PLC軟冗余系統(tǒng)在城市污水處理工程中的應(yīng)用
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隨著我國經(jīng)濟發(fā)展和城鎮(zhèn)化進程的加快，中小城市污水量呈現(xiàn)逐年增加趨勢，為減少污水收集管網(wǎng)的工程建設(shè)投資，中小城市污水處理設(shè)施呈現(xiàn)分散、規(guī)模小等特點。受經(jīng)濟發(fā)展水平、處理要求、運營管理經(jīng)驗和水平等影響，大型污水處理控制系統(tǒng)難以適應(yīng)這些中小污水處理工程的建設(shè)要求，尋找適合城市中、小污水廠的污水處理控制系統(tǒng)顯得十分重要。本文介紹西門子S7-300 PLC軟冗余系統(tǒng)在安徽無為縣城污水處理廠的成功應(yīng)用，該系統(tǒng)既保證了系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和實時性，又降低了工程建設(shè)成本。
1 系統(tǒng)介紹
安徽無為縣城污水處理廠是一座由安徽現(xiàn)代污水處理有限公司按BOT方式(建設(shè)-運行-移交)籌資建設(shè)的的城市污水處理廠，處理規(guī)模一期40000m3／d，廠址位于無為縣城東北部陳家村西側(cè)，占地面積約3．34公頃。無為污水處理廠主要處理來自縣城東北區(qū)約13萬人的生活污水及工業(yè)廢水，采用A／A／O工藝，主要構(gòu)筑物包括粗格柵及進水泵房、細格柵及旋流沉沙池、生物反應(yīng)池、二沉池配水井及污泥泵房、二沉池、紫外線消毒渠和儲泥池等，其流程圖如圖1所示。設(shè)計要求出水水質(zhì)達到GBl8918-2002國家一級B排放標準，污水處理過程中產(chǎn)生的污泥采用濃縮脫水處理后外運至垃圾填埋場填埋。
無為污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)1個監(jiān)控中心(中控室)、3個現(xiàn)場PLC站(模擬屏站PLC01、變配電間站PLC02、污泥脫水間PLC03站)。其中變配電間站最為重要，主要控制提升泵站、格柵井、沉沙池、氧化溝、二沉池、回流泵站、剩余污泥泵站、貯泥池的自動運行。關(guān)鍵控制對象是氧化溝中的含氧量和回流污泥量，以保證維持微生物的生存環(huán)境，達到去除原污水中污染物的目的。
2 選型比較
對于變配電間站控制系統(tǒng)的選型，以前類似工程大多采用A-B公司的ControlLogix系列或是西門子S7-400系列的硬件冗余系統(tǒng)，具有穩(wěn)定性好、切換速度快等優(yōu)點，但造價相對昂貴，是國內(nèi)大型污水處理控制系統(tǒng)的優(yōu)先選擇。目前中小城市的污水項目很多為BOT項目且對控制系統(tǒng)切換時間要求條件不是太高，所以要求控制系統(tǒng)選型時既要保證性能，又要降低成本。據(jù)德國西門子公司提供的資料，硬件雙機冗余系統(tǒng)的價格比軟冗余系統(tǒng)高40％左右，但可用率只提高O．08％。在國外大部分同等規(guī)模的污水處理廠中也未采用雙機硬件冗余系統(tǒng)，所以需要對控制系統(tǒng)的技術(shù)有更深入的了解，避免在設(shè)計選型上照抄、照搬。通過對西門子硬件冗余和軟件冗余系統(tǒng)的深入分析和性能比較，最后決定選用價格相對便宜而性能又比較穩(wěn)定的軟冗余系統(tǒng)。
3 軟冗余系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理
控制系統(tǒng)冗余常見方式是中央處理器冗余、I／O冗余和通訊冗余。中央處理器冗余是在主處理器失效時，備用處理器自動投入運行從而接管控制。在控制權(quán)的交互方式上又分為硬件冗余和軟件冗余兩種。硬件冗余是采用硬件方式進行切換，除成對的使用中央處理器外，還需專用的熱備模塊負責(zé)檢測處理器，一旦發(fā)現(xiàn)主處理器失效，馬上將系統(tǒng)控制權(quán)交給備用處理器。硬件冗余采用光纖通訊，通訊速度快，系統(tǒng)穩(wěn)定，切換時間更短，但是成本也高。軟件冗余方式只需要成對的處理器，用軟件編程的方式進行處理器的切換，組成比較經(jīng)濟，構(gòu)成十分靈活，但程序處理需要一定的時間，對于時鐘同步及切換時間要求不是十分嚴格的場合，選用軟件冗余方式是非常經(jīng)濟有效的。
3．1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
軟冗余系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。
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