物，接着污水进入泵房及集水井，经泵提升后流经细格栅和沉

2、砂池，然后进入水解池，。水解池出水自流入AICS进展好氧处理，出水达标提升排入黄海。AICS反响器为改良SBR的一种。其工艺流程如下列图1所示：二、污水处理厂自控系统设计的原那么从污水处理厂的工艺流程可以看出，该厂的主要工艺AICS反响器是改良SBR的一种，需要周期运行，AICS反响器的进水方向调整、厌氧好氧状态交替、沉淀反响状态轮换都有电动设备支持，大量的电动设备的开关都需要自控系统来完成，因此自控系统对整个周期的正确运行操纵至关重要。而且好氧系统作为整个污水处理工艺能量消耗的大户，它的自控系统优化程度越高，整个污水处理工艺的运行费用也会越低，这也讲明了自控系统在整个处理工艺中的重要性。为了

3、保证污水厂消费的稳定和高效，减轻劳动强度，改善操纵环境，同时进步污水厂的当代化消费治理程度，在充分考虑本污水处理工艺特性的根底上，将建立当代化污水处理厂的理念融入到自控系统设计当中，本自控系统设计遵循以下原那么：先进公道、平安可靠、经济实惠、开放灵敏。三、自控系统的构建污水处理厂的自控系统是由现场仪表和执行机构、信号收集控制和人机界面监控设备三局部组成。自控系统的构建主要是指三局部系统形式和设备的选择。本执行机构主要是根据工艺的要求由工艺专业确定，预留自控系统的接口，仪表的选择将在后面的局部进展描绘。信号收集控制局部主要包括根本控制系统的选择以及系统确定后控制设备和必须通讯网络的选择。人机界面

4、主要是指中控室和现场值班室监视设备的选择。1、根本系统的选择目前用于污水处理厂自控系统的根本形式主要有三种DCS系统、现场总线系统和基于PC控制的系统。从规模来看三种系统所适用的规模是不同。DCS系统和现场总线系统一般适用于控制点比拟多而且厂区规模比拟大的系统，基于PC的控制那么用于小型而且控制点比拟集中的控制系统。基于PC的控制系统属于高度集成的控制系统，其人机界面和信号收集控制可能都处于同一个机器内，受机器性能和容量的限制，本工程厂区比拟大，控制点较多，因此采用基于PC的控制系统是不太适宜的。DCS系统适用于模拟量多，闭环控制多的系统。而现场总线系统的主要上风是适用用于控制点相当较少而且十

5、分分散的系统。从施工和维护的角度来看，传统的DCS系统布线的工作量要远远大于现场总线系统。此外，现场总线系统与DCS系统相比，还有最为重要的一点是开发性好，扩展方便。本工程的控制点在700点左右，模拟量只占20左右，属于规模比拟小的类型，而且这些控制点是以工艺处理单元为界限分散在厂区各处，因此本工程采用现场总线作为根本控制系统。2、通讯网络选择现场总线系统最主要的特点就是依靠网络通讯，分散控制和信号收集，最大程度的减少布线，节省安装和维护费用。现场总线主要是指从现场控制器或者IO模块到监控系统的通讯网络。目前现场总线，根据通讯协议的不同可以分为很多种，比方，ProfiBus、CAN、Contr

6、olNet、DeviceNetFFLon总线等。目前现场总线技术还没有统一的标准，各自的功能特点根本一致，因此本工程设计时选用在中小型控制系统应用非常广泛的ProfiBus总线。其在性价比拟高，且在国内推广的时间长，稳定性较高。ProfiBus总线有三种形式DP、PA和FMS。PA总线是与智能仪表结合在一起平安性非常高的一种ProfiBus总线形式，造价比拟高，常用于石油化工冶金等行业；FMS总线适用于大范围和复杂的通讯系统，旨在解决通用性通讯任务，传速速度中等；DP总线是用于传感器和执行器级的高速数据传速网络，不需要智能仪表配合，平安性略低于PA总线。本工程是污水处理工程，对通讯平安性的要求

7、并不太高，通讯的任务比拟简单，对系统的传输速度有一定要求。因此本工程的采用ProfiBUSDP网络，即用西门子S7系列PLC搭建整个系统。总线采用普通双绞作为传输介质，通讯速率可以到达12MBP。3、现场站设备配置的选择对于ProfiBusDP网络来讲只是提供了一个从现场到监控层的信息通道，但信号的收集和执行命令的下达仍然需要由控制器和现场的IO模块组成的站来完成。ProfiBusDP网络是一种主从站的网络构造。整个网络上最多可以有128个从站，但只有一个作为主站，所有的通讯事务都由主站来治理。主站必需要有控制器CPU，同时也可以安装IO收集模块。从站有两种方式：CPUIO模块和通讯模块IO模

8、块。第一种方式每个从站都由CPU，每个站的控制事务都由本站完成，与主站之间的通讯量比拟少。第二种方式是所有的从站都没有CPU，所有的控制事务都由主站CPU来完成，通过总线网络把命令结果传输到从站完成，从站只是远程IO。前述这两种从站组成方式各有自己的特点。第一种方式，控制比拟分散，通讯事务较小，对网络的依靠不强，但每个站都有CPU，造价高。第二种方式，控制集中，控制事务对网络依靠性强，需要可靠的网络来支撑，同时对主站CPU的性能要求高，在软件编程和调试方面具有很大的上风。这两种方式对工程的现场安装布线施工影响比拟少。本工程控制点的规模施工调试工期比拟短，选用了性价比比拟高的第二种方式作为从站的

9、组成方式即由西门子IM153通讯模块和S7300系列IO模块组成，主战CPU选用S7315-2DP系列。4、人机界面设备的选择人机界面设备是直接与操纵治理人员进展沟通的监控视备，一般由两局部组成，即现场监视设备和中控室监视设备。现场监视设备可以是PC机或者是触摸屏，中控室监视设备一般由工控机、模拟屏或者投影仪等组成。监视设备应在兼顾投资的情况下，保证操纵治理人员可以对整个污水处理厂全面直观的监视与控制。现场监视设备一般在比拟重要的单元或者控制事务比拟大的从站中设置，以便操纵人员及时对现场情况进展处理。本工程的从站的规模比拟少，厂区大小从操纵间隔来看并不大，同时现场操纵间内均设有有线，因此可在不

10、设不设现场监视系统的情况下保证现场与中控室的联络畅通。中控室监视设备是全厂的指挥和信息处理中心，其作用不言而喻。中控室监视设备比拟传统的做法是模拟屏加工控机的方式，这种方式造价比拟高且复杂。随着多屏卡功能的不断完善，现场又出现了工控机多屏显示加投影仪的形式。多屏卡的安装使得一台工控机可以同时拖动多台显示器，并显示不同画面，不同的工段可以同时显示，保证了操纵人员监视的全面性。投影仪可以把所需要的任何画面进展放大显示，也可以供人参观。第二种方式的造价要远低于传统做法。本工程选用APPinx一拖四的多屏卡和东芝投影仪一台。成套设备的耦合本工程中鼓风机为高速离心风机，脱水机为2000mm带宽脱水机，均

11、为大型设备。这些大型设备是由很多辅助电动局部与主机共同工作完成鼓风机和脱水机的正常工作。本工程设计要求大型设备都单独配有自己小型的控制器，由供给商根据自己的经历编制相关程序并预留ProfiBusDP接口，最终成为整个自控系统的一个从站。这样就其它大型设备自控系统与整个自控系统无缝连接，减少了不同供给商之间任务的穿插重叠。监控软件的选择监控软件是人机沟通的桥梁和翻译，是保证整个自动控制系统易操纵、易维护最重要的局部。应选用成熟、先进并应用广泛的知名监控软件，本工程选用力控PCAUTO组态软件。自控控制系统与治理层的衔接自控系统操纵与污水处理厂治理层的衔接主要是把自动控制系统采集到的全厂信息可以顺

12、利传输到治理层计算机，治理人员可以在线查看污水处理厂的运行状况并调用相关的运行数据。随着监控软件的供给商对INTERNET技术的不断应用开发，监控软件都可以通过局域网或者INTERNET广域网进展信息发布，治理层或者受权用户在任何可以上INTERNET网的地方便可阅读运行状况。而所使用MSIE阅读器的平安性问题已经得到解决。由于本工程为污水处理厂工程，其平安性和可靠性要求并不严格，本设计没有对通讯网络和控制器进展冗余配置，只对上位工控机采用了双机热备配置。笔者以为在资金允许的情况下，应对主控制器进展冗余配置。四、自控系统的站点划分根据污水处理工艺的工作原理以空间分别特点，在布线最小、功能完好的

13、情况下对全厂的站点进展了划分，子站为泵房站、水解池站、1号改良SBR站、2号改良SBR站、脱水机房站和鼓风机房站。泵房子站负责提升泵房、粗格栅、细格栅和沉砂池的数据处理，脱水机房站除负责脱水机房外，集泥池、浓缩池也归在该站内，其余子站负责各自的工艺单元。主站为变电所站，设在变电所内。各站配置控制点数目统计如下表：各站所配置的控制点数目，充裕量均大于20%。本工程自控系统的构造如图2所示：五、自控系统的仪表选择仪表系统遵循“工艺必须、计量达标、实用有效、免维护的原那么进展设计，仪表配置如下：粗格栅渠配置超声波液位差测量仪表1套；集水池配置超声波液位测量仪表1套；细格栅进水井：pH及温度测量仪表1

14、套；细格栅渠配置超声波液位差测量仪表1套；AICS反响池配置溶解氧测量仪表及悬浮物浓度测量仪表各4套；AICS反响池进气管路流量测量仪表3套；鼓风机房配置鼓风机进出风管压力测量仪表6套；集泥池配置超声波液位测量仪表1套；脱水机房配置脱水机进泥管路流量测量仪表2套随污泥脱水设备成套；絮凝制药装置液位开关2套随污泥脱水设备成套；变电所配置各出线回路的电量测量仪表。尽管上述仪表中局部仪表已经实现的国产化，但是在精度和稳定方面与进口产品还有一定的差距，因此上述仪表中除通用的流量、温度和压力仪表外，其它均采用进口产品。六、自控系统的功能设计自动控制系统除了保证污水处理工艺的正常运转外，还有可以进步处理工

15、艺的整体优化程度等，本工程的功能设计主要归纳如下；1、单体设备控制对单体设备来讲其控制分为三个层次，其优先顺序为现场手动控制、上位手动控制和PLC自动控制，这样现场发现设备故障时可以最快的速度切断故障设备的运行，最大程度地降低设备的损坏程度。在整个系统中，单体设备的损坏时保证系统其它无关联设备的正常运转。2、节能控制本工程的节能设计主要包括提升水泵的变频控制和好氧局部溶解氧自动调节控制两局部。通过变频器与液位计形成闭环控制，保持集水井内液面的稳定，这样可以减少因提升泵的启动对处理系统造成的冲击，保证系统的稳定运行，同时根据水量变化调节水泵频率，降低了运行能耗。为保持AICS反响器曝气局部溶解氧

16、浓度稳定在2mg/l左右，通过控制鼓风机进口导叶角度来实现鼓风机的流量的调节，到达节能的目的。此外，液位差控制的格栅的按需运转也是节能设计的一局部。3、信息处理设计通过上位监控软件系统直接收集的在线仪表数据，并以数据报表和图形显示，还可根据处理工艺原理自动对所收集的数据进展分析和推导，提炼出对运行操纵更有指导意义的数据。如：污泥负荷、提升水泵运行效率、污泥龄、絮凝剂投加比例、鼓风机运行效率、泵房提升单方水量的电耗、鼓风机每1000m3供风的电耗、单方污水污泥处理的电耗、低压总电量、附属设施耗电量、工艺设施总耗电量、提升电耗、供风电耗以及工艺其它各个工艺构筑物的电耗等等。七、自控特点：1、低投资

17、：投资少本工程除一些精度要求高的在线监测仪表污泥浓度计、溶解氧仪和液位计为进口仪表外，其余局部在线仪表实现国产化，节省了一局部投资费用。另外，从工艺控制角度看，省区了一些不影响工艺运行要求的在线仪表，如ORP计、气体流量计等。不设现场监视设备的也是降低投资的重要原因之一。在自控系统的总线技术选取上、现场I/O控制设备和上位监控设备的选取上，均采用了性价比拟高的产品。如PLC采用西门子S7-300系列等。本自控系统从以上几点节约了大量的费用。2、低费用：运行费用低在占全厂能耗90%的原水提升和鼓风曝气这两个环节上，依托自动控制系统，进水段实现恒液位、变流量控制，由大功率变频装置拖动大流量潜污泵，

18、完全涵盖了5003000m3/h的流量范围，克制了多台泵切换启停，流量突变对后续工艺的水力冲击，也到达节能的目的，立式潜污泵的提水电耗为4.75kwh/km3。占全厂能耗75%以上的鼓风机选用单级高速离心风机，通过控制进口导叶开度调节风量，进而降低能耗，详细的作法是在夜间小水量和过渡工序时自动减小供气量。3、治理操纵简便本自控工程在上位软件二次开发经过从人性化角度出发，进步自控系统的可操纵性，使治理者在任意时间和地点可对工艺系统进展全方面的监控，及时理解到处理系统运行的优劣状态。本工程自控系统的预算费用约占污水处理厂总投资的5%左右。与其它污水处理厂相比，本工程的自控系统投资是中等偏下，性价比拟高。该污水处理厂自控系统是根据工艺要求在确定的设计原那么下进展设计，既保证污水处理系统的正常运行，又尽可能的降低了工程的造价投资，其设计经过和结果对其它污水处理工程的自控设计具有一定的借鉴意义。