污水处理自动控制系统的应用资料

1、污水处理自动控制系统的应用1.张卫2.陈文会（1.山西大唐国际云冈热电有限责任公司山西大同037039;2.大同第一热电厂山西大同037039）摘要：介绍了PLC自动控制系统结构及配置，并对控制系统的5种操作方式和控制程序的设计进行了论述。关键词：PLC;污水处理；控制系统中图分类号：X703文献标识码：A随着我国工业化进程的迅速发展，自动控制系统已渐渐应用到污水处理工艺过程监测过程中，结束了以往污水处理全部用人工或简单的电器控制的落后局面。云冈热电2X220MW机组污水处理自动控制系统为了适应机组总体自动化水平的要求，在设计中采用了PLC自动控制系统的设计方案，其工艺过程主要分为污水的引入处

2、理、氧化沟生物反应池处理、沉淀池处理、污泥处理、过滤器及超滤处理等，其工艺流程见图1。1控制系统结构及配置由于该厂的污水处理设备相对比较分散，为减少大量现场走线、有效对生产过程进行监控、分析、管理和优化，自动控制系统采用集中管理，分散控制”的原则，由中央控制室、2个PLC现场控制站和工业以太网组成全厂计算机分布式控制系统，其控制的系统结构见图2。其中上位机、集线器HUB、打印机位于中央控制室，2个PLC位于现场控制站。采用这种结构可以实现中央操作站两台上位机互为热备，主要现场控制站PLC1,PLC2主机热备和电源热备以及工业以太网网络冗余。这种关键环节的冗余设计可以大大提高系统的可靠性和稳定性

3、。1.1可编程序控制器1号和2号PLC柜采用美国ModiconTSXQuantum系列，此系列的PLC为满足开放的、基于标准的网络连接和现场总线连接等应用技术提供了多种网络选择，支持具有较强的灵活性，可实现双机热备和无扰切换，所有模块均能带电拔插，能够确保无值守安全运行。这种可编程序控制器适用于中、小规模的过程自动化，标准化的硬件技术、模块式结构和具有很强功能的编程器，使得该自动化装置在实际应用时具有如下特点：第一，装配和连接简单，容易使用；第二，采用插件式模板，更换容易；第三，通过各种不同的输入输出电压，以及对输入点、输出点和存储器的精细分级，使得该装置具有较强的配置适应能力；第四，在所有符

4、合标准的应用中，不需要通风冷却装置；第五，因程序在结构上进行了分块，以及标准程序块的应用，使得编程工作大大简化；第六，通过它自己的通信处理器和局部网，可方便地同其他自动化装置及计算机进行通信。现场各个监控点的参数，包括水位、温度、流量、溶解氧浓度等模拟量，由对应的一次仪表传感器或变送器检测出来并转变为4mA2OmA电流信号，经屏蔽电缆送至各个子系统的输入模件，由PLC通过各种模块接口采电流信号，同样模拟量控制信号由PLC控制单元输出模件输出，以后以4mA20mA电流形式送到执行机构，控制执行机构的动作。1.2操作员工作站操作员工作站硬件采用两台研华IPC610工业计算机，软件采用IFIX软件。

5、IFIX是IntellutionDynamics工业自动化软件解决方案家族中的HMI/SCADA软件组件。IFIX专为Windows2000而设计，可以准确地监视和控制生产过程的所有环节。IFIX可以实时收集数据并且将重要的信息传输给操作员和管理人员，同时通过容易理解的画面将数据反映出来，用户可对生产过程作出迅速有效的决定。1.3系统网络通信ModiconTSXQuantum系列的PLC模块兼有Eth.Emet,TCP/IP和Modbus三种开放的、通用的网络标准。上位机和各分控站之间通过总线冗余工业以太网进行通信，网络通信协议采用TCP/IP。通信介质是抗干扰能力强的四芯多模光纤，传输速度是

6、100Mb/s。若系统需要扩展管理计算机，只需增加1个网络适配器，便可与监控计算机共享资源。1 .4双机热备系统的实现双机热备其实是一种容错冗余系统，冗余系统按工作方式分为并联冗余和旁待冗余，本系统上位机采用旁待冗余，两套系统互为备份，负责两个数据库，主机和从机通过TCP/IP网络连接，正常情况下主机处于工作状态，从机处于监视状态，一旦从机发现主机异常，就会在很短的时间内代替主机，进行检测并保护历史数据。PLC1和PLC2现场控制站各有两套硬件配置相同的系统，分为主系统和后备系统，正常情况下，主系统进行控制工作，并通过CHS(热备处理模件)把远程I/O数据和数据表数据送到后备系统中，使两个系统

7、的数据库有相同的内容。当主系统发生故障时，CHS将在很短的时间内将控制工作从主系统切换到后备系统。切换之后，整个PLC系统进入备份系统进行工作。CHS提供两个系统之间的高速通信和故障切换功能，即负担着主处理器和后备处理器之间的数据传递和信息交换作用，确保后备系统中的数据表是主系统的拷贝。2 PLC系统控制模式及控制程序设计2.1系统的控制模式本控制系统采用程控、远控及就地操作相结合的控制方式，程序控制设置必要分步，成组或单独操作等功能，还设有必要的步骤、时间和状态指示以及连锁和闭锁。本控制系统共设就地手操、程控点操、步操、半自动、自动5种操作方式。就地手操：当就地手操时，相应的设备可以从整个系

8、统设备中解列出来，由操作人员就地控制设备，如泵动力柜、电磁阀箱上，通过按钮进行现场设备的一对一操作。(1) 程控点操：操作人员可以通过键盘或鼠标，对现场设备的阀门、泵、风机的开停进行一对一的远方操作。(2) 程控步操：操作人员可以通过键盘和鼠标实现现场设备步序的成组操作。半自动：操作人员可以在人工干预下，通过键盘或鼠标进行选择操作。若是各床体运行失效选择再生程序，能自动地从再生第一步到最后一步完成该段操作程序。自动：当系统启动以后，按照系统的工艺流程和不同工艺状况，通过执行与工艺要求一致的控制程序，根据程序步和程序段的转换条件自动地进行转换，实现水处理自动操作。在自动及半自动方式下，各步序时间

9、可由操作人员在CRT上设置修改，运行及再生时各步序时间将在CRT上显示。2.2控制程序设计主要分粗细格栅控制、潜水泵控制、脱气絮凝控制程序的设计是根据实际系统和工艺要求而定,池控制、生物反应池含氧量控制、过滤器的控制、超滤的控制、污泥回流控制等部分。本系统采用的oncept2.0编程软件是基于MicrosoftWindows下的PLC编程软件套件，借助于熟悉、标准的编辑器，可在同一数据库中使PLC程序、通信、诊断等有机地结合在一起。2.2.1 进水的控制通过在进水管中安装电磁流量计实时测量进水流量，在现场及中央控制室的电脑显示器上显示预处理进水泵站的液位值，并根据该液位值的高低控制3台进水提升

10、泵的启停，使3台提升泵的运行时间基本保持平衡。在调节池中设置了pH计，可以测定瞬时进水pH值，以反映进水水质是否符合处理要求。进水pH值的设定要求范围是4.09.0,当进水pH值不在此范围内时，中央控制室的电脑显示器会发出声光报警信号，并自动关闭进水闸门，以保证出水水质。2.2.2 粗细格栅的控制在粗、细格栅前后均设置了超声波液位差计，并在现场及中央控制室电脑显示器上实时显示粗、细格栅前后液面的液位差值。根据本厂的处理水质水量设定了工艺值，当前后液位差值大于或等于该工艺值时，可以对粗、细格栅的连锁启停自动实现。2.2.3 潜水泵的控制本系统共有2台潜水泵，考虑到其中一台长期工作，易发生设备故障

11、，故在实际使用中设置成轮流启动方式，以达到既有备用，又不让其长期搁置不用的目的。2.2.4 生物反应池含氧量的控制生物反应池中污水含氧量的控制是污水处理过程控制中比较关键的任务。在程序设计中，根据生物反应池运行的不同阶段，比较实测的污水溶解氧浓度与设定值，实现对生物反应池中曝气转刷的优化控制，自动调整转刷的高低速、运行台数和曝气时间，同时联动控制进、出水堰门的开启和关闭，使设备的运行在满足工艺要求、保证出水达标的前提下，最大限度地降低能耗，从而降低生产成本。生物反应池溶解氧调节控制原理见图3o2.2.5 二沉池的控制在二沉池中设置1台泥位计，当在线监测泥位值偏高时，可自动调节刮吸泥机、排泥设备

12、，将剩余污泥外排，防止沉淀污泥发生腐烂。2.2.6 过滤器的控制按照工艺的要求，在整个污水处理过程中，过滤器起着非常重要的作用，而过滤器的工作效果取决于滤料脏物的反洗控制。此工程共有3台过滤器，每台过滤器均配置4个电控气动蝶阀：过滤进水阀、过滤出水阀、反洗进水阀、反洗出水阀及反洗电机，其控制程序为：首先打开过滤进水阀，紧接着打开过滤出水阀，正常过滤。当过滤时间达到预先设定值或流量小启动反洗泵，打开反于一定值时，手动强制反洗，则程序开始进行反洗。关闭过滤进水阀和出水阀,洗进水阀和出水阀，开始水洗，3m1n后启动反洗电机搅拌滤料，经7min停止反洗电机，1min后停止反洗泵，关闭反洗进水阀，靠余压

13、排水和稳定滤料Imin后关闭反洗出水阀，此时反洗结束。基于以上控制要求，采用可编程控制器进行控制，将过滤、反洗及水量等控制进行全面考虑，把这几种控制作为一个有机的整体进行统一控制。2.2.7 超滤的控制采用高分子材料制成的中空纤维式的超滤膜元件，主要去除水中的大分子有机物和胶体物质，部分降低水中的COD及细菌含量。悬浮物的去除率可达100%,胶体铁的去除率一般达99%,微生物的去除率一般达99.9%,出水浊度一般小于0.1NTU,出水一般SDIV1。采用超滤工艺有如下特点：第一，出水水质稳定，基本不受原水水质波动的影响；第二，减少了药剂添加，从而降低运行成本，减少排放对环境造成的影响；第三，可

14、延长反渗透膜的使用寿命，降低清洗的频率；第四，增大反渗透膜的通透率(常规预处理，反渗透膜的通透率为8GFD),降低反渗透装置的投资费用；第五，操作简单、运行费用低。经过以上工艺处理，水中大部分的悬浮物、细菌、微生物、胶体等均被除去，满足水质再利用要求。3结语本系统投入运行以来，运行稳定可靠，处理后的污水可以回收再利用，完全达到了最初设计的要求，实现了对整个污水处理工艺的集散控制和管理。基于PLC的计算机控制系统在污水处理中的运用大大满足了该厂的自动化水平要求，提高了污水处理的质量，使排放的有害物量大大减少；同时降低了能耗，减轻了工人的劳动强度，提高了管理效率，取得了明显的经济效益和供应南京污水

15、处理自动化监控系统的详细信息电压：(V)额定功率：(W)额定频率：(Hz)进水压力：(Mpa)操作压力：(Mpa)供水量：一一(L/h)外形尺寸：*(cm)储水箱：(L)额定产水量：(L/h)净水流量：(升/小时)净重：(kg)处理水量：(T/H)工作温度：一一(C)产品外观：脱盐率：(%或(%)适用压力：(Mpa)水质：（MQ-CM）配置：用途：单机出力：一一（M3/h）污水处理自动化监控系统一、系统概述：污水处理自控系统的控制级别设置为三层；第一层现场手动控制：在各电气站点设置现场手动控制箱，可单独启停各测试设备及各执行机构。第二层PLC逻辑联动控制：由PLC根据现场各测试设备采集的数据及

16、系统设备运行逻辑关系，自动控制各站点内的电气设备运行状态。第三层中央控制：计算机监测、修改PLC控制参数、上位机点动控制，实现实时监控。手动控制及自动控制可以分别通过机房或中央控制室的手自动转换开关”进行切换。这样的控制方式能最大限度地保证污水处理装置安全操作的需要。中央控制计算机能对整个系统的污水处理过程进行实时监测与控制，随时跟踪接收PLC的数据信号，能对各种类型模拟量进行巡回检测，对各种类型故障进行报警或不达标报警。并具备实时数据和历史数据的分析及处理能力，对主要工艺流程进行动态模拟、趋势分析、制表打印、绘制曲线；对主要数据永久性保存。且在CRT上显示整个工艺流程或局部环节的直观动态彩色

17、画面，并通过嵌入式大屏幕，动态显示工艺流程各主要部件的运行状态。借助电话线路及MODEM卡或GPRS/CDMA网络实现远程监测，监视整个系统的运行状态，便于快速解决问题排除故障。二、PLC编程在PC机上，根据工艺运行流程的逻辑关系，可借助SYSMAC支持软件及CVM1系列梯形图支持软件的程序和数据进行再次开发与编程。内容包括：磷盐加药量控制根据电磁流量计输入量，由PLC的输出模块，控制调节池的磷营养盐加药量（控制定量投加泵），构成闭环控制。pH值控制由PLC根据在线PH计测定的输入量，控制纯碱加药量，构成闭环控制。甲醇加药量控制根据电磁流量计输入量，由PLC的输出模块，控制缺氧池的甲醇加药量（

18、控制定量投加泵），构成闭环控制。纯碱加药量控制根据电磁流量计输入量，由PLC的输出模块，控制氧化池的纯碱加药量（控制定量投加泵），构成闭环控制。进水氨氮浓度控制由PLC根据在线氨氮仪输入量，控制甲醇加药量，构成闭环控制。好氧池溶解氧控制由PLC根据在线氧气流量计输入量，控制供氧泵供氧量。进水温度控制由PLC根据水温测定探头输入量，控制进水温度。污泥泵启仃控制由PLC输出控制污泥泵的启仃开关。加药泵液位控制由PLC根据超声波液位计输入量，控制水泵启停时间。污水处理过程包括两部分，污水处理厂将管道输送来的污水过滤、沉淀后，送入SBR反应池经曝气处理。污水处理后分为两部分：一是处理后的水排出，另一部

19、分是污泥，将污泥送入脱水机房，进行脱水处理。污水处理是一个多参量（如液位、水质部分、流量、压力等）、多任务（如污水输送、风量控制、水泵开停等）、多设备（如格栅机、水泵、鼓风机、阀门等）而且具有随机性、时变性和耦合性的复杂系统。因此，污水处理应由一个智能测控与综合管理系统来进行现代化的管理，使之达到国际选先进水平。污水处理自动化控制系统的实施就是为了实现这一目标。污水处理自动化控制系统是污水处理建设整体项目的关键工程。一、【前言】为满足系统稳定可靠、管理操作简便、工程投资成本低，项目运行费用经济”的要求,某公司污水处理工程自控方案将以国际流行的PAC技术为基础，实现系统全自动化处理、人机一体化管

20、理模式，达到系统运行和维护简单方便、系统性价比高的目的。二、【系统需求】根据客户提供的相关资料，本项目共计：AI(模拟量输入)点数：16AO(模拟量输出)点数：2DI(开关量输入)点数：160DO(开关量输出)点数：32与上位机通讯方式：以太网开关量输出信号多是控制动力设备或阀门，如：水泵、搅拌机、电动蝶阀；开关量输入信号则是相关设备手动信号；模拟量输入是液位、PH值、温度等模拟量参数的采集。另附系统要求：(均可通过软件功能实现)(1) 所有自控联锁均可人工断开并采用手动操作；(2) 所有液位都以各池池内底为0.00M开始计算；(3) 所有设备运行时间累计并显示；(4) 故障详细内容指示，故障

21、历史记录及查询；(5) 所有设备运行参数设定值可变更输入；(6) 所有报表可人工输出；系统中就地操作”指在配电柜选为手动时可以就地手动开停；配电柜操作”指不符合电气运行参数时，配电柜可以停止(优先)；中控室操作”指在满足工艺、电气要求时，自动控制。三、【系统配置】根据系统需求，以及现场设备的分布情况，控制系统选用基于泓格科技WinCon-8000系列控制产品，集中式控制模式。本方案所选用的泓格系列产品，均可工作在-25C+75C的极限温度范围内，而其储存温度可达-30C75C，无冷凝时湿度可达5C95C;工作电源为工业现场常见的10VDC30VDC直流电源，并支持电源反接保护；WinCon-8

22、000采用RISCCPU低功耗及无风扇无硬盘设计，具有抗冲击，抗振动的特点。3.1控制系统配置如下：3.2系统描述产品I/O扩展如图一所示。整个系统构架如图二所示：电控设备列于中控室和配电控制室，中控室可通过工控机监视现场所有分散设备状态，同时以自动或者手动方式发出控制指令通过WinCon-8000驱动相应设备，进行工艺生产。配电控制室主要放置开关柜和控制柜，控制柜内置泓格的WinCon-8000控制器及相关I/O扩展模块。各现场的设备通过屏蔽信号电缆与控制柜中的WinCon-8000相连，WinCon-8000则通过以太网将信号传至中控室的上位机（工控机），供操作人员和管理人员进行监控。如图

23、二所示。四、【控制流程】系统运行时，厂区污水进入到格栅井，WinCon-8000控制器（W-8747）按照工艺流程设计的时间要求（运行1小时停0.5小时）来控制数字量输出模块（I-87064）的数字量输出，从而实现对集水井中一级提升泵（J102abc）的控制。同时一级提升泵（J102abc）的启停还将受到集水井内的液位仪（LIS11）的控制，当液位高于3.2m的时候将高限报警，低于0.6m的时候将底限报警，0.8米的时候两个一级提升泵低限连锁，2.5米的时候两个一级提升泵高限连锁，3.0米的时候两个一级提升主泵和备用泵都将高限连锁。与此同时，水质在线检测仪（AIS11）将对集水井中的PH值进行

24、检测，将检测得到的值传入到模拟量输入模块（I-87017RC）中。IPAC控制器（W-8747）对传入的PH值进行判断：当PH值5时低限报警，PH值10时高限报警，PH值=9时则通过数字量输入模块（I-8040）启动出水电动蝶阀（F102），在PH=6时低限连锁启动回流电动蝶阀（F101）。在集水井的处理过程中，一旦出现了问题，事故池中的事故泵（J110）将根据集水井中的液位计（LIS11）信息做出启停动作；为保障此判断可靠准确，事故池采用同样原理，设置对应的液位计，从而判断事故泵的运行状态是否准确，并根据此时的液位做出相应的控制调整。此后，污水进入预沉池，并有一部分流入调节池。控制室中的Wi

25、nCon-8000控制器同样根据时间来控制潜水搅拌机（J103ab）的启停。而在污水经过了调节池进入酸碱调配池后，池中的水质在线检测仪（AIS12）会将酸碱调配池的PH值采集并发送至IPAC控制器中，IPAC控制器根据PH值的强弱发出不同的控制指令，如：PH=9的时候高限报警，并通过对数字量输出模块（I-8040）发出命令停止水泵（J104）,PH=8.5的时候高限连锁并加酸，PH=8的时候中间连锁加酸碱，PH=7.5时低限连锁加碱，PH=7时停水泵（J104）;同时，池中的二级提升水泵（J105a-f）也将根据酸碱池的液位和PH值的信息联合控制水泵的启停：液位为5.8米的时候高限报警，液位为

26、0.6米的时候低限报警，在5.7米时高限连锁，0.8米时低限连锁。当另外一部分污水进入污泥浓缩池，整个池的操作采用全手动的方式。池中装置有水质监测仪，操作人员可以根据监测仪的显示参数，通过手动方式控制污泥浓缩池的污泥进料泵等设备和仪器，而过滤的上清液将回流到格栅井中。当污水进入EGSB反映塔的时，其中的内回流泵（J106abc）与酸碱调配池中的潜水搅拌机（J105a）进行联动。此外，由于处理过程中有沼气的产生所以在反映塔顶部设置的有一个沼气自动点火燃烧装置，该燃烧装置直接受中控室WinCon-8000控制器（W-8747）直接启停控制。污水在EGSB反映塔处理后流入到耗氧反应池，操作人员在现场

27、通过手动的方式按键，按键信息随后会发送到中心WinCon-8000控制器（W-8747）,控制器判断处理以后会发出相应的指令来启停鼓风机。最后，处理过的水流进入二沉池，池中的中心传动刮泥机将按照控制系统程序中的时间设置对污水进行最后的沉淀处理，最终通过加药装置以实现消毒杀菌，达标以后即可以排放。五、【软件功能】5.1开发软件W-8747控制器的开发模式和传统PLC开发方式基本一致，完全符合IEC61131国际标准，编程软件为罗克韦尔公司旗下的ISaGRAF。它可以同时支持梯形图、顺序功能图等5种通用编程语言。该软件与传统的PLC厂家的编程软件（如西门子的STEP-7）相比属于开放类的通用性软件

28、，是建立在通用平台之上的软件，因此软件的兼容性和可移植性更强，用户使用ISaGRAF开发的程序，当其需要移植到其它系统时，只需要更改参数，拷贝既可；同时软件程序掌握不再局限于固定的厂家，用户在使用ISaGRAF后，可以把这种技术掌握在自己手中，而不必再依赖厂家。泓格科技也针对所选用的I/O模块提供了相应的功能框图函数，客户可以方便的在程序中直接调用，程序编写将更加方便快捷。此外，ISaGRAF软件也和传统的PLC软件一样可以支持在线调试和仿真功能，客户可以方便的对预编的程序进行在线调整。总之，用户可以把它当成PLC,来进行系统开发；但实际效果，它的开发和使用比PLC更方便。5.2与上位机软件的

29、衔接用户在PC机上根据工艺要求编写好相应的控制程序，将此程序进行编译并通过PC机上的串口或网口下载到WinCon-8000主控制器（W-8747）中，开机运行后，IPAC主控制器就可按照此程序，以类似现场总线的方式对厂区的各种设备进行监控。同时，通过modbus或者其他协议方式与上位机软件实现通讯，由于上位机组态软件通常支持modbus通讯，所以可以很方便的与用户的组态软件联接，用户也可以通过调用泓格提供的功能块函数，实现PAC主控制器与上位机的通讯。上位机中用户可以选择组态软件（如组态王）或者VB等编程语言开发的监控组态平台，从而以图像化方式显示和记录现场的数据信息，并将需要的现场信息存入数

30、据库中并保存；同时，中控室中的工作人员也可以根据现场设备反馈的数据，通过组态软件来发出各种命令，命令通过以太网传后递给WinCon-8000主控制器（W-8747），主控制器通过接收到的不同命令，编译成相应指令控制各I/O模块的输出，以实现对现场设备的控制。六、【方案特点】6.1软件开发、售后维护方便泓格科技提供所有I/O模块的函数功能块，用户可以直接使用相应的I/O模块，而不用单独对各个模块进行大量的设置，从而节省大量初始化时间，在系统在运用和使用上更加容易，同时在系统维护时，也无须单独对各模块进行设置，极大的节省了系统维护的时间和人力。6.2标配以太网络接口，降低通讯成本WinCon-8000控制器直接实现以太网通讯而勿需另外添加专门的以太网通讯模块，从而大幅度的降低成本，同时在程序上实现以太网通讯上也更加的方便快捷，而不必再编写专用的通讯程序。6.3强大的通讯能力，方便实现与标准设备或非标准设备通讯，或者通讯扩展。由于W-8747属于模块化结构的产品，它除了本身自带的3串口