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          PLC在污水深度處理控制系統(tǒng)中的應用

          作者: 時間:2012-09-29 來源:網絡 收藏

          1 引言

          大連開發(fā)區(qū)污水處理一廠于1988年建廠。污水廠分兩期實施建成,總設計規(guī)模8萬m3/d。一期工程設計規(guī)模3.5萬m3/d,二期工程設計規(guī)模4.5萬m3/d。一期工程設計出水達到二級標準。二期工程為升級改造工程,出水執(zhí)行的排放標準將由原二級標準提高到一級A標準,其主要控制指標可達到“再生水用作工業(yè)用水水源的水質標準”以及“景觀環(huán)境用水的再生水水質標準”的觀賞性景觀環(huán)境用水中的河道類標準。該污水處理廠升級改造控制系統(tǒng)的全套硬件設備及軟件由和利時公司提供,系統(tǒng)設計工作由大連市市政設計研究院有限公司完成。

          2 污水深度處理的工藝升級改造方案

          大連開發(fā)區(qū)污水處理一廠的工藝升級改造方案由五部分組成:一級處理系統(tǒng)、二級處理系統(tǒng)、深度處理系統(tǒng)、污泥處理系統(tǒng)及除臭系統(tǒng)。一級處理系統(tǒng)包括總進水閘門、粗格柵、進水提升泵池、細格柵及曝氣沉砂池。

          二級處理系統(tǒng)采用改良A2/O生物除磷脫氮處理工藝,并且不設置初沉池,以便提高生物池進水中的碳源。生物反應池采用預缺氧池、厭氧池、缺氧池、好氧池,進水按一定的比例分別進入到厭氧池和缺氧池中,這樣即使在進水C/N比較低(2.3~3.0)的條件下,仍不需要外加的碳源就能達到脫氮的效果。在好氧池中填充采用特殊結構的纖毛狀生物膜填料,使附著微生物濃度高,這樣能同時利用附著在纖毛狀生物膜填料上的固定相微生物和浮游流動相微生物,在較短的停留時間(HRT=5~7hr)內去除有機物、氮和磷。纖毛狀生物膜填料呈直毛狀形態(tài),微生物的附著和脫落達到動態(tài)平衡,不產生堵塞現象,固定世代繁殖時間長的硝化菌,提高硝化反應速度。附著微生物中吞噬污泥的原生動物(vorticella、aspidisca等)和后生動物(rotaria、collurella等)共存,從而減少污泥量。這樣即使在冬季10℃以下的進水溫度下,由于附著微生物的水膜現象,仍能有效地同步去除氮和磷。

          深度處理系統(tǒng)采用渦旋混凝沉淀+轉盤過濾池處理工藝。處理后出水消毒,采用紫外消毒工藝。

          污泥處理系統(tǒng)采用離心濃縮脫水一體機對污泥濃縮脫水后,外運填埋。

          除臭系統(tǒng)由兩座土壤脫臭床組成,分別為粗格柵、進水提升泵池、細格柵間及污泥脫水間服務。同時設置異味除臭機,作為輔助除臭設施。

          3 污水深度處理控制系統(tǒng)的設計原則

          基于LK系列在污水處理廠升級改造污水深度處理控制系統(tǒng)中應遵循以下設計原則。

          (1)可用性和可靠性

          系統(tǒng)組件的設計符合真正的工業(yè)等級,控制系統(tǒng)能在嚴格的工業(yè)環(huán)境下長期、穩(wěn)定地運行,盡可能降低控制系統(tǒng)故障風險,保證能源收益,確保水處理廠7×24小時的不間斷供水服務。

          控制站一般設于高電磁干擾環(huán)境,如提升泵房、鼓風機房等,基于LK系列的控制系統(tǒng)具有較強的電磁兼容性,系統(tǒng)采用各種隔離、抗干擾設計,保證系統(tǒng)能在強電磁干擾環(huán)境中穩(wěn)定運行。

          水處理環(huán)境可能因遭受污染并加速設備中電子元件的老化,基于LK系列PLC可提供特殊的保護工藝(保護涂層)的模塊,提高元件在腐蝕性化學品和腐蝕性環(huán)境中的使用壽命,避免意外停機,降低維護成本。

          (2)開放性和兼容性

          基于標準協(xié)議的通訊網絡可非常方便地將第三方設備接入,如加藥系統(tǒng)、紫外線消毒、及污泥脫水機等,允許大量過程反饋信息傳輸,支持設備參數訪問功能,可提高系統(tǒng)的性能與診斷能力。

          該控制系統(tǒng)不僅支持與各種上位監(jiān)控軟件的通訊,例如iFIX、INTOUCH、組態(tài)王、MCGS、力控等,而且支持與主流品牌觸摸屏的通訊,例如Pro-Face、HITECH、eView、Weinview、nTou。只要HMI支持標準的通訊協(xié)議,都可以很方便的進行連接。

          強大的擴展功能可為遠期擴容、升級改造預留接口及容量。

          (3)過程診斷和在線維護

          提供的強大診斷功能,能夠方便、高效訪問相關信息,發(fā)現導致故障的根本原因以及需要修正的過程參數等,以便提前發(fā)現生產過程中存在的問題,可以避免設備意外停機,從而降低運營成本。

          操作站安裝上位監(jiān)控組態(tài)軟件HollyView6.53及LK編程軟件PowerPro V4,具有強大的功能,可方便、直觀地進行上位機組態(tài)和PLC編程,且支持在線下載、在線修改以及離線仿真調試等功能。

          4 污水深度處理控制系統(tǒng)的設計與實現

          4.1概述

          污水處理廠升級改造控制系統(tǒng)設計基于現代先進控制思想,采用分散控制、集中監(jiān)測管理的控制方式,以和利時公司LK系列PLC為核心的控制系統(tǒng)?;贚K系列PLC應用于污水處理廠,完全能滿足A2/O生物除磷脫氮處理工藝控制的要求,提供了一種高可靠性、低成本、更優(yōu)化的控制方案。

          LK系列PLC是和利時公司在總結十多年控制系統(tǒng)設計和幾千個工程項目實施經驗基礎上推出的適用于中、高性能控制領域的產品,CPU模塊集成工業(yè)級處理器(主頻可達533MHz),指令處理速度可達13ns。相對傳統(tǒng)PLC而言,LK可編程控制器充分融合了DCS和PLC的優(yōu)點,采用了高性能的模擬量處理技術、小型化的結構設計、開放的工業(yè)標準、通用的系統(tǒng)平臺、使產品不僅具有強大的功能和卓越的性能,而且具有更高的可靠性、更佳的開放性和易用性。

          4.2系統(tǒng)結構設計

          整個控制系統(tǒng)的結構原理圖如圖1所示,系統(tǒng)由1個中央控制室和6個現場PLC控制站組成。現場PLC控制站,由PLC系統(tǒng)及檢測儀表組成,對各工藝過程進行分散控制;再由中央控制室,對全廠實行集中管理。中央控制室、PLC控制站之間的數據通訊采用高速的、實時的工業(yè)以太網,網絡結構為星形,通訊速率為100Mbps,傳輸介質為光纖。

          6個現場PLC控制站分配如表1所示。

          整個系統(tǒng)采用二級網絡結構,即生產管理網和,將過程實時數據、運行操作監(jiān)視數據信息同非實時信息及共享資源信息分開,分別使用不同的網絡。有效地提高了通訊的效率,降低了通訊負荷。生產管理網采用工業(yè)以太網,網絡結構為星形,傳輸介質為光纖。采用現場總線形式,采用PROFIBUS國際通用的開放式現場總線,傳輸介質為屏蔽雙絞線。

          污水處理廠升級改造控制系統(tǒng)設計為三種控制方式,三種方式的級別由高到低依次為就地手動、遠程手動、遠程自動。

          PLC控制站主要監(jiān)控參數有:溫度、壓力、流量、液位、pH值、ORP(氧化還原)、DO(溶解氧)、COD(化學需氧量)、MLSS(污泥濃度)、設備運行狀態(tài)及設備運行控制等。

          4.3系統(tǒng)功能及軟件實現

          和利時公司的上位監(jiān)控組態(tài)軟件HollyView6.53及LK編程軟件PowerPro V4提供了強大的軟件編程及系統(tǒng)功能的實現。

          (1)權限管理

          操作員進入系統(tǒng)使用密碼:系統(tǒng)提供分級的用戶進入密碼系統(tǒng),所以低級操作員只能進入基本操作功能,同時較高級別的操作人員,按照不同的密碼,可進入不同的系統(tǒng)組態(tài)功能。

          提供12級的密碼:一旦操作員提供了正確的密碼,他可以修改他的密碼,而他的權限不能發(fā)生變化。

          (2)流程圖

          LCD畫面為操作員了解生產過程狀態(tài)提供了顯示窗口,并能支持以下幾類畫面:

          總貌畫面:顯示系統(tǒng)各設備,裝置,區(qū)域的運行狀態(tài)以及全部過程參數變量的狀態(tài),測量值、設定值、控制方式(手動/自動狀態(tài))、高低報警等信息,從各顯示塊可以調出其它畫面。

          分組畫面:以模擬儀表的表盤形式按事先設定的分組,同時顯示幾個回路的信息,如過程參數變量的測量值,調節(jié)器的設定值,輸出值控制方式等。變量每秒更新一次,分組可任意進行,操作員可從分組畫面調出任一變量(模擬量或離散量)的詳細信息。

          單點畫面(調整畫面):顯示一個參數,控制點的全部信息以及實時趨勢和歷史趨勢,從調整畫面也可直接對模擬回路進行設定,調整操作。


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