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污水处理的自动化控制系统

来源: 时间:2017/6/23 11:42:06 浏览数:12945次
一、污水处理自动控制系统

通常由污水厂与厂外泵站两部分组成。污水处理自动化系统的核心是监控系统的PLC与通讯,其性能对于污水处理自动化系统具有决定性作用,PLC与通讯网络的选择要符合污水处理自动化实际监控需求,这是确保污水处理自动化系统性能的关键。



1、 
网络
    
国内污水处理自动化系统结构通常采用监控总中心、区域监控分中心与监控站三级体制。

 监控站由于不能直接控制污水处理厂的外场设备,所以工程界通常把监控系统划按系统结构划分为信息层、控制层与设备层三层。
   信息层主要承担不同厂家设备间的信息传输,目前常用
以太网作为信息网络,而且目前绝大部分PLC厂商都支持该网络,并基于原有的TCP/IP协议基础上研发出更高实时性的产品。因Eth-ernet具有的高信息量优势,在污水处理厂自动化系统中各个控制分站与监控中心的大量数据传输主要通过以太网实现。
    控制层主要基于现场总线构成的隧道区域控制器网络,由于选用标准总线进行组网,不仅在通信中具有较好的实时性,接口还兼容标准的开放协议,可在总线上很容易连接外场设备,便于监控系统扩展。目前污水处理厂自动化系统中主要应用LonWorks、Con-trollerLink、Inetrtbus等总线,由于其传输高速、可靠性高,能够满足PLC与
、PLC之间及其它设备间进行大量数据高速传输。为提高系统可靠性,控制层网络多采用线缆和光纤作为传输介质的环网结构。设备层通常通过DeviceNet、Modbus等总线进行现场设备与PLC、远程I/O端口及仪表间的通讯,DeviceNet由于已成为业界标准总线而被广泛应用。

近来年由于以太网应用的广泛而使人们更关注现场总线,以太网最终能否取代现场总线一直争论不休。毕竟在某些主要性能指标上现场总线有明显优势。以太网的CSMA/CD访问方式本质上没有现场总线所采用的令牌环和令牌总线访问方式的实时性高,因此协议封装、分时访问控制等方式还不能实现本质改变。目前的技术还不够成熟,比较稳妥的方法是将现场总线应用于控制层。随着以太网技术的发展,在不远的将来在控制层上还是有可能取代现场总线的。



2、 
监控分中心及上位监控软件

监控分中心通常设置多台工控机用于水厂调度系统、加氯间、滤站、送水泵房等监控,实现污水厂内设备状态显示、自动控制、分析报表等工作。而且还设置多台服务器实现与监控中心的通讯。

3、 
选择PLC

污水处理自动控制系统要求PLC有更高的性能,首先,PLC也是污水处理自动控制系统的控制器核心,要具有稳定可靠的优势,能够预处理数据并进行集中传输,故障保护能力较高;
   第二,控制分站中的控制器要具有能够独立控制分区各项任务的能力,当监控站或者监控中心意外停止运行时,相邻区域控制器也可以进行数据信息交换;
   第三,某控制站中的控制量如发生变化,就要按预定
采取适宜措施,对相关区域设备进行相应调整。
   所以,一定要具有实现集中或独立工作方式,特别是可以在独立控制时实现与相邻控制器进行数据交换数据采集存储处理、容错等功能模块。对整个监控系统性能及运营周期等因素综合考虑后选择适宜的设备,特别在气候环境条件恶劣情况下以及相对规模较大的污水处理厂,一定要选用如Schneider的2Quantom系列等性能更高的双机热备冗余PLC。

通常环境下或规模相对较小的污水处理厂,一般多采用Quan-tom140系列标准机型作为现场控制器,对工业以太网与多种现场总线的支持性、系统开放性及兼容性都较好,采用远程智能分布式结构控制方式,能够满足污水处理自动控制系统对信号处理的不同要求。

二、应用
 

 
1、污水处理控制装置构成

 
  该装置计算机监控系统为主机选用DELL工业计算机,分站选用西门子S7-400型可编程控制器(PLC)的集散型自动化控制系统。软件为通用电气 Ifix4.5 平台开发的专用软件包。
 
自动检测装置包括电能、进水流量、pH值、溶解氧、氧化还原、回流污泥流量、剩余污泥流量及水位、水温等八类过程自动检测仪表,其输出均为模拟量信号(4~20mA)。 
 
  该污水处理电气自控系统基本控制思想是:功能和危险分散,监督和管理集中。


图片
 
 
  1.1 电气受控对象构成 
 
  受控对象包括鼓风机、水下推进器和大部分泵共计45台设备,其输出状态信号均为开关量。 
 
  1。2 系统工作原理 
 
  现场自动检测仪表对生产中各个参数自动、连续地进行检测,同时将信号反馈给现场PLC和中心控制室计算机,并在中控室模拟屏和计算机显示器上显示出来;PLC和计算机比较程序中设定的工艺参数,自动地调节某台设备的工况(启动、停止或调速),从而自动满足生产过程需要。
 
  2 污水处理自控系统功能 
 
  2.1 污水处理人机界面及功能 
 
  人机界面是操作者和系统交互联系的平台,它直接面向操作者,是用户认识评价一个系统的首要部分。本系统采用在DOS环境下运行的AQUAMONITOR7软件包把图形、文字有机地结合在一起,立体感强,操作简便,直观舒适。操作者可用鼠标完成对软件的全部操作,包括菜单选择、画面切换、实时数据显示、历史数据前/后翻页、报表生成及打印、故障查询及复位、文件管理、参数设定等等,每页图形均固定有即时报警信息栏、向上翻页、回到主菜单、打开报警显示屏,操作人员姓名注册显示、故障/维修/模拟报警实时显示等功能。本软件包不足之处在于它采用的是英文界面,而在现在的给排水引进项目中,一般都预先提出使用中文界面软件,外方也能满足。 
 
  2.2 污水处理自动控制过程 
 
  (1)选定所有受控对象运行模式为自动。 
 
  (2)输入或选择有关模拟量上、下限值等。 
 
  2.2.1 进水泵 
 
  在全自控状态,5#进水泵为备用,其余4台泵根据泵房液位高低和各自累计工作时间多少决定自动开停顺序。将设定的进水泵房液位高度,如6m定为100%,2m定为0%,则液位高度在0~25%时,第1台泵启动,25%~50%时,第2台泵启动,50%~75%时,第3台泵启动,75%~100%时,第4台泵启动。反之,当液位从75%~100%降到75%以下,则1台泵先停,随着液位逐渐下降到0,其余3台泵相继停机。 
 
  2.2.2 粗格栅 
 
  进水泵前粗格栅根据设定的栅前后液位差(如ΔH=10cm)或定时(如ΔT=5min)开停机。 
 
  2.2.3 细格栅 
 
  进水泵后细格栅自动工作原理同粗格栅。 
 
  2.2.4 刮砂桥和砂泵 
 
  细格栅后一道工序--沉砂池刮砂桥,则根据设定的运行周期(如每隔8h启动1次)自动控制开机,砂泵也同时运行,待砂桥在池上往返运动一个来回后,砂桥、砂泵自动停机。 
 
  2.2.5 进水流量和pH计 
 
  从沉砂池出来的污水流经巴氏计量槽,此处的超声波流量计记录瞬时流量和累计流量,瞬时流量如超过设定的上、下限值则报警;计量槽后的pH计可同时自动检测进水pH值和水温,如这两个模拟量超出测量范围也会报警。 
 
  2.2.6 水下推进器 
 
  厌氧池和缺氧/好氧池水下推进器设定为"自动"运行状态后将连续运行,除非故障或手动停机。 
 
  2.2.7  
 
  鼓风机为污水生化处理的关键性设备。传统的罗茨鼓风机旋转活塞片呈"8"字型,存在着噪音大,出口风压风量均为定值,不可调节之缺点。本工程共引进GM130L型罗茨鼓风机5 台(1#、2#为一组,4#、5#为另一组,3#风机备用),风机活塞片侧面近似呈三片夹角为120℃的椭圆,其中1#、5#风机设有变频调速装置用于调整风机的转速,起到调节风量大小的作用。供气干管共2根,每组风机各供1根,3#风机兼作备用,并与2根主管连通。每根供气干管对应1座缺氧/好氧池,PLC根据每组缺氧/好氧池出水口溶解氧计自动检测到的溶解氧值比较决定各组风机的开、停或1#、5#变频调速罗茨鼓风机的转速,以保证池中溶解氧满足工艺要求。 
 
  2.2.8 回流污泥泵 
 
  5#回流污泥泵为备用,其余4台泵工作程序同进水泵;不同的是,它们的开停除受回流污泥泵房液位高低控制外,还受进水流量大小变化控制。每台泵在以上任一开机控制条件满足后即可开机。反之,当两个关机控制条件同时满足后才会停机。 
 
  2.2.9 二沉池刮泥桥和浮渣泵 
 
  从2座缺氧/好氧池出来的泥水混合物都进入一座中心配水周边积泥的结合井,并通过结合井将污水均匀配至4个二沉池;二沉池采用中心进水、周边出水辐流式沉淀池,每池设1台 2/3式机械刮泥桥和1台依浮渣井液位高低自动开/停的浮渣泵,浮渣泵将刮泥桥上附有的浮渣刮板从池面刮入浮渣井的浮渣输送到剩余污泥泵房。由于比重不同,在二沉池中停留一段时间的泥水混合物即进行分离,上清液溢进出水槽作为尾水排放到厂外农渠,而沉降后污泥则依自重流向回流污泥泵房。 
 
  2。2。10 剩余污泥泵 
 
  剩余污泥泵房底部通过阀门与回流污泥泵房连通,3台剩余污泥泵依时间程序定时开机,直至将设定体积的泥、渣排至浓缩池待处理。 
 
  2.3 系统的调试完善过程 
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