【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 線通過污水處理系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 調(diào)制解調(diào)器和 A1SJ71UC24 通信模塊進(jìn)行泵房設(shè)備控制和數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)絡(luò)控制分布圖如圖 15 所示。 圖 15 全廠網(wǎng)絡(luò)控制圖 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 污水處理廠的自控系統(tǒng)由環(huán)形拓?fù)湫问剑?ring topology）和星形拓?fù)湫问?(star topology)兩種總線網(wǎng)絡(luò)形式構(gòu)成。 上位機(jī)組態(tài)功能 （ 1）控制操作：在中控室里采用 2 臺(tái) IBM90 和 INTERACT 組態(tài)軟件開發(fā)的工控程序能對(duì)全廠和 2 個(gè)污水提升泵站的被控設(shè)備進(jìn)行控制、對(duì)各現(xiàn)場(chǎng)控制站 PLC 的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和修改，具有良好的人機(jī)交互界面，可方便地進(jìn)行圖形間的切換和各種功能的調(diào)用。設(shè)立不同的安全操作等級(jí)，針對(duì)不同的操作者，設(shè)置相應(yīng)的加密等級(jí)，記錄操作員及其操作信息。 （ 2）顯示功能：用設(shè)計(jì)方法生成圖形，實(shí)時(shí)地、集中地顯示被測(cè) 參數(shù)所處的變化過程。對(duì)全廠工藝過程、工藝參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)等通過顏色的變化直觀地、動(dòng)態(tài)地顯示。 數(shù)據(jù)處理及管理：操作記錄并顯示工藝參數(shù)、電量參數(shù)的變化曲線或趨勢(shì)圖，利用在線數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)、計(jì)算、顯示。 報(bào)警功能：當(dāng)某一參數(shù)異?；蛟O(shè)備故障時(shí)，可根據(jù)不同的報(bào)警類別，發(fā)出聲光報(bào)警、屏幕報(bào)警。 污水處理系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 （ 3）報(bào)表功能：分成年度、月度、日班報(bào)表及運(yùn)行參數(shù)報(bào)表。如：污水處理量、加藥量、耗電量等。 （ 4）打印功能：各種報(bào)表的打印，各種事件及報(bào)警實(shí)時(shí)打印。 由于污水廠較小，各構(gòu)筑物之間一般用 渠道相連，既節(jié)省了占地，又減少了水頭損失。有專家統(tǒng)計(jì)，采用渠道輸配水的污水處理廠的水頭損失要比管道輸配水的小 2 3m。對(duì)于采用 SBR 法的小型污水處理廠，一般將沉砂池與 SBR 池通過渠道相連、污泥濃縮池與脫水機(jī)房和泥餅堆放場(chǎng)合建。這樣，在常規(guī)的設(shè)計(jì)中，小型污水廠內(nèi) 至多有三個(gè)主要的處理單元：輔助生產(chǎn)區(qū)（含辦公、變配電及總控等） 水處理單元、泥處理單元。有時(shí)泥處理和水處理單元也可合建。 由于方便輸配水，各構(gòu)筑物采用了合建方式，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意距離較近的構(gòu)筑物的基礎(chǔ)處理，埋深上盡量接近。通過連接構(gòu)筑物的渠道應(yīng)做沉降 縫。 多座反應(yīng)池的排泥管也可采用渠道而非管道和止回閥連接的方式，這樣不僅減少了設(shè)備的維護(hù)管理，而且沒有閥門堵塞的問題。在小型污水處理廠內(nèi)多采用類似策略，可以大大節(jié)省工程費(fèi)用，方便維護(hù)管理。 系統(tǒng)構(gòu)成及其布局 根據(jù)工藝特點(diǎn)和控制要求，本系統(tǒng)采用分布式集散監(jiān)控系統(tǒng)，按流程設(shè)兩個(gè) PLC分站，分別監(jiān)控水區(qū)和泥區(qū)的設(shè)備運(yùn)行和控制，設(shè)一個(gè)總站集中分站信息并控制分站工作。具體控制分為 : (1) 現(xiàn)場(chǎng)控制，設(shè)現(xiàn)場(chǎng)箱或按鈕站，由“現(xiàn)場(chǎng) /遙控”轉(zhuǎn)換控制狀態(tài)，“現(xiàn)場(chǎng)”設(shè)點(diǎn)動(dòng)按鈕，用于調(diào)整和檢修。 (2) 各開關(guān)柜 (包括 :10kV 進(jìn)線柜、 進(jìn)線柜等 )，由“自動(dòng) /停止 /手動(dòng)”轉(zhuǎn)換控制狀態(tài)，“手動(dòng)”設(shè)啟 /停按鈕，用于手動(dòng)操作。 (3) 分站控制，用可編程控制器和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等自控設(shè)備，自動(dòng)監(jiān)控所屬范圍運(yùn)行。 (4) 總站主機(jī)控制，多為計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)，集中分站信息，進(jìn)行各種處理，并通過分站統(tǒng)一控制全廠運(yùn)行，滿足工藝測(cè)控要求，使全廠運(yùn)行處于最佳狀態(tài)，是監(jiān)控管理的中心。 監(jiān)控系統(tǒng)由操作員工作站、服務(wù)器工作站、投影儀、打印機(jī)、 2 個(gè) PLC 工作站和現(xiàn)場(chǎng)一次設(shè)備。通信網(wǎng)絡(luò)采用西門 子的過程現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn) (Profibus)，它為分布式I/O 站或驅(qū)動(dòng)器等現(xiàn)場(chǎng)器件提供了高速通信所需的用戶接口，以及提供了在主站間大量數(shù)據(jù)內(nèi)部交換的接口通信協(xié)議采用 SINEC L2，該協(xié)議遵從 DIN19245 標(biāo)準(zhǔn)。 L2DP適用于對(duì)時(shí)間要求嚴(yán)格的現(xiàn)場(chǎng)，能夠以最快的速度快速處理和傳送網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。所以本系統(tǒng)可以快速的采集和處理由 PLC 所采集的數(shù)據(jù)，符合控制系統(tǒng)要求的快速性。污水處理系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 第 2 章 污水處理中的 PLC 概述 設(shè)計(jì)范圍 設(shè)計(jì)包括廠界內(nèi)預(yù)處理、生物濾池、污泥處理及附屬設(shè)施需要檢測(cè)和控制應(yīng)提供的儀表 和有關(guān)的輔助裝置等。 PLC 設(shè)計(jì)綜述 實(shí)用性： PLC 系統(tǒng)其目的在于滿足污水廠生產(chǎn)控制和管理要求，在保證先進(jìn)的條件下，設(shè)備和系統(tǒng)應(yīng)符合實(shí)際要求。 可靠性：污水處理廠的生產(chǎn)過程要求 PLC 控制系統(tǒng)具有連續(xù)可靠性。 經(jīng)濟(jì)性： PLC 系統(tǒng)的技術(shù)含量高，設(shè)備復(fù)雜，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。 先進(jìn)性：網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、 PLC 控制技術(shù)發(fā)展迅速。 根據(jù)某污水處理廠的設(shè)計(jì)規(guī)模和 BAF 生物濾池工藝的特點(diǎn)，本著技術(shù)先進(jìn)，性價(jià)比高，適用可靠的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。依據(jù)集中監(jiān)測(cè)為主，分散控制為輔的基本原則，設(shè)計(jì)采用以 PLC（可編程控制器）為基礎(chǔ)的監(jiān)測(cè)控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ,在中央控制室利用 PC（工業(yè)級(jí) PC）對(duì)廠內(nèi)各工況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并有信號(hào)報(bào)警和聯(lián)鎖等設(shè)施以保證生產(chǎn)正常運(yùn)行，生產(chǎn)的工藝過程 PLC 采用就地獨(dú)立控制。從安全生產(chǎn)的角度和操作人員技術(shù)掌握程度上考慮，設(shè)立三級(jí)控制層：設(shè)備就地手動(dòng)、 PLC 子站現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和中控室遠(yuǎn)程監(jiān)控如圖 21 所示 。 在綜合樓設(shè)立中央控制室，下設(shè) 2預(yù)處理 PLC 子站， 3BAF 生物濾池 PLC 子站和4污泥處理 PLC 子站等共 7 個(gè)現(xiàn)場(chǎng)處理子站。在中央控制時(shí)可對(duì)主要設(shè)備實(shí)施開、?？刂?。同時(shí)，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)也通過通訊總 線送入上位計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)上對(duì)全廠設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行監(jiān)控。 中央控制室還設(shè)置了以太網(wǎng)交換器，與廠級(jí)管理 PLC 成 以太信息網(wǎng)絡(luò)相連接，并設(shè)置廠長(zhǎng)辦公終端、生產(chǎn)管理終端、化驗(yàn)室終端。 污水處理系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 圖 21 全廠網(wǎng)絡(luò)控制圖 PLC 在污水處理中的運(yùn)用 中央控制室 在辦公樓設(shè)立中央控制室，中央控制室內(nèi)設(shè)有兩臺(tái)高分辨率計(jì)算機(jī)操作站、一臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、三臺(tái)打印機(jī)、一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。兩臺(tái)計(jì)算機(jī)操作站互為備用，并可安裝PLC 編程軟件，程序可方便地通過控制網(wǎng)絡(luò)分別下載到指定的現(xiàn)場(chǎng)控制站，以便在調(diào)試過程中隨時(shí)修改程序。中央 控制室可對(duì)整個(gè)分控式控制系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)管理、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、顯示、處理、控制各 PLC 子站的狀態(tài)、通信、數(shù)據(jù)和信息，完成報(bào)警和報(bào)表打印。在廠級(jí)管理層可以通過 Inter 將結(jié)果、效益分析等發(fā)往主管局等政府機(jī)關(guān) ，系統(tǒng)流程 如圖 22 所示。 主要功能： 生產(chǎn)工藝過程以工藝流程圖方式顯示，圖形可以取出每幅圖的局部進(jìn)行放大，便于分幅，分組展示，流程上有相關(guān)的實(shí)時(shí)生產(chǎn)過程的動(dòng)態(tài)參數(shù)值顯示。當(dāng)動(dòng)態(tài)顯示值顯示改變時(shí)，隨之改變圖形的數(shù)值。 污水處理系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 圖 22 流程簡(jiǎn)圖 控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 通訊控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用可與信 息系統(tǒng)無縫連接、可進(jìn)行三階層通信、高速可靠通信。 PLC 控制系統(tǒng)中央控制室與現(xiàn)場(chǎng) PLC 子站之間采用最先進(jìn)的控制網(wǎng)絡(luò)，該控制網(wǎng)是一種最現(xiàn)代化的開放網(wǎng)絡(luò)，已成為工業(yè) PLC 領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)。它具有靈活的結(jié)構(gòu)，安裝方便，支持 PLC 之間及 PLC 和上位機(jī)之間的自動(dòng)數(shù)據(jù)鏈接，也可使用信息服務(wù)進(jìn)行可編程的數(shù)據(jù)傳送，可得到大容量、柔性數(shù)據(jù)鏈接及大容量的數(shù)據(jù)傳送，對(duì)應(yīng)低成本的通信系統(tǒng)。其通訊介質(zhì)選屏蔽雙絞線。通訊速率可達(dá) 2Mbps，保證數(shù)據(jù)高速 準(zhǔn)確地傳輸。 中央控制室與廠級(jí)管理層之間采用 100Mdps 的以太通訊網(wǎng)，該網(wǎng)帶有 Email 功能，能向 mail server 發(fā)送用戶自定義信息，故障信息，狀態(tài)信息等，通過網(wǎng)關(guān)（以太網(wǎng)交換器）或 PLC 可與其他控制網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)總線相連。 為保證在供電發(fā)生意外時(shí)，系統(tǒng)能有足夠的反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行應(yīng)急處理， 中央控制室和各子站均設(shè)有在線式不間斷電源。 污水處理系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 過電壓保護(hù)裝置能抑制出現(xiàn)在電力網(wǎng)絡(luò)中的暫態(tài)浪涌電壓和吸收暫態(tài)浪涌電壓能量，在保障供電連續(xù)的條件下，保障計(jì)算機(jī)、 PLC 控制子站及其他主要設(shè)備免受過電壓的干擾和侵害，使用電設(shè)備安全正常運(yùn)行。 分現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過程 PLC 控制系統(tǒng) （ 1）預(yù)處理 PLC 控制及檢測(cè)部 廠 內(nèi) 2預(yù)處理 PLC 子站位于 鼓風(fēng)機(jī)房 內(nèi)。 對(duì)工藝專業(yè)要求檢測(cè)的各種工藝參數(shù)，水泵、閘門、粗格柵、細(xì)格柵、排砂裝置等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。通過網(wǎng)絡(luò)把信號(hào)送中央控制室計(jì)算機(jī)操作站完成指示、記錄、報(bào)表和報(bào)警打印等監(jiān)控管理功能。 其主要設(shè)備有： 粗格柵、閘板，細(xì)格柵、螺旋輸送機(jī) 粗格柵開、?？刂? 根據(jù)超聲波液位差計(jì)測(cè)得的粗格柵前后水位差值自動(dòng)控制回轉(zhuǎn)式粗格柵的運(yùn)行，即水位差達(dá)到設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)格柵。當(dāng)回轉(zhuǎn)式粗格柵停止運(yùn)行的時(shí)間超出設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)轉(zhuǎn)為時(shí)間控制，此時(shí)限為可調(diào)式設(shè)計(jì)，并設(shè)置上限報(bào)警。 PLC 系統(tǒng)將根據(jù)軟件程序自動(dòng)控制螺旋輸送機(jī)、回轉(zhuǎn)式粗格柵機(jī)的順序啟停、運(yùn)行、停車以及安全連鎖保護(hù)，格柵機(jī)停機(jī)后延時(shí)停螺旋輸送機(jī)。 細(xì)格柵開、?？刂? 細(xì)格柵 24 小時(shí)運(yùn)行，并設(shè)置上限報(bào)警。 PLC 系統(tǒng)將根據(jù)軟件程序自動(dòng)控制螺旋輸送機(jī)、回轉(zhuǎn)式細(xì)格柵機(jī)的順序啟停、運(yùn)行、停車以及安全連鎖保護(hù)，格柵機(jī)停機(jī)后延時(shí)停螺旋輸送機(jī)。 污水閘門控制： 兩臺(tái)閘門根據(jù)液位手動(dòng)或電動(dòng)，其運(yùn)行信號(hào)送入中控室監(jiān)控，不參加控制。 （ 2） BAF 生物濾池 PLC 控制及檢測(cè)部分 廠內(nèi) 3BAF 生物濾池 PLC 子站位于變電所低壓配電室控制室內(nèi)。 對(duì)工藝專 業(yè)要求檢測(cè)的各種工藝參數(shù)，水泵、風(fēng)機(jī)、反沖洗泵等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。并可在中控室計(jì)算機(jī)操作站完成指示、記錄、報(bào)表和報(bào)警打印等監(jiān)控管理功能。 其主要設(shè)備有： 排砂閥，排泥閥，啟閉機(jī)，砂水分離器，電動(dòng)進(jìn)水閥，電動(dòng)排水閥，電動(dòng)進(jìn)氣閥，電動(dòng)氣沖閥電動(dòng)反沖洗閥，回用潛水泵，離心鼓風(fēng)機(jī)。 沉砂池和沉淀池 污水處理系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 沉砂池和沉淀池定時(shí)開 /停排砂、排泥閥，砂水分離器設(shè)備控制由設(shè)備廠商自帶可設(shè)定控制系統(tǒng)，砂水分離器應(yīng)與排砂閥聯(lián)鎖。 BAF 生物濾池 工藝過程簡(jiǎn)述： 污水經(jīng)強(qiáng)化預(yù)處理后進(jìn)入第一級(jí)生物過濾（ C/N）池，污 水通過濾池進(jìn)水管進(jìn)入濾池底部，填料上的微生物利用進(jìn)水中的溶解氧降解 BOD，同時(shí)， SS 也通過一系列復(fù)雜的物化過程被填料及其上面的生物膜吸附截留在濾床內(nèi)。流出填料層的廢水進(jìn)入第二級(jí)生物過濾池的污水流程同第一級(jí)，但在第二級(jí)生物過濾池中可根據(jù)運(yùn)行情況不曝氣并減少回流比以節(jié)能。經(jīng)二級(jí)生物過濾處理后的污水即直接進(jìn)入接觸池消毒。 第一級(jí)生物濾池按時(shí)間及水位差控制濾池的反沖洗。在該級(jí)濾池有超聲波液位計(jì)， DO 測(cè)定儀等國外儀表。第二級(jí)生物濾池按吸附與過濾方式運(yùn)行。按時(shí)間及水位差控制濾池的反沖洗。在該級(jí)濾池裝有超聲波液位計(jì)， SS 測(cè)定儀， DO 測(cè)定儀等國外儀表。檢測(cè)信號(hào)均送生物濾池處理 PLC 子站進(jìn)行監(jiān)控。根據(jù)生物濾池水位差的反鎖信號(hào)控制反沖洗機(jī)組開停，根據(jù) DO 測(cè)量?jī)x所測(cè)反鎖信號(hào)控制調(diào)節(jié)曝氣風(fēng)機(jī)的風(fēng)量。 BAF 生物濾池按所設(shè)計(jì)時(shí)間進(jìn)行周期性反沖洗，其中，第一級(jí)按每個(gè)周期 16 小時(shí)，第二級(jí)按每個(gè)周期 36 小時(shí)進(jìn)行反沖洗。或者在一個(gè)周期內(nèi)，如果水頭損失達(dá)到所設(shè)反沖設(shè)定值時(shí)，優(yōu)先進(jìn)入反沖洗程序反沖洗周期設(shè)定值根據(jù)水質(zhì)情況在反沖洗程序中為可調(diào)值。 BAF 生物濾池根據(jù)其優(yōu)先順序逐臺(tái)啟動(dòng)濾池的反沖洗。 一、二級(jí)曝氣生物濾池控制過程： 反沖洗階段 : ⑴ 跟 據(jù) 時(shí)間設(shè)定為周期性反沖洗。 ⑵ 根據(jù)超聲波液位計(jì)所測(cè)水位值確定反沖洗過程。 ⑶ 當(dāng)水位下降到所設(shè)定值時(shí)，停止進(jìn)水閥，開啟反洗水出水閥。 ⑷ 待濾池液位再次下降到設(shè)定反洗液位值時(shí)，先開啟反洗鼓風(fēng)機(jī)，后開啟反洗風(fēng)閥進(jìn)行氣沖洗。氣洗數(shù)分鐘后，關(guān)閉反洗氣閥，關(guān)閉反洗鼓風(fēng)機(jī)，氣沖洗結(jié)束。氣沖洗結(jié)束，進(jìn)入水沖洗階段。先開啟反沖洗水泵，后開啟反洗管路閥們，進(jìn)行水洗數(shù)分鐘后，水沖洗結(jié)束。當(dāng)水沖洗結(jié)束后，繼續(xù)開啟反沖洗鼓風(fēng)機(jī)，再開啟反沖洗 風(fēng)閥，進(jìn)入氣、水混合沖洗階段。氣、水混合反洗數(shù)分鐘后，關(guān)閉反洗氣 閥，關(guān)閉反洗鼓風(fēng)機(jī)；關(guān)閉反洗水水 閥，關(guān)閉反洗水泵。至此，反沖洗過程全部結(jié)束。 當(dāng)反沖洗階段結(jié)束后，先開啟進(jìn)水閥，后開啟曝氣鼓風(fēng)機(jī)，再開啟曝氣風(fēng)閥，最后關(guān)閉反沖洗水出水閥。進(jìn)入正常曝氣階段。 強(qiáng)制反 沖 洗 : 污水處理系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 若反洗效果不佳，說明濾路可能出現(xiàn)堵塞，此時(shí)，關(guān)閉進(jìn)水閥，開啟反沖洗出水閥，開啟強(qiáng)制反沖洗泵和強(qiáng)制反沖洗閥們，進(jìn)行強(qiáng)制反沖洗，其過程按反沖過程運(yùn)行，BAF 曝氣法工藝流程如圖 23 所示。 圖 23 BAF 曝氣法工藝流程圖 （ 3） 污泥脫水 PLC 控制及檢測(cè)部分 廠內(nèi) 4污泥 PLC 子站位 于污泥脫水間控制室內(nèi)。 對(duì)于工藝專業(yè)要求檢測(cè)的各種工藝參數(shù)，水泵、加藥設(shè)備、離心脫水機(jī)等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。通過網(wǎng)絡(luò)把信號(hào)送中央控制室計(jì)算機(jī)操作站完成指示、記錄、報(bào)表和報(bào)警打印等監(jiān)控管理功能。 其主要設(shè)備有： 離心脫水機(jī)，污泥進(jìn)料泵，沖洗水泵，皮帶輸送機(jī)，無軸螺旋輸送機(jī)，隔膜計(jì)量泵，攪拌機(jī)。 污泥脫水系統(tǒng) : 污泥脫水系統(tǒng)為成套設(shè)備（包括污泥進(jìn)料泵、加藥泵、離心脫水機(jī)），自帶現(xiàn)場(chǎng)控制柜。該系統(tǒng)運(yùn)行、故障信號(hào)送入 PLC 顯示，根據(jù)儲(chǔ)泥池液位， PLC 給出設(shè)備的開、停命令，運(yùn)行中設(shè)備根據(jù)