上海耘烁污水处理自控方案 5页

污水处理自动化控制系统设计方案上海耘烁科技发展有限公司2015年4月\n随着我国经济的高速发展，环境保护已经是一个突出的问题。污水处理在环境保护中是一个最重要的环节，同时随着计算机技术和我国污水处理工程迅速发展．利用先进的控制技术和设备对污水处理过程进行监控是非常必要的。针对某污水处理项目。上海耘烁科技发展有限公司设计了一套由上位机+PLC+远程I／O子站构成的污水处理系统。较好地解决了以往污水处理系统中存在的自动化程度低、可靠性低、大时滞性等问题，是一套先进、可靠、操作简单的控制系统。1污水处理过程流程污水处理系统的进水主要为工厂排放的两股生产污水．分别为透析废水和冲洗废水。其中，冲洗废水污染物浓度较低，透析废水的污染物浓度较高，为高浓度的有机废水。废水处理工艺的选择主要取决于原水水质特性和对处理后出水的排放要求。在选择处理工艺时，废水中所含主要污染物的特性起着十分重要的作用。根据废水水质的特点以及国内外对该类废水的工程实践选择技术先进、成熟、可靠的“厌氧+好氧”生物处理工艺作为该丁程的主处理工艺同。在主处理工艺后．增加一个混凝气浮的物化处理单元，主要目的是化学除磷，确保排放废水磷的指标达到业主提出的标准和要求。选择上海耘烁科技发展有限公司设计的这样一套废水处理工艺流程．具有处理效果好、工程投资合理、能耗和运行成本低、运行管理简单方便的特点。2控制系统网络结构上海耘烁科技发展有限公司根据污水处理过程的流程和现场设备的要求，本系统为集散型计算机控制系统(distributioncontrolsystem)。整个污水处理站控制部分由中央控制室、风机房、污泥处理房构成。中央控制室里面设置中央控制的PLC和装有WinCC组态软件的上位机以及电气控制柜。风机房里面设置一个远程I／0控制站和风机部分的电气柜。污泥房设置一个远程I／O控制站和污泥机的电气控制柜。系统采用以太网和现场总线混合型结构．现场层的通信采用Profibus—DP主／从协议，使用屏蔽双绞线作为传输介质，不同的子网和不同介质之间可通过耦合器或接口模块连接。过程监控层使用以太网协议．通过带有双网卡的PLC进行通信协议的转换，一块网卡为Profibus—DP网卡(自带)，另一块为以太网卡(CP343—1)。因此，PLC作为现场总线中的一个站。又作为以太网上的一个站点，而操作员站、计算机和工程师站计算机不作为现场总线网络中的站点．只作为以太网中的节点．此网上的各站点相互之间的数据交换通过以太网进行，而现场的信息也通过以太网从PLC的寄存器中读取，控制现场的参数也由以太网送到DP主站PLC的寄存器中。再通过主／从协议传送到现场总线中的各从站．中央控制室由一台操作站兼工程师站以及一台打印机组成。过程PLC控制系统主要选用西门子S7—300的产品。PLC的CPU选用CPU315—2DP，其本身集成了Profibus—DP总线的端口，利用这个口实现和远程的两个ET200通信。在PLC上还配置一块CP343—1的工业以太网卡．还配置一台以太网交换机OSM实现与装有WinCC的操作站以及公司级的装有PI\n软件的监视计算机通信。工程师站使用研华(Advanteeh)工控机．配西门子的以太网卡CPl613，以WinCC6．0中文版组态软件为开发平台组态的控制系统显示画面。采用基于TCP／IP协议的工业以太网实现上、下位机的通讯，并与公司局域网PI软件相连。从而实现整个公司的管、控一体化。2．1电气部分设计电气部分按照工艺单体分为预处理部分、生物处理部分、污泥处理部分和鼓风曝气等。由于污水处理工程是一个连续的非常重要的项目．如果在正常生产中有电源中断，那样会引起工艺状态混乱，需要很长时间才能恢复。所以供电负荷要求为二级，供电电源为两个。这个在公司的总配电室实现，污水处理工程的供电电压为0．4kV。主要用电负荷为鼓风机、提升泵和污泥脱水机等。根据工艺要求。污水站的一期装机总容量为245．5kW，计算容量为154．4kW。设备有功功率的计算是以每个单元的装机容量以及该设备在24小时内实际运行的时间，折合成一天24小时运行的有功功率。上海耘烁科技发展有限公司在方案中为整个污水站设计了3个MCC控制中心．MCCl设在管理用房的中控室．在中控室内还设有一个PLC柜。MCC2设在风机机房内，MCC3设在脱水机机房内。总的低压配电中心MCCl负责向MCC2、MCC3以及辅助生产设施单路供电，MCCl还对提升泵、风机、刮泥机、加药泵等进行控制；MCC2实现对电动阀的控制：MCC3实现对脱水机的控制。电机实现手动／自动(PLC)两种控制方式．手动方式下实现MCC和就地控制。正常运行情况下PLC控制为主。当电机容量大于15kW时采用软启动方式启动。本污水站的最大电机容量为风机37kW．三台都用变频运行。2．2PLC程序设计2．2．1S7—300PLC的硬件组态上海耘烁科技发展有限公司在设计方案中为整个控制系统硬件组态设计了包括一个作为控制系统核心的S7—300PLC站．一个作为主控操作站的PC机和一个作为公司监控站的PC机。控制系统的通信网络包括两个网络：一个是Profibus—DP网络，由S7—300PLC和两个远程I/O点ET200M模块构成；另一个网络是工业以态网，由S7—300PLC、主控操作站和公司监控站构成。上海耘烁科技发展有限公司在方案设计中为主控操作站设计的PLC有两个导轨：一块上面安装PS3075A的电源模块1块，CPU315—2DP模块1块，IM360接口模块1块，CP343—1以太网通信模块1块，SM321的D132*24V输入模块4块．SM321的D116*24V输入模块1块，SM322的D032*24输出模块1块；另一块导轨上面安装有IM361接口模块1块，SM331的A18*12Bit输出模块2块，SM332的A02*12Bit输出模块1块。\n风机房的ET200M上安装IMl53—2接口模板1块，SM321的D132*24V输入模块1块，SM322的D016*24输出模块1块。污泥机房的ET200M上安装IMl53—2接口模板1块，SM321的D132*24V输入模块1块，SM322的D016*24输出模块1块。2．2．2S7—300PLC的部分典型控制流程及程序设计在整个控制系统中，自动控制部分主要有调节池的pH、温度、液位的自动控制，事故池的液位控制，还有UASB部分、一级A20处理池、二级A20处理池等一些流量控制。监测参量部分有各个池的液位、温度、pH值以及管道的流量值。下面以调节池的液位控制为例说明具体的程序设计过程。上海耘烁科技发展有限公司在设计方案中由于本工艺的进水部分有一个综合调节池，它是废水进入生化反应前最重要的一道处理工序．在这里面进行温度、pH调节以及水池的水位调节。有事故池、冲洗废水、透析废水向综合调节池排放。为了使这个池的水位稳定在一定的水位。而且不浪费能源的情况下，在这个调节池中设置了水位自动控制功能。当调节池的水位通过西门子的超声波液位仪L201采集标准的(4～20)mA的信号送到PLC的模拟量输入模块SM331．再在PLC内部和通过上位机设定的液位值进行比较。当超过设定水位，P201A或者P201B必须有一台泵启动。综合调节池中有两台提升泵P201A和P201B之间是互为备用．一般的互为备用是当其中一台泵发生故障时．另一台泵自动启动。在前面的那种设计情况下，当主备泵都出现故障的时候，那样会出现两台泵来回切换的情况。这样使得接触器一直是吸放的过程，这样会损坏接触器甚至使电气的故障进一步加大。在这个项目中进行了一些改进．如果在30s内，两台泵启停动作超过2次．将产生一个不同于普通一台提升泵故障的报警信号．必须在消除了这个报警信号后．水泵才能启动。为防止鼠标的误动作，使电动机频繁的启停。这里设计了一个当电动机启动后至少运行l0s以上才可以停机．电机在停止后至少在l0s后电机才可以重新启动。在污水处理的过程中，这种启动停止切换的时间间隔至少10s。不会对工艺产生影响。在本工程调节池的PLC控制系统中，温度控制部分的工作原理是：通过胛100的热电阻TEMP201的温度采集，使用PID调节模块，并通过模拟量输出模块来控制调节阀TF201开度来控制蒸汽流量的大小。从而达到控制温度的作用。pH控制系统的工作原理是：通过梅特勒公司生产的pH在线检测仪表PH201检测pH值，在PLC中与设定值比较运算出结果．通过开关阀P601控制从酸储罐T流出酸的管道通断以及通过开关阀P602控制从碱储罐流出碱的管道通断，从而达到控制pH值的目的。其他部分的参数控制类似于上面的控制原理。2．3WinCC程序设计上位机采用WinCC作为软件平台开发了上位机监控界面。主要完成温度、压力、流量、液位等运行参数的监视、故障报警、报表打印、电气远程启停、参数设置、趋势分析等．其主要界面包括启动初始画面、工艺流程总览画面、A20总览画面、设备运行状态总览画面、PLC输出点监控画面、报警画面、液位控制画面、水泵控制画面等，整个系统界面友好、直观，操纵方便。\n上海耘烁科技发展有限公司在方案设计中当在各个流程图中点击相应的电机或者液位测控位置，则可以弹出液位控制和水泵控制的画面。把所有单点设备的状态和操作按钮集中在三个画面中，可以进行集中控制，如设备运行状态总览画面。为了调试和维修的方便，还把PLC各个输出点集中在单独的画面上显示每个点的状态，图PLC输出点监控画面。3结语上海耘烁科技发展有限公司以本方案为基础设计的污水处理工程自动控制系统．利用了当前先进的硬件、先进的控制系统软件、先进的网络总线技术，经应用开发形成了一套先进、可靠、可利用性高、实时性好、操作简单、控制品质高、经济实用的控制系统。通过半年的实际运行，达到了环保部门要求的市政管网的排放标准，体现了良好的社会效益。上海耘烁科技发展有限公司2015年4月