污水处理中自动化控制系统的研究与分析 3页

日茎墙差日噩量旦Doi：10．3969／j．issn．1671—1041．2013．02．032污水处理中自动化控制系统的研究与分析杨海燕’，谌海云’，尹森爽，曾欢’(1．西南石油大学电气信院，成都610500；2．中海油能源发展采油服务公司，天津300000)摘要：随着社会经济不断发展。许多现代化建筑物在人们的生活中出现，带来了一个新问题，那就是污水的处理。如果选用经济、适用、安全、合理、科学的自动化系统，能对污水处理进行自动控制盒远程监视。满足污水处理厂自动化生产的需要。实现系统配置的灵活性。降低造价。关键词：PLC；自动控制；污水处理：监控系统中图分类号：TP273文献标志码：BTheresearchandanalysisofautomaticcontrolsystemduringthesewagetreatmentYANGHai-yan，CHENHai-yun,YINSen．shuang2,ZENGHuan(1．SchoolofElectronicInformation，SouthWestPetroleumUniversity,Chengdu610500，China；2．CNOOCenergydevelopmentoilServiceCorporation，Tianjin300000，China．)Abstract：Withthedevelopmentofthesocialeconomy．manymodernbuildingsappearinpeople’Slife-Thisfactresuitsinanewproblem，thesewagetreatment．Ifweselectaautomationsystemwitheconomical。suitable，safe，reasonableandscientificeffects．thentheaMtomaticcontroIandremotemonitoringforsewagetreatmentprocesscanberea1．ized．Bythissystem，theautomationneedsofsewagetreatmentplantcanbemet。theflexibilityofthesystemconfigu．rationiSrealizedandthecostiSalsoreduced．Keywords：PLC；automaticcontrol；sewagetreatment；monitoringsystemO引言分离出来，再经兼氧区进一步处理后，曝气混合液流入目前，我国的污水处理技术尚处于发展的初级阶段，二沉池，在二沉池进行固液分离，上层清液进入接触池一方面，用水需求日益增加；另一方面，水资源日渐匮乏、进行消毒后排入河流。环境污染加剧、污水处理技术效率很低，二者的矛盾越在整个污泥处理过程中，系统初沉池沉池的生污泥来越突出，已成为制约我国经济发展的瓶颈问题。在污通过泵提升到重力浓缩池进行浓缩，二沉池沉淀的活性水处理厂中采用自动控制系统进行自动化控制，在保证污泥一部分由回流泵提升到曝气池的厌氧区增加活性污稳定地水质量前提下，实现污水处理成本最低的目标，可泥浓度，一部分通过泵提升到气浮浓缩池，经两个浓缩靠性更强、效率更高，因此，自动化控制将具有很大的发池浓缩后的污泥通过投配泵提升到消化池进行消化处展前景。理，最后进入脱水机房脱水成较干的污泥才能外运填埋[1，2]1污水处理工艺简介0一个大、中型污水处理中包括多个处理单元，如格2污水处理自动控制系统组成栅、泵房、沉砂池、曝气及回流污泥泵房等，处理污水的整个自动化控制系统按参与生产程度级别划分为中工艺相对繁杂。各个单元之间有着密不可分的联系，为保央控制室、现场控制站、现场控制操作箱3个级别，整个证良好的处理水质，各单元之间就必须协调运行。同时，系统控制权限由中央控制室(操作员)进行管理，其结构如污水处理厂的占地面积都比较大，采用的是集散控制系图l所示，统，这种自动化系统一般具有非常强的通讯网络能力。某市污水处理厂二期工程师国家大型二级生化城市污水处理厂它的日处理能力为30万吨，采用AOE生化工网络艺，包括水处理系统和泥处理系统。在水处理环节，污水经由城市污水管网进入厂内格栅井，被拦截掉较大的渣物后，再由污水泵进行水位提升，完成后续污水靠重力流处理的工序。钟式沉砂池起着将污水中的沙砾分离出来，防止其对后续工序设备的损害的作用。第一道工序完成后，沉沙后的污水靠重力流进入一级处理单元一初沉图1污水处理自动控制系统结构图沙，沉降去除污水中可沉降的颗粒，然后进入二级生化处上位工控机上安装力控软件开发上位机监控界面，理单元一曝气池，曝气池由A(厌氧区)／O(好氧区)／E(兼氧主要完成温度、压力、流量、液位等运行参数的监视、故区)三个区组成。这是污水处理的核心是最重要的单元，障报警、报表打印、电气远程启停、参数设置、趋势分析污水首先进入厌氧区进行厌氧处理，使厌氧池中的污泥等。主要界面包括系统总貌画面、报警总貌画面、参数设吸收污水中的一些有害物质后，进入好氧池，由鼓风机定画面、分段显示画面、时间参数时势趋势画面、历史记提供微生物所需消耗的氧气，经过生物作用，将有害物质录画面，整个系统界面直观、操作方便。90EICVo1．202013No．2\n置麦旦日墙羞日分布在现场的仪表采集生产过程中的主要参数及设3．3分布式I／0选择备运行状态，送入相关的PLC输入模块。各现场控制站现场级(控制从站)采用开放的、标准化的现场总线的PLC将采集的数据经过逻辑运算处理后传给上位机，PROFIBUS—DP来连接部件，在常用配置的自动化系统并接收上位机的指令对现场设备进行远程控制，上位机中，PLC的I／O模块与传感器、执行器之间需要通过大量是系统的核心部分，完成对污水处理过程各部分的管理电缆连接，这不仅增加了安装的工作量，也增加了安装费和控制，并实现厂级办公自动化，它的人机接口是整个控用和发生故障的几率。应用分布式I／O，将I／O模块就近制系统与外部信息交换的界面。上位机的各台计算机具放置于传感器和执行机构附近，将I／O模块转换成就地有相互通讯的功能，实现数据交换或共享。监测器和执行器，可就地转换和处理过程信号，从而提高下位机采用具有PID调节功能的可编程控制器了系统控制的实时性，在PLC和I／O模块及现场器件之间(PLC)。下位机是实现系统功能的关键，主要的功能是接采用现场PROFIBUS—DP连接可克服PLc模块上的上述受上位机设置的参数或命令，实现对现场的实时数据采缺点。集、实时判断决策及实时控制，并将现场状态传送给上位ET200系列是分布式I／O站点，一般作为远程从站，机。它在直接实现开关量控制的同时，还可通~'tA／D转换其中ET200B自带I／O点，适合在远程站点I／O点数不太多器采集现场测定仪表(由传感器和变送器共同组成)输入的情况下使用；ET200M需要由接口模块通过机架组态的4—20mA标准信号，经A／D转换后，进行数字PID调节运标准I／O模块，适合在远程站点I／O点数较多的情况下使算，然后输出信号，以控制各相应的执行设备(如变频器、用。因为控制点数较多，这里选择ET200M，其接口模块电机、调节阀等1。选择IM153—1，如所组态的模块中包含特殊功能模块或通讯网络的主要功能是连接上位机、下位机及现场冗余结构，应选择IM153—2接口模块。设备，实现这三大部分之间的相互通讯。通过合理的网络3．4上位机配置将上位工控机和PLC、PLC控制模块和10模块、IO模块在控制系统中，上位机侧重于管理。上位机就功能来和现场设备有机的连接起来，实现三者的数据通信是实说，可分为服务器和客户机，二者对可靠性的要求不同。现管理和控制的关键。当前适用于工业应用的网络主要在中小型控制系统中，所有功能都集中在一台计算机中，有DCS局域网、工业以太网和现场总线[3】。没有服务器和客户机之分。上位机一般情况下要安装组3系统配置态软件，是人机交互的主要手段。3．1PLC选型工业控制的上位机一般选用工控机。作为一种具备施奈德、西门子、欧姆龙、罗克韦尔、通用电气是通特殊性能的计算机，工控机能够在苛刻的外界环境下连用全球五大PLC制造厂商和整体方案的提供者，他们的续长时间的稳定运行。结构扩充性能好、电压使用范围产品面向各自不同的领域，其中在污水处理自动化系统的宽、各种I／O设备配套齐全、对普通PC软件完全兼容，但应用方面，以罗克韦尔、欧姆龙和施奈德的应用最广泛。价格也相对昂贵。所以上位机选用岩华工控机IPC．610，综合考虑整个监控系统的性能要求和自然条件及运价格和性能相对适中，能满足控制系统的监控要求。上位营周期对设备的要求，尤其是在极端气候和恶劣环境状机采用力控6．1组态软件进行监控画面设计。它适用于和况条件下或较大规模的污水处理厂需要选择性能更好各厂生产的PLC进行通信。的双机热备冗余的PLC。3．5通讯网络选择因此，本设计采用西门子公司S7．300系ylJPLC中应现场总线(ProcessFieldbus，缩写为Profibus)在较用广泛的CPU315．2DP，它的程序容量属大中规模，对二大范围内已经取得了用户和制造商的认可。由于Profib．进制和浮点数具有较高的处理性能。它有两个DP口，与US．DP的开放性，它能连接不同厂商的标准部件，是我国总线连接简单，并且可以方便的扩展为冗余配置，可用于工业通讯领域现场总线的第一个国家标准。建立分布式I／O结构和大规模I／0配置，并且可以通过CP系统结构主要是将PLC作为下位机，计算机作为上通信卡来扩展其DP接口。用s7方式通信时，它既可以作位机。系统上位机、下位机和I／O模块之间采用Profibus为服务器也可以作为客户机。现场总线来实现通讯，其系统结构如图2所示。3．2PLC信号模块选型PRoFIBus现场总三拿!信号模块实际上就是连接PLC和设备的接口模块，主要是对输入或输出信号进行相应的转换，便于信号的处理和执行。细格栅站fl智能软启ll曝气池站l智能变频lI排泥站PLCl动器IlPLClJ器ljPLC系统选用的数字输入模块为SM321，所选的具体型号为6ES7321．1BL00．0AA0，额定输入电压为DC24V，每个模块有32个输入点数，输入电流为7mA。擎ll赣赣}l擎I／1／』I／数字输出模块为SM322，型号为6ES7322．1BL00．。O】{O0AA0，额定输出电压为DC24V，每个模块有32个输出点，输出电流为5mA．0．5A，感性负载最大输出频率为图2基：Fprofibus现场总线的系统结构100Hz，阻性负载最大输出频率为0．5Hz。在基于现场总线的污水处理自动控制系统中，系统模拟输入模块为SM331，型号为6ES7331．7KF02．现场分控站PLC和中控室监控管理计算机都设置为主站，0AB0，额定输入电压为DC24每个模块可输入8个模拟利用OLM扩展PROFIBUS的电气接口，组成了冗余光纤量，电压输入量程和电流输入量程有多种选择。环网的拓扑结构，大大提高了传输速率，增强了抗电磁干模拟量输出模块为sM322，型号为6ES7扰的能力。322—5HD01．0AB0。模块输出点数为4，工程选择输出信PR0FIBus—DP是一种高速低成本的通信协号为4—20mA，最大负载阻抗为0．5千欧，通道最大转换议，用于设备级控制系统与分散式I／O的通信。使用时间为0．8ms，基本误差要求在+0．5％～0．5％范围内。PROFIBUS—DP可取代办24VDC或4—20mA信号传输。欢迎订阅欢迎撰稿欢迎发布产品广告信息EICV01．202013No．291\n日茎墙差日墨麦旦Doi：10．39690．issn．1671—1041．2013．02．033两种汽轮机转子热应力计算方法的比较分析陈顺青。谷俊杰(华北电力大学能源与动力工程学院，保定071003)摘要：本文分别对汽轮机自启停转子热应力在线计算的一维差分法和惯性环节法进行了详细的描述。对这两种方法的通用性、筒捷性、计算精度等方面进行对比分析，得出一种更适合我国现阶段转子热应力的在线计算的方法。从而更好地实现单元机组启停自动化，提高机组的运行安全性和经济性。关键词：转子热应力在线计算；一维差分法；惯性环节法；机组启停自动化中图分类号：TM315文献标志码：BComparativeanalysisoftwosteamturbinerotorthermalstresscalculationmethodsCHENShun-qing，GUJun-jie(SchoolofEnergyPowerandMechanicalEngineering，NorthChinaElectricPowerUniversity,Baoding071003，China)Abstract：Thispaperrespectivelydescribessingledimensionaldifferencemethodandinertiallinkmethodofthether-malstressonlinecalculationofthesteamturbineautomaticstart—stoprotor．By。analyzingandcomaringthegeneral—ity，convenience，calculationaccuracyofthesetwomethods，itsummarizesonemethodwhichiSmoresuitabletothepresentrotorthermaIstress’onlinecalculation．torealizeunitstart—stopautomationmuchbetter,improvetheopera．tionsafetyandcostKeywords：rotorthermalstressonlinecaIculatiOn：singIedimensionaldifferencemeth0d：inertiallinkmethod；unitstart．stopautomation主站周期性地读取从站的输入信息并周期地向从站发送控站的各类数据和信号，并能进行数据显示、数据存储、输出信息。总线循环时间必须要比主站(PLC)程序循环历史数据回放、趋势曲线绘制。时间短。除周期性用户数据传输外，PROFIBUS．DP还提3)多级口令登录功能。具有安全登录窗口，并把登供智能化设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和陆详细信息存人数据库；分管理员、工程师、操作员三个报警处理。等级登陆，凭口令来使用监控程序。3．6现场测控仪表及主要设备4)打印功能。具有各种数据报表输出功能，根据生仪表选型应根据工艺装置的规模、工艺流程特点和产需要，及时完整地生成生产报表。操作要求等因素确定的控制方式进行。首先，选用的仪表5)报警及报警记录功能。具有多种报警功能，包含必须性能先进、运行稳定可靠。其次，在满足工艺要求的优先级报警、多状态报警、事件报警和确认报警等。前提下，不必追求过高的测量精度，以节省投资；量程选6)操作人员对设备的所有操作或报警值的修改，其择应保证仪表长期工作在满量程的2／3左右。再次，仪表操作记录由监控软件记录，并由独立的数据库存储。的防护等级应不低于IP65，在短时浸水场合，防护等级为5结束语IP67；在长期浸水场合，防护等级为IP68。另外，仪表应便实践证明，应用自动化控制系统是污水处理行业发展于安装、检修，部件可换性好。最后，在同—工程项目中，的必然走向，对污水处理企业的管理和工艺都大有益处。仪表品种不宜过多，应力求统一。主要仪表有超声波液位其保证了污水处理运行的安全可靠，大大提高了污水处理差计、COD检测仪、氨氮检测仪、超声波液位计、电磁流的自动化控制水平和管理水平，从而提高了生产效率，降量计、温度计、污泥浓度计、PH检测仪、泥位检测仪。低了能耗。随着科学技术的进一步发展，自动化控制将在4监控界面设计污水处理行业当中起到更加广泛和重要的应用。口中央管理中心设置两台计算机分别作为操作站和工参考文献程师站相互备用，利用力控组态软件开发的污水处理监[1]赵捷．污水处理厂自动化控制系统及控制功能实现⋯．电气技控界面，对全厂工艺设备运行状况、运行参数进行集中术，2006，(4)：3O一32．监控，遥控现场设备。监控计算机通过集成的1000M网[2]贾青．工控计算机与PLC的发展现状[J】_自动化博览，2000，(3)：1-7．卡与PLC系统经工业以太网进行数据交换[4]。[3]马国华．监控组态软件及其应用【M]．北京：清华大学出版中控室的监控程序有如下主要功能：社，2001：1—95．1)工艺流程监控功能。具有友好中文操作界面，各[4]高廷耀．污水处理的新技术与新发展【M]上海上海环境科学出个界面之间切换流畅、自然，能动态显示整个厂区及各个版社，1999：30．75．单体的在线设备运行状态及仪表测量值，监测网络各节作者简介：杨海燕(1986一)，女，在读硕士研究生，研究方向为油气检测技点状态。术与自动化装置。2)数据记录存储功能。监控程序根据需要采集各分收稿日期：2012．12．1092EICV01．202013No．2