污水处理流程一体化控制系统设计与实现 4页

ELECTRICDRIVE2O11V01．41No．3电气传动2011年第41卷第3期污水处理流程一体化控制系统设计与实现高强，王国敬，李大华，张亮(天津理工大学天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室，天津300384)摘要：分析了城市污水处理的现状，以及处理过程中存在的不足，针对天津某污水处理厂生产需求，结合污水处理过程的流程性和阶段性特点，阐述了一种基于以太网，处理过程局部控制和流程化一体控制相结合的方案。电气控制采用AB公司PLC控制器与上位机结合的方式，实现了全方位优化控制，有效改善了工作条件，提高了控制性能，达到节能降耗目标。通过现场系统的调试运行，验证了所设计控制系统的正确性和有效性。关键词：污水处理厂；电气控制；PIC；一体控制中图分类号：TP393文献标识码：ADesignandImplementationofIntegrationControlSysteminSewageTreatmentPlantGA0Qiang，WANGGno—jing，LIDa—hua，ZHANGLiang(TianjinKeyLaboratoryforControlTheory&ApplicationsinComplicatedSystems，TianjinUniversityofTecknology，TianJ300384，China)Abstract：Thestatusofmunicipalsewagetreatmentwasanalyzed，includelotsofdeficienciesofthepro—cessing．FortheproductionrequirementsofasewagetreatmentplantinTianjin，combinedwithcharacteristicsofprocessesandstagesoftheprocess，aintegrationcontrolprogramcombinedwithpartcontrolinprocessingwaselaboratedwhichisbasedonEthernet．TheelectricalcontrolsystemwascomposedofthepositionmachineandPICprovidedbyABcompany．Itachievedafullrangeofoptimalcontrol，improvedtheworkingconditionsandthecontrolperformance，achievedenergysavingtargets．Actualrunningshowsthatitisreliableandeffi—cient．Keywords：sewagetreatmentplant；electriccontrol；PIC；integrationcontrol随着我国经济快速发展，环境问题日趋严重，将系统按照工艺流程划分为污水进水系统、生化处工业和城市生活废水直接排放是造成水体污染的理系统、污泥处理系统、污水中转排放、中水砂滤系主要因素之一，因此城市污水治理已成为我国污统、中水超滤系统、反渗透产水系统。每个系统按水控制的重点。然而，传统的人工控制方式已远照其中核心动力设备(如污水进水系统的污水潜污远不能满足大规模污水处理的需要，现代污水处泵)作为控制节点。局部控制原理如图1中虚线框理厂的生产控制已进入一个计算机智能控制时中所示，是针对每个独立系统，控制器通过采集本代口]。为了实现对污水处理过程的监控、分析、管系统的液位、流量等信息“i”来控制相关水泵和阀理和优化，本文阐述了一种基于以太网，处理过程门的运行，形成图1中“I”所示的闭环调节过程，实局部控制和处理流程一体控制相结合的方案，实一体控制现了全方位优化控制，有效改善了工作条件，提高了控制性能，达到节能降耗目标。：：匪1系统概述污水处理过程不仅具有流程性和阶段性的特点，还具有较大的时滞性。为满足不同工况操作需图1系统控制结构图求，按照局部控制与一体控制相结合设计的原则，Fig．1Controlsystemstructure作者简介：高强(1968一)，男，教授，硕士研究生导师，Email：gaoanbei@163．colx155\n电气传动2011年第41卷第3期高强，等：污水处理流程一体化控制系统设计与实现现局部的闭环控制，以达到局部性能的最优。心，其中包括模拟输入量21个，模拟输出量3个由于污水处理工序比较多、流程比较长，为避(用于变频器控制)，数字输入量182个，数字输出免流程中断或者拥塞，实现整个流程的顺利高效量57个，采用AB公司可编程序控制器Compact运行，就要兼顾污水处理过程的局部效率与整体Logix1769一L35E及其系列IO模块，模块选型如效果，不但要控制好每一个环节的节奏，更要把握表1中央控制单元选型表。环节之间的衔接，这就需要考虑各个环节的处理表1中央控制单元选型表Tab1ThPsPlPrtiOntablenfrPntProntrolUnit能力和处理效率，以及每一个水池水箱的容量、缓模块类型模块数量／块冲能力等因素，使整个系统协调一致，严密配合。AI模块1769一IF8如图1中一体化控制过程要兼顾整个流程各个环DI模块1769一IQ16节采集到的信息，按照控制模型来控制各个环节DI模块1769一IQ32的核心设备，形成“II”所示的一体化闭环调节过D0模块1769一OB16程，达到配合得当、效率最佳、节能降耗的目的。DO模块1769一OB32AO模块1769一OF4CI控制网络采用典型的上位机与控制器相结合其主要特点_2为：1)带浮点协处理器的32的方式，充分利用上位机可视化监控的特点，完成运行状态监控、数据管理和报表打印、系统运行报位多任务实时控制内核，具有高速运算及复杂回警、精细化控制以及局部控制与一体控制的转换路控制功能；2)多种编程方式可选，梯形图LD、等功能。控制器的运行具有较高的稳定性和安全功能块FBD、顺控表SFC等，方便开发和程序修性，可以脱离上位机独立完成系统的逻辑控制。两改；3)最大支持30个本地IO模块，具有强大的者通过以太网连接，以实现控制功能互补，具有一扩展功能；4)内置支持实时控制的100Mb／s定的可操作性和扩展性。系统的一体化控制是在EtherNet／IP工业控制网络接口，同时实现多处理实际控制需求和局部精细化控制的基础上实现的。器／上位机联网以及分布式IO控制。废水处理部分包括模拟输入量11个，完成检2中控系统设计测仪表信号的采集；数字输入量99个，数字输出2．1系统网络结构量33个，完成控制信号的采集和输出；考虑了系统运行的稳定性和保留一定的裕量，选用AB公中控系统设计按照工艺和控制要求分为废水处理单元和中水回用处理单元，控制网络结构如司FlexLogixl794系列产品，模块选型如表2远图2所示。中央控制单元是控制系统的核心，安全程Io单元选型表。表2远程10单元选型表性、稳定性要求比较高，包括处理器和相应的Io模Tah2ThPs】Pctiontable0fremoteIOU12it块，主要完成信息采集、逻辑运算、程序存储等功模块类型模块数量／块能，负责中水回用处理单元的控制及输出。远程AI模块1794一IE8Io单元通过以太网模块与处理器交换数据，主要DI模块1794一IB32负责废水处理单元的数据采集及控制输出。系统DO模块1794一OB32P采用以太网结构，以工业交换机作为数据交换核DI／DO模块l794一IB16XOB16P心，连接方式简单，具有良好的可扩展性。以太网通讯模块1794一AENT模块主要特点为：1)通讯接口模块化设计，易于配置和扩展；2)支持热插拔功能，可在底板上电时装卸，不影响其他模块运行；3)通讯高效，可通过网络传递数据，也可通过背板传递数据；4)坚固中央控制单元远程IO单元的硬件平台，可承受恶劣的工业环境。3程序设计图2系统网络结构图Fig．2Systemnetworkstructure控制系统采用1769一L35E控制器控制与上2．2系统选型位机RSlogix5000程序控制相结合的集中控制方按照控制结构，中水回用处理部分是控制核式，以RSview32作为监控组态画面开发环境。56\n高强，等：污水处理流程一体化控制系统设计与实现电气传动2011阜第41卷第3期3．1控制画面组态可以便捷的与硬件通讯及其他OPC组件通讯。上位机监控画面组态_l3主要考虑控制系统工集成了微软的VisualBasicForApplication艺流程表现形式和设备的可操作性。按照工艺将(VBA)作为内建的脚本语言编辑器。可以随意监控画面分为污水进水系统、生化处理系统、污泥定制开发后台应用程序，便于生产报表以及打印处理系统、污水中转排放、中水砂滤系统、中水超功能的开发l_3j。滤系统、反渗透产水系统。在控制程序开发过程以砂滤系统为例，其中砂滤罐有固定的启动方中考虑了模块的通用性，将被控设备分为两类，电式和运行规则，不需要特殊的控制，所以其核心动机类设备包括水泵、搅拌机、加药泵等；阀门类设力设备是砂滤进水泵，只要对砂滤进水流量进行控备主要指中水处理过程中的气动阀和慢开电动制就可以把握该环节的运行节奏。该环节的控制阀。按照控制原则电机类的控制主要有手动、自主要围绕砂滤进水泵的运行实施，通过分析中间水动、启动、停止、复位；阀门的控制主要有手动、自池的容量、液位、入水流量以及砂滤产水箱的容量、动、开阀、关阀、复位。液位、出水流量等信息，控制砂滤进水泵的运行状组态监控画面开发采用AB公司开发环境态；另外，配合一定的加药量，以达到良好的控制效RSview32，它支持OPC的服务器和客户端模式，果和处理效果。砂滤系统组态画面如图3所示。图3砂滤系统组态画面Fig．3Theconfigurationscreenofsandfiltrationsystem3．2控制程序设计步骤入口变量的一个因素；入口变量由上一步骤控制器编程软件选用AB公司开发环境出口变量和当前步骤启动条件做逻辑“与”运算，RSlogix5000，它为顺序控制和运动控制提供完整的如果结果为“真”，则触发的入口变量，作为当前步编程及调试支持，完全实现对模块的设置和监视，编骤运行的条件，因果顺序控制如图4所示。程过程支持模块的拖拽和粘贴，便于程序开发[4]。程序编制过程中只需专注于每一个步骤的实在控制程序开发过程中除了要考虑基本控制现以及所属的入口变量和出口变量，通过步骤与功能的实现外，还要考虑系统的自动控制过程，即步骤之问的衔接，避开了程序中复杂的关系和条一体化控制过程；另外，鉴于污水处理过程的流程件，以明确的控制主线贯穿程序始终，这样的编程性和阶段性特点，控制程序的编写采用因果顺序方式适合于控制过程具有流程性，流程简单，关系单元式设计结构。复杂，被控对象较多的引用系统。主要特点体现因果顺序编程方式是指按照系统控制流程和在程序结构简明、逻辑明晰、主线明确、回避了交工艺需求划分控制步骤，每一个步骤作为一个编叉控制的编程过程、可读性强、有利于程序的调程单元，有一个入口变量和一个出口变量，出口变试、维护等方面。量是由当前步骤运行结果触发的变量，作为下一(下转第64页)57\n电气传动2011年第41卷第3期陈欣：用组态软件改造双盘冷却器中文组态软件，2004年版本号为5．5的嵌入式组件的困难中。通常使用元件代换法，是维修人员态软件规则而作。基本画面部件参考美方原来就抢修故障设备的常用方法。而PLC和触摸式液有的画面形式，并将原来的英文显示，全部改成为晶显示屏又因为涉及到控制软件，一般人很难掌中文显示画面，整个系统分成3个显示画面。其握，难以正常代换。本文的例子，就是这样的一个中主运行画面中隐藏着2个记录画面。一个是报案例。但PLC和触摸屏在故障时的代换，也不失警故障记录表，用以记录设备故障时的信息，主要为抢修设备时的一种方法。相信随着自动化技术记录内容有：设备上的故障报警代码，故障报警发的发展，将会有更多的现场设备使用PLC和人机生的时间，故障报警结束的时间。另一个是监控界面。而在现场故障维修中，不同型号之间的代数据表，用以记录模拟量采人的一些信息，主要是换是必不可少的。因此，有必要学习和掌握一些主电机的工作电流，还有就是热砂进入后和输出PLC和人机界面的使用代换技术，特别是组态软时的温度。在设备监控主画面上，有2个触摸屏件技术，这样在实际现场中，就可以改造、代换，修设计的软输入按钮，通过触摸它，打开对应的故障复更多的这类现场故障设备。记录表和监控数据表。整个组态画面开放、界面参考文献直观、操作简便。[1]菱电自动化(上海)有限公司．Q系列大全[Z]．2003．3结论E2]菱电自动化(上海)有限公司．Q系列编程手册EZ]．2003．[3]北京昆仑通态自动化软件科技公司．MCGS嵌入版用户手本设备在2004年改造成功后，到目前为止已册[z]．2002．经运行了5a以上的时间，电控系统一直正常工作，没有出现过问题。在生产现场的设备维修中，硬丽百丽维修人员经常会陷入既无维修资料又无维修备修改稿日期：2010-10-21(上接第57页)件。在程序编制过程中采用因果顺序编程方步骤一1人口式，结构简明，可读性强，便于调试和维护。在系变量In(K—I)统的实际运行中有良好的效果，实现社会效益、环步~M,2-1步骤l出口步骤膳行条件境效益和经济效益3方面的统一。变量out(K-1)ll参考文献逻辑“与”运算l陈进东，潘丰．污水处理控制系统设计[J]．自动化与仪表，步骤尼人口变量In(jl，-1)2008，23(6)：33—36．步骤RSlogix5000编程环境人门[z]．RockwellAutomation步骤出口Company，2006．变量ore(K)RSview32用户指南[EB／OL]．[2009—6—1]．RockwellAutomationCompany．http：／／cn．rockwellautomation．图4因果顺序控制不意图com／library／Fig．4Thediagramofcausalsequencecontrol钱晓龙．Micrologix控制器应用实例[M]．北京：机械工业出版社，2(J(】3．4结论王华强，王东林，王超，等．污水处理厂控制系统与控制算法研究[阳．合肥工业大学学报：自然科学版，2007，30(10)：该项目在实施过程中，按照工艺流程合理划1315—1317．分处理环节，充分利用PLC分散检测和控制，集渤海油田港区污水处理及中水回用改造工程可研报告IS]．中显示和管理的特点，不仅对污水处理过程的局天津：中海油天津化工设计院，2008．部环节实现了闭环调节；而且考虑了系统的整体胡金明．基于s7—200的污水处理厂电气自控系统EJ]．廊坊师范学院学报，2007，23(3)：19—21．运行情况，在条件满足的情况下实行系统自动一体化控制，使整个污水处理系统在最经济的状顼孺百两丽态下运行，降低运行费用，有效改善了工作条修改稿日期：201O一1O一1564