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解决方案
污水处理控制系统
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随着城市规模的不断扩大和人口的不断增加,水污染成为一大难题,污水处理是保护生态环境的重要措施,改进污水处理工艺,尽量采用先进的自动化设备和控制策略,对系统进行自动化监测和实时控制,使系统连续稳定运行,对于保证出水水质达标具有重要意义。自控系统采用“集中管理、分散控制、数据共享”的分层、分布式的拓扑结构,符合当前工业自动化监测系统发展趋势,能够实现全厂工艺参数及设备集中监测和生产过程的自动控制。

1、设计原则

集中管理、分散控制、数据共享;

具有高度的开放性、可靠性、稳定性和安全性;

具有较强的兼容性、扩充性、可扩展性;

易于操作使用、可修改;

所有标志性、提示性、警告性、显示性的部分采用中文简体。

自控仪表系统必须在充分考虑本工程污水处理工艺特性的基础上,按照具有先进技术水平的现代化污水处理厂进行设计。设计方案中,既考虑到操作、管理水平的先进性,同时也考虑到高新技术应用的合理性、经济性,在保证生产管理要求的前提下,尽可能节约投资,获得良好的技术经济指标,并能保证系统长期稳定高效地运行。

2、工艺简介

城市污水首先经粗格栅和细格栅去除漂浮杂物,然后进入曝气沉砂池进行曝气除砂处理,吸砂机和砂水分离器将泥砂排出,然后污水流入氧化沟进行生化处理以及进行硝化/反硝化脱氮,处理后的水在沉淀池进行沉淀,沉淀池的污泥在回流及剩余污泥泵房经适量回流,回流污泥按比例进入氧化沟外沟道。剩余污泥被抽至污泥浓缩脱水机房,装车外运。沉淀后产生的水经过出水泵房去配水井排出。污水泵池收集来自曝气沉砂池砂水分离器的分离水、污泥处理部分的冲洗水等厂区污水,回送至总进水。如下图所示:

 3、控制系统概述:

根据污水厂的规模和BAF工艺的特点,本着技术先进,性价比高,实用可靠的原则进行设计。依据集中监测为主,分散控制为辅的基本原则,由设在中心控制室的集中监控管理级计算机和分散在各工段的控制级PLC 分控站组成。在中央控制室利用PC机对厂内各工况进行实时监控,并有信号报警和联锁等设施以保证生产正常运行。采用这种结构可使生产过程中的信息集中管理,以实现整体操作、管理和优化,同时也使得控制危险分散,提高系统可靠性。

整个系统包括中央控制室、分控站及就地控制,在厂内设置PLC 现场控制主站。现场控制站和中控室通过光纤以太网连接,组成现场控制网络。各控制站主要负责采集现场实时数据、根据工艺调度要求控制现场设备,如泵、阀等。在主控室设有分别侧重于监控、管理的工作站、模拟屏、UPS、打印机等设备。其中监控工作站、管理工作站、模拟屏智能控制器均连在以太网上。用来显示整个工艺流程、主要数据和设备状态。打印机分别和管理工作站、监控工作站连接。

控制系统主控制器选用西门子公司的S7300 系列PLC,与工作站之间采用一台网连接;现场站采用远程机架,通过Profibus-DP网络与主控制器通讯。

主控室监控系统:

主控室监控工作站选用先进的上位监控软件WINCC 6.0,通过以太网与PLC组成控制系统,其功能如下:

1) 管理功能:即生成系统工艺流程,显示现场工艺流程的参数和动态生产实时数据,提供清晰、良好的人机界面。在线提供操作员帮助,完成报警、历史数据、历史趋势曲线的储存、显示和查询。实时生成、打印各类生产运行管理报表。实时编程、组态修改。能够在线、离线修改并具有自诊断功能。

2) 监视功能:即在基于图形和菜单的方式上,操作人员可以在主控室监视各工艺设备运行状态。

3) 通讯功能:主控室的监控网络能够和现场PLC 站通过工业以太网通讯。

4)控制功能: 根据生产工艺过程,利用STEP7 编制控制软件,实现整个系统的工艺控制。

系统网络图如下图所示:

系统实现的功能:

(1)具有实时监测全厂的生产过程参数(如流量、液位等)、水质参数(如PH值、SS、DO等)、电量参数(如电流、电压、功率因数、有功电度、无功电度等),并对其进行采集、处理、储存、显示和打印;实时监测全厂主要设备的运行状态(如格栅机、提升泵、鼓风机、阀门等),并对其信号进行采集显示。对污水厂重要设备(如提升泵、鼓风机、阀门等)的开/关次数和运行时间进行累计并生成设备管理报表,使用户能够科学合理的安排生产设备检修时间。

(2)全自动控制现场设备(如格栅机、提升泵、鼓风机、阀门等)。

(3)在中控室可以实现对全厂设备和仪器仪表的监测和控制。

(4)上位机采用全中文操作界面。界面友好美观,操作简便易学,响应迅速,可以实现实时动态显示过程参数、水质参数、电气参数的趋势图;可以动态显示全厂生产工艺流程图和各工艺单元流程图,并且可以在流程图上选择弹出多级细部详图。具有自动生成各种生产统计报表。

(5)具有自动进行越限报警和设备故障报警,并可根据相应的报警数据进行分析。具有故障追忆功能,能够自动记录系统或某台设备故障前和故障过程中的状态信息。

(6)本自控系统具有以下三种控制方式

手动模式:通过就地控制箱或MCC上的按钮实现对设备的启停操作,这种操作模式主要在单机调试、单机检修或非正常情况下常用。

遥控模式:操作人员通过操作面板或中控系统操作站的监控画面用鼠标器或键盘来控制现场设备,也称为“半自动控制”,主要是指操作人员通过对受控对象(系统或过程)的某一环节或设备进行简单的参数设定或发出控制指令,这一环节或设备即按照控制要求执行控制,操作人员只需查看其状态以及有无报警显示等。如鼓风机远程风量调整、提升泵房的一步化控制等。根据操作人员是否在受控系统或过程的现场来看,半自动控制有远程(通过中央控制室操作员站上实现)和就地(通过PLC控制柜上的人机界面触摸屏上实现)两种操作方式。

自动方式:也称为“全自动控制”,主要是指操作人员通过对受控对象(系统或过程)的关键运行参数进行简单的设定或发出控制指令,系统或过程即按照要求进行闭环自动控制,操作人员只需观察系统或过程的状态以及有无报警显示等。例如全自动粗格栅机控制、提升泵房的机组优化控制、BAF生化处理池自动控制等。根据操作人员是否在受控系统或过程的现场来看,全自动控制有远程(通过中央控制室操作员站上实现)和就地(通过PLC控制柜上的人机界面触摸屏上实现)两种操作方式。

三种方式的控制级别由高到低为:手动控制、遥控控制、自动控制。

4、监控视频系统

监控系统可以实现全厂区域重要设备的监控及厂区安防,便于中控室值班人员及时发现现场问题,排除故障及对警情的及时处理,保证生产正常进行。

百万像素高清网络高速球机采用百万像素CCD,支持高清720P输出,是用于数字音视频在以太网实时传输的设备,采用特别针对多媒体处理而设计的高性能SOC(ARM+DSP),结合高性能的操作系统和音、视频压缩算法,使得图像传输更加流畅并且显示更加清晰细腻;它内置WEB服务器,可以增强传统监视系统的性能,方便在局域网或互联网上发布安全的监控图像并可远程控制云台及镜头,对目标实行全方位的实时监控。网络球机的管理、配置和监控等功能都很容易通过浏览器(Internet Explore)来完,操作简单方便。

功能特性:

Ø 采用130万像素CCD,最大可到1280x720输出

Ø 可通过IE浏览器观看图像并实现控制

Ø 采用H.264视频压缩算法的海思芯片和平台,性能可靠稳定

Ø 一体化集成设计,结构紧凑,内部设置数据断电不丢失

Ø 精密电机驱动,反应灵敏,运转平稳,在任何速度下操作平滑无抖动

Ø 屏幕中英文菜单功能及屏幕操作提示功能,可用密码保护设置数据

Ø 旋转速度根据镜头变倍倍数自动调整

Ø 具有防雷、防浪涌保护功能

Ø 密封设计,通过IP66检测

网络拓扑图:

结束语

随着该方案在污水处理行业上的成功应用,实现了自动化集中管理,使值班人员从日常的抄表、人工操作等工作中解脱出来,进一步提高污水处理的科学管理水平,减少人员,降低运行费用,改善工作条件。从而促进企业内最有效的信息共享。

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