电气方案控制说明.docx

WWTP 电气自控方案说明一) 总体方案 WWTP电气自控系统严格按照标电气准设计,采取的自控方案是:HMI+PLC控制方案,其总体控制框图如下图。考虑到PLC能够很稳定的工作及为尽量减少硬件设备和电缆以减少故障点，本次设计取消了现场手动控制箱和MCC及VSD柜上手动按钮，所有的电气设备都由PLC控制，过程参量由PLC采集，在HMI上能对污水站所有设备及参数进行监控和操作，基本实现无人值守的目的。 控制总体框图 从该控制框图可以清楚地看到共分5大部分1)工业计算机 运行HMI软件,操作员能够监控所有电气设备及过程参量，操作所有电气设备设置工艺参数以及编制PLC程序下载到PLC CPU和制作HMI画面。 2)PLC控制柜 PLC是MODICON 公司的QUANTUM系列, 有电源模块,CPU模块,以太网通讯模块，以及I/O模块,其中模拟量输入共32点,数字量输入共128点,数字量输出共80点,模拟量输出共8点， PLC可以脱离HMI独立运行，污水处理站所有控制逻辑都由PLC执行，是整个控制系统的核心，控制软件是concept2.5,采用顺序功能（SFC)，功能块图(FBD)，结构化文本（ST)3种编程语言编制控制程序。3MCC控制柜，共有48路开关接触器，能控制48路电机设备,现在已用33台,其余15台备用（见MCC柜主回路单线图)。直投电机控制原理图(见直投电机原理图)PLC程序运行使输出点闭合接触器吸合,电机得电开始运转,同时接触器辅助点也闭合,反馈到PLC数字量输入模块,这样操作员就能在人机界面上监视该设备是否在运转。直投电机原理说明：1）QF 是带有辅助点的断路器，在电路中具有隔离，短路，过载等保护功能，只有该断路器闭合主回路才得电，控制回路也会得电；2）KM是接触器，通过控制回使接触器线圈得电，接触器闭合使电机运转。3）SW是隔离开关，放在尽量靠近设备的现场，隔离开关断开后能不仅切断设备的主电源，由于其辅助触点串入控制回路，能使接触器断开，在维修设备时必须关断隔离开关加锁，以符合玛氏安全要求。MCC柜除去直投电机外还有2台电动阀门,需要正反向运转.其原理图(见电动阀门原理图)电动阀门现场有3个反馈信号：1）开到位，当电动阀门全开后，给出信号；2）关到位，当电动阀电动阀门原理图门全关后，给出信号，3）过力矩信号，当阀门卡死后给出该信号。这3个信号作为DI点引到PLC控制柜，以控制电动阀门. 4)VFD控制柜 变频控制柜共控制16台电机,其中有11台是直投电机,1台滗水器需要正反转且需要调速,由变频器控制，鼓风机,调节池提升泵,污泥浓缩池污泥泵及CASS池回流污泥，NAOH加药泵是变频控制直投泵控制原理同MCC柜直投电机，此处不在缀述。 鼓风机变频控制：污水处理好氧部分溶解氧浓度对处理结果有很大影响，溶解氧浓度太低，污水不能达标；溶解浓度太高，不仅浪费电能还可能使活性污泥上浮使出水也不能达标。鼓风机加变频器就是为了控制CASS池溶解氧的浓度稳定在恒定值，考虑到实际应用中只可能一台是变频运转，另一台停止或工频运转，同时为了减少固定资产投资，设计了2台风机只用一台变频器控制，刚曝气时，一台风机变频运转，如果该风机运行到50HZ后，溶解氧浓度仍没达到设定值，该变风机自动投到工频(50HZ)继续运转，第二台风机自动投到变频运转，在PID自动控制下直到溶解氧浓度稳定在设定值。当溶解氧浓度大于设定值,且变频风机频率低于一定频率,工频风机自动切断,只有变频风机运转 。该风机闭环控制框图及原理图如下： 人机界面 PLC VFD 柜 0-50HZ 风机 溶解氧设定 ERR 4-20mA 溶解氧实际值反馈 溶解氧闭环控制框图 污泥浓缩池污泥泵变频控制：浓缩池污泥泵用变频控制是为了让压滤机运行在最佳工作状态，操作人员可以设定污泥流量,由于是一台变频控制2台污泥泵，一备一用，闭环控制框图及其原理图如下 HMI PLC VFD 柜 0-50HZ 污泥泵 流量设定 ERR 4-20mA 流量实际值反馈 压滤机进泥泵闭环控制图调节池污水提升泵变频控制：由于调节池是按照500吨水量每天调节时间8小时设计，污水泵也是按照每天500吨水量选型,而实际现在水量只有100吨左右每天,通过变频器控制调节池提升泵可以很方便控制提升流量而无需操作人员频繁搬动阀门,不仅减轻了工人的劳动强度还节约了能源还能取消阀门井节约了土地，提高了自动化水平。调节池提升泵控制框图及原理图如下：HMI PLC VFD 柜 0-50HZ 提升泵 流量设定 ERR 4-20mA 流量实际值反馈 调节池液位闭环控制框图 滗水器控制 滗水器是 CASS池关键设备，该设备能使CASS池内污水上清液排出，刚滗水时，滗水 器在液面上方，应使滗水器快速（50HZ)放下到达液面，到达液面后，滗水器开始一级 滗水，慢速下放（10HZ), 直到反馈回33螺纹数，一级滗水停止，由于滗水器下放速度快 于液面下降速度，为使滗水速度和液面下降速度同步，滗水器在滗水阶段需暂停。当一 级滗水结束后，进行二级滗水，此时滗水器运行在7HZ，其控制同一级滗水，直到反 馈回66个螺距数，5分钟后滗水器开始以50HZ反转直到反馈回66个螺距数，滗水器每转一 圈通过现场电磁开关给出一个脉冲信号，送入PLC柜DI模块。 调节池提升泵出水PH控制 调节池提升泵出水经过气浮除去悬浮物后由布水器进入UASB进行厌氧反应。厌氧对进水PH要求比较苛刻，要求PH最好控制在6.0-7.0之间。而玛氏工厂污水PH在4.0-5.0之间，因此要加碱进行中和。我们设计的方案是：在提升泵出口处安装PH仪表，将PH信号送入PLC,经PLC进行PID控制，输出4-20mA信号给加碱泵以控制加碱量，碱直接加入到提升泵管道通过管道混合器进行混合，其控制框图及原理图如下： HMI PLC VFD 柜 0-50HZ 加碱泵 PH设定 ERR 4-20mA PH实际值反馈 调节池出水PH控制框图 CASS池回流污泥泵变频控制 按照工艺设计要求回流污泥量是进水量的20-30%为能很好的符合工艺设计要求该泵用变频控制回流污泥量，2台泵一用一备，其控制框图及原理图如下：HMI PLC VFD 柜 0-50HZ 回流污泥泵 流量设定 ERR 4-20mA 回流污泥实际值反馈 CASS池回流污泥流量控制框图5现场设备：现场设备主要包括各类污水提升泵，潜流推进器，搅拌器，加药泵，滗水器，回流及剩余污泥电动阀，刮泥机等，这些设备都可以归纳为执行设备。其他现场设备是现场量采集仪表流量计4个（总污水流量计，巧克力污水流量计，污泥流量计，回流污泥流量计；液位计3个（调节池1个，CASS池一个，CASS出水一个；PH计两个（调节池出水1个，厌氧池一个PH计除测量PH的功能，还能测量温度；CASS池溶解氧仪表。这些仪表能够将现场过程量转换成420mA标准信号，由PLC采集，参与控制和送到HMI监控。二）污水处理站工艺简介食品生产企业，COD浓度4000-8000mg/升可生化性好，是典型的高浓度有机废水，所以采用厌氧+好氧处理方法。工艺可大致分为预处理,厌氧处理(UASB)，好氧曝气处理（CASS)，深度处理，污泥处理等部分。介绍如下：1）预处理预处理部分主要包括隔油，调节，气浮等3部分，来水首先进入隔油池，由于来水含有大量油脂及浮渣，对后续处理很不利，必须去除，采用刮油刮泥机除去油脂及浮渣和沉淀物，浮油由集油槽进入集油井，当集油井满后用油泵抽到汽车外运。沉淀物收集到集泥斗，由泥泵抽送到污泥浓缩池，污水通过出水堰自流到调节池。调节池内有台潜流推进器，目的是使污水更加均化。调节池的水由提升泵抽到气浮机。气浮的目的是去除污水中的悬浮物，和气浮相关的设备有：溶气泵，搅拌器链板刮油机，当气浮进水这3台设备开始运转,为了更好的除去悬浮物，还要加入PAC和PAM等药。 满后抽到汽车外运 PAM和PAC制作罐 浮油自流去污油井由流量计计量 泵 泵巧克力来水 送 送宠物生产废水 污水自流 提升污水 流量计量 宠物厂生活废水 污水自流去UASB 污泥去集泥斗 污泥抽到 浓缩池 预处理流程图2）厌氧处理（UASB工艺) 厌氧是处理高浓度污水最有效的办法，是整个污水处理的核心部分，80-90%的COD在厌氧部分被去除。但厌氧并不消耗任何动力，污水由气浮自流进入UASB罐底部，由布水器使布水均匀，经过厌氧反应，再通过3相分离器后，出水自流进入CASS池。 沼气去点火器 污水去CASS池 污水来自气浮机 厌氧反应流程图3）好氧处理(CASS工艺) 厌氧虽然处理效率很高，但出水COD仍然低于排放标准，必须经过好氧再处理，本次好氧 部分工艺采用的是CASS工艺，该工艺是SBR工艺的改进，能够连续进水间歇出水，还兼有 除磷功能，在控制时序上稍作改进还具有除氮功能。UASB出水连续不断自流到CASS池前 段，和回流的高浓度污泥进行混合达到生物选择目的，混合后的污水进入CASS池主反应区 进行周期处理，每周期进行搅拌，曝气，静沉，滗水，周而复始，搅拌阶段主要目的是反消 化，在该阶段4台潜流推进器运转，能够在曝气时除磷，曝气阶段是去除COD的主要阶段同时 污泥也增殖，在该阶段鼓风机运转给CASS池主反应区注入空气，以保持一定的溶解氧浓度， 同时在该阶段还监测污泥浓度，一旦污泥浓度大于设定值范围，就在滗水阶段排出一定污泥 到污泥浓缩池，静沉阶段主要目的是泥水分离，污泥沉到CASS池底部，以便于滗水阶段排出 清水。滗水阶段：在该阶段主要放下滗水器排上清液到CASS出水暂存区，再由暂存区泵提升 到深度处理部分处理，详细情况如下图所示。 2台 鼓风机 预反应区 主反应区 出水暂存区 污水由UASB 自流来 回流污泥 剩余污泥去污泥浓缩池 出水去深度处理 好氧处理工艺 流程图 4）深度处理部分 一般CASS出水已符合排放标准,但还不能达到中水回用的目的,为了达到中水回用的目的 必需经过深度处理,本次设计的深度处理有混凝混合,混凝沉淀,砂滤,活性炭过滤。混凝混合 主要是在CASS出水中加入PAC,PAM及NACLO,使污水和所加药物充分混合后,进入混凝沉淀 池沉淀,沉淀后的水自流到中间水池,泥由刮泥机刮到集泥斗后由污泥泵抽送到污泥浓缩池提 升泵送到砂滤罐，再经碳滤后进入清水池后回用，参见工艺流程图。NACLO药剂 反冲洗水池 清水水池 PAC药剂 PAM药剂 深度处理工艺CASS来水 原水 砂滤罐 活性炭罐 混凝混合 混凝沉淀 中间水池 5）污泥处理部分 污泥处理是污水处理中重要环节，如果污泥不能很好处理将可能造成二次污然，玛氏污水处理站将污泥首先收集到污泥浓缩池后，经压滤机处理后外运。污泥主要来自隔油沉淀池，CASS池剩余污泥，混凝沉淀池污泥，气浮产生的污泥及少量的厌氧泥。 污泥浓缩池 PAC 反洗水 隔油池来污泥 PAM 气浮机来污泥 压滤机 干泥外运 污泥 CASS池剩余物泥 反洗水去调节池混凝沉淀池污泥 污泥处理工艺流程图 三)PLC 程序说明: PLC是整个控制系统的核心，PLC程序的质量将直接影响整个污水站的自动化程度及污水 处理的效果。 PLC程序严格按照玛氏公司PLC程序设计标准编制,要求达到程序简洁明了，目录清晰便于 工厂维护人员阅读，通用设备建立功能块以减少程序量。污水处理站采用的是莫迪康公司 QUANTUM系列PLC,软件是该系列PLC的配套软件CONCEPT2.5,该软件符合IEC标准，有一 系列优点，具有5种编程语言供编程者选用，根据污水处理站的工艺特点，采用顺序功能 （SFC)，功能块图（FBD)和结构化文本（ST)等3种编程语言。 1)程序目录建立 为了便于程序编制者及维护人员能够在程序内迅速找到要控制设备的程序建立程序目录,目录的建立是按照区域的原则建立。详见程序目录如下： 由目录可以清晰地看出该目录是按工艺流程顺序建立 : OIL_REMOVAL_POOL_CONTROL 目录内程序是控制隔油池内设备；UNIFORMITY_POOL_CONTROL目录内程序是控制调节池内设备；UASB_CONTROL 目录内程序是控制厌氧罐（UASB)内设备；CASS_CONTROL目录内程序是控制曝气池（CASS)内设备；ADMIXTURE_POOL_CONTROL目录内程序是控制混凝池内设备；SLUDGY_PUMP_CONTROL目录内程序是控制浓缩池内2台污泥泵及压滤机；MID_POOL_CONTROL目录内程序是控制中间水池内2台泵；CLEAR_WATER_POOL_CONTROL目录内程序是控制清水池内2台泵；REV_WASH_PUMP_CONTROL目录内程序是控制砂滤罐及活性炭罐的反冲洗泵；WAST_WATER_FLOW_CONTROL目录内程序是控制采集流量计的流量及计算累计量；CHEMICAL_ROOM_CONTROL目录内程序是控制加药间内的加药泵和搅拌器。目录的建立非常方便程序编制者和污水站管理人员。2) 通用设备建立导出功能块 CONCEPT2.5提供的导出功能块功能，能够非常方便编程，能使程序量大为减少，使 程序更加简洁明了，使程序编制者减少了很多重复性的劳动，导出功能和CONCEPT 提供的功能块的使用方法一样，能被反复调用。 2.1)直投马达的功能块 泵, 搅拌器,刮泥机等设备都是马达驱动,污水站共有马达大概有40台。属于通用设备 因此建立了功能块图。 该功能块输入启动/停动,运行/停止,过载输入,报警复位,急停输入等; 输出信号有: 运行输出,报警输出等; 功能块如下： 直投马达功能块 功能图详细程序如下:功能块程序说明，当给定启动信号，PLC 的DO点输出，如果5秒后，没有反馈信号，就会给出报警信号，同时切断DO，只有复位后才能重新启动。2)变频器: 污水站共用了7台变频器 ,也属于通用设备。因此建立功能块图:该功能块输入信号有:正转/停止,反转/停止,运行/停止,过载输入,报警复位,急停输入等;输出信号有:正转输出,反转输出,报警复位输出,报警输出等;该功能图详细程序如下: 变频器功能块 功能块程序说明，当给定启动信号，PLC 的DO点输出，如果3秒后，没有反馈信号，就会给出报警信号，同时切断DO，只有复位后才能重新启动，同时给变频器一个硬报警复位信号。3)PI控制: 污水站要用PI控制参量有5个:调节池液位,CASS池溶解浓度,压滤机进泥泵流量 调节池提升泵出水PH,CASS池回流污泥流量控制CONCEPT自带了PI调节功能块下面简要介绍PI功能块 PI功能块输入包括输入端 1）使能端EN，只有EN为TRUE 时该功能块才有效； 2）自动运行/手动运行模式选择MAN，当MAN为TRUE时PI块手动运行，当MAN 为FALSE时PI块自动运行， 3）半自动选择模式HALT；（一般很少用到） 4）被控制量的设定 SP； 5）被控制量的实际值PV； 6）比例系数GAIN；该系数越大，控制速度越快，越小控制速度越慢； 7）积分系数 TI；该系数越大控制速度越慢，反之越快； 8）PI输出最大值YMAX，一般为16000； 9）PI输出最小值YMIN，一般为0； 10）手动给定输出，YMAN，范围为YMIN=YMAN=YMAX； 输出端： 1）PI输出Y，输出范围为YMIN=Y=YMAX 2）ERR偏差值，ERR=SP-PV； 3）QMAX，当输出达到最大时， QMAX=1； 4）QMIN，当输出达到最小时， QMIN=1； 用PI控制压滤进泥量程序4) 手动/自动选择如何处理手动/自动之间的关系是污水站编程中经常遇到的问题，一般要求在自动模式下手动无效，手动模式下自动无效，手动情况下，可以在HMI上点动让该设备运转，在自动情况下，设备运转由程序自动控制。自动/手动程序如下： 四) 各个池子及设备的控制程序说明及程序流程图 1) 隔油沉定池 隔油沉定池有一台刮油刮泥机,两台污泥泵（一用一备),一台油泵。1.1 刮油刮泥机：该设备把浮油收集到集油井，把污泥收集到集泥斗，该设备有手动/自动2种运行模式，手动模式下，从HMI上手动起停该设备，在自动模式下，当来水流量大于0后自动启动该设备，当来水为0时继续运行20分钟停止。见流程图如下： 否 是 1.2 污泥泵 ：污泥泵把集泥斗内污泥输送到污泥浓缩池,2台污泥泵一用一备,该泵有2种运行模式:自动/手动,在手动模式下,从HMI上可以手动起停2台泵,在自动模式下,2台泵自动交替运行交替时间可以从HMI上设定。1.3 油泵 :油泵是把集油井内油抽到汽车上外运,该泵由HMI上手动起停，集油井内有低液位保 护开关以保护泵不空转。2) 调节池 （见附录调节池HMI画面) 调节池内有一台搅拌器,两台污水提升泵(一备一用),一个PH计,一个液位计。2.1搅拌器: 搅拌器的目的是为了不让污泥淤积在调节池内,但该搅拌器如不停运转会影响污水性质不利于后序压氧处理，所以该搅拌有自动/手动2种运行模式:在手动模式下,从HMI上可以手动起停该搅拌器,在自动模式下,该搅拌器间息运行,运行/停止时间可以从HMI设定。2.2污水提升泵: 污水提升泵把污水提升到气浮机,2台泵一用一备,有2种运行模式:自动/手动,在手动模式下,从HMI上可以手动起停2台泵,在自动模式下,2台泵自动交替运行,交替时间可以从HMI上设定。该泵是用变频器和液位计通过闭环PID控制驱动,目的是为了在现有水量下既能保证污水有8小时调节时间,又能来多少水抽多少水,改变液位设定值就能保证调节时间,通过PID控制保证液位恒定在设定值就能保证来多少水抽多少水。PID控制也有2种运行模式：自动/手动模式，在手动模式下，泵的运行频率由操作员从HMI设定，在自动运行模式下，通过液位形成闭环PID控制，自动改变泵的运行频率。2.3 PH计：PH计检测调节池内PH值和温度值,变送成420mA信号由PLC采集,可以从HMI上监控到该参数,如果PH值过低可以自动启动加碱泵,使PH值回到正常范围内。2.4 液位计:液位计检测调节池内液位,变送成420mA信号,由PLC采集,可以从HMI上监控到该该参数,液位计主要是用来控制提升泵的频率。 3) 气浮机: （见附录UASB HMI画面)该设备主要是为了除去污水内的油质,以利于后续厌氧处理,该设备有3台电气设备,容气泵,搅拌器,刮油机,3台电气设备都由HMI手动启动停止。 4)厌氧反应罐: （见附录UASB HMI画面)该罐内除了PH计外没有其他设备需要控制,PH计检测罐内PH值和温度值,变送成420mA信号由PLC采集,可以从HMI上监控到该参数,通过该参数的变化趋势可以预知厌氧反应是向好的方向发展还是坏的方向发展.，以便于污水站管理人员提前采取必要措施。 5) CASS池:（见附录CASS HMI画面)相对来说CASS池是整个污水站要控制设备最多,控制最复杂的地方。 其中要控制的设备有：5台搅拌器，2台污泥提升泵，2台潜水泵，1台剩余污泥电动阀门，1台回流污泥电动阀门，1台滗水器，2台鼓风机 等设备，要采集控制的参量有：溶解氧浓度，液位。下面对各设备的控制做较详细的介绍: 5.1) 1号搅拌器: 该搅拌器始终不停运转,由HMI通过手动控制 5.2)2台潜水泵:2台泵一用一备,有2种运行模式:自动/手动,在手动模式下,从HMI上可以手动起停 2台泵,在自动模式下,2台泵自动交替运行,交替时间可以从HMI上设定,同时该泵具有液位控制功能,液位低于一定值自动停止,高于一定值自动启动。 5.3) 其他设备启停时序控