文安县污水处理厂工程设计

文安县污水处理厂工程设计

根据分析结果表明，文安县周边污水资源的处理利用主要集中在化工和塑料行业，废水中含有大量氮和磷。因此，文安县污水处理厂采用了脱氮除磷的a2o工艺。全厂的主控系统选用了和利时公司自主研发的LK系列大型冗余PLC。该污水厂正式投产以来运行状态良好,出水水质完全符合设计标准。1独立系统结构设计1.1监控操作站及控制层根据文安县污水处理厂工艺的控制要求,污水处理工程自动化控制系统分为三级管理,包括生产管理级中央控制室现场控制级控制站和就地控制级。现场各种数据通过PLC系统进行采集,并通过主干通讯网络———工业以太网传送到中央控制室监控计算机进行集中监控和管理,传输介质为光纤,通讯速率为100Mbps。同样,中央控制室监控计算机的控制命令也通过上述网络通道传送到PLC,实施对各单元的分散控制。(1)中央控制层(中央控制室)中控室管理层是系统的核心,完成对污水处理过程各部分的管理和控制,并实现厂级的办公自动化,提供系统人机交互界面,中控室配备有操作站(2台)、报表打印机、图形打印机、UPS电源和以太网交换机。两套监控操作站为冗余配备,其中一套为工程师站,另一套为操作员站。工程师站侧重组态功能,操作员站侧重监控功能,故障时互为备用。操作站主要完成对污水处理厂的管理、调度、集中操作、监视、系统功能组态、控制参数在线修改和设置、记录、报表生成及打印、故障报警及打印,对实时采集的数据进行处理,控制操作以及分析统计等功能,为实现全站的正常运行提供全面的监测、保护、信息及调控。UPS电源为中控室的供电安全提供保障,以太网交换机为系统扩展提供了网络接口。(2)控制层控制层是实现系统自动控制的关键,控制层的PLC通过程序控制整个污水处理厂的设备按照工艺要求自动运转,实现对现场设备运行状态以及参数(如压力、流量、温度、pH值等)的采集,并上传至管理层。对现场设备状态以及参数的采集有两种方式,一种是通过硬接线的方式采集距离IO站比较近的标准信号数据,另一种是通过串口Modbus通讯的方式采集智能仪表设备和其他成套设备的数据。硬接线与通讯相结合的方式考虑了布线的长度、采集数据的精度、设备控制的合理性等多种因素,既提高了控制系统的控制精度,又节约了成本。(3)设备层为提高生产的稳定性、安全性和实时性,并使系统控制方便,文安县污水处理厂采用了集中管理分散控制的策略。全厂建立了两个主站和两个远程从站。两个远程从站分别设在脱水机房和反应沉淀池内,脱水机房车间选用西门子公司的S7-200系列PLC,反应沉淀池选用AB厂家控制系统,主从站之间采用Modbus协议通讯,通讯距离为120m。通过通讯进行数据传输方式既减少了外部接线长度,又提高了数据传输的稳定性。两个主站采用和利时LK系列大型PLC,双机热备冗余配置,支持电源冗余、CPU冗余、以太网冗余、总线冗余。在两个主站设有触摸屏,可以实现在现场对主站和从站设备的控制。污水厂自动化控制系统的拓扑结构与功能配置如图所示1.2控制系统的控制文安县污水处理厂的控制系统采用控制室集中监控方式,中央集中监控系统安装于综合办公楼内,用于实现全站的集中控制和管理。监控管理计算机通过工业控制网络与PLC控制系统等现场级电控设备及仪表进行数据通讯。全厂的污水流量、pH、浊度、余氯、溶解氧等参数及设备的运行状况通过PLC进行数据处理,同时与上位操作站工控机进行数据交换,上位机监控画面上即可显示整个水厂各主要工艺工段的设备运行状态及水质状况。控制系统设计为就地手动控制、远程手动控制、远程自动控制三种控制方式。三种方式的级别由高到低依次为就地手动、远程手动、远程自动。2系统的编程污水处理采用A2/O工艺,工艺流程如图2所示。2.1辅助启停控制方案对两台粗格栅机、细格栅机采用设定时间周期自动控制和液位差自动控制两种方案,用户可以在上位监控上面自行选择。第一种方案根据设定时间周期来控制格栅机,每个周期格栅机会自动启动将格栅滤除的杂物排出。在上位监控机里面可以在线更改设备运行周期,这样可以减少人力去操作设备;第二种方案根据格栅机的前后液位差自动启停设备,首先在上位监控机上设定好液位差计的最大值参数,并设定好设备的运行时间参数,当现场仪表检测到的液位差值大于或者等于设定值时,格栅机自动启动。与细格栅相配合动作的还有螺旋压榨机,把细格栅清除的污物压挤打包。与粗格栅同步启动,但停止时间滞后于粗格栅1min,该控制方案目前是优先选择方案。对提升泵站设备的自动控制方案首先需要设定好自控参数:泵站3个启泵和停泵液位参数值,在提升泵投入自动开始时,首先比较3台泵的累积运行时间长短,在液位满足启动一台泵时,自动启动累积运行时间最短的一台提升泵;在液位满足第二个启泵液位时,启动累积运行时间较短的提升泵;在液位满足第三个启泵液位时,启动最后一台泵。在泵站的液位开始下降时,依次停泵的顺序与启泵刚好相反,首先停止累积运行时间最长的提升泵,最后停止累积运行时间最短的提升泵。2.2启/停逻辑控制厌氧池、缺氧池、曝气池内的设备主要为推流器、搅拌器、曝气机设备。对该阶段设备的控制,在PLC的程序中设置了自动和手动模式。在PLC的自控程序中,厌氧区和好氧区内的推流器设备采用周期性循环的启/停逻辑进行控制,以保证污水在厌氧和好氧处理阶段有机物能够充分地降解,无机物能更好地沉淀下来。根据曝气池内的溶解氧分析仪表检测的氧浓度,决定是否开启曝气机设备以及开启曝气机的数量。二沉池内的刮泥机采用自动周期性运行的逻辑进行控制。回流污泥泵的启停由曝气池内活性污泥含量来控制。对剩余污泥泵的控制采用周期性运行的控制方式,自动把二沉池内的污泥送往储泥池,同时与脱水机房处理污泥的速度联锁控制。2.3剩余污泥水泵启停脱水间加药池和剩余污泥池各设有一液位探头,当液位值低于设计标准时,脱水机停止。脱水机的控制主要以人工控制为主,操作人员在现场启停各个设备。剩余污泥泵站和贮泥池由程序实现自动控制:当贮泥池液位低于设定液位时,剩余污泥泵自动开启。当贮泥池液位高于设定液位时,剩余污泥泵自动停止运行,同时在中央控制室对液位超高限进行显示及报警。另外,当贮泥池水位计超过最低设定液位时,水泵亦由程序逻辑自动切断水泵控制信号,泵站停止工作。贮泥池安装超声波液位计,当液位低于设定液位值时,向脱水间PLC发出污泥泵停止运行信号。2.4做好厂运行过程的实时数据分析上位监控画面作为全厂运行状况显示系统,直观动态显示全厂工艺流程段的实时工况、各工艺参数的趋势画面,使操作人员及时掌握全厂运行情况。同时把上位机方面的运行报警记录画面和历史曲线保留下来,为后期的数据分析提供了依据。3在污水处理厂的应用水处理行业是和利时公司自动化产品推广的重点行业,有不同规模、不同处理工艺的成功案例上百个。和利时的LK系列PLC是一款中大型的PLC,具有适合污水处理厂的众多优势。和利时的上位组态软件HollyView,针对净水和污水处理行业开发了专用的水行业版,能够大幅提高现场系统调试程序的效率和系统稳定性。3.1基于lk的冗余解决方案由于文安县污水处理厂自动化控制系统对安全性的要求比较高,因此采用LK单机架冗余方案。每套PLC选用一个冗余的机架,两个支持冗余系统的LK210CPU,冗余背板有两个CPU插槽。两个CPU互为热备,当一个CPU出现故障,或与上位组态软件通讯故障时,系统切换到热备的CPU上,CPU切换的时间最短为50ms,保证控制系统不中断。除了CPU冗余,基于LK的冗余解决方案还包括了电源冗余、网络冗余以及总线冗余。控制系统为PLC系统提供了冗余的电源系统,一路由交流电源经直流开关电源后为PLC系统供电,一路由直流电源直接供电;控制系统支持网络冗余功能,每个CPU配置了双网卡,具有两个IP段地址,一个IP地址热备防止系统网络故障;同时,LK系统与IO模块的通讯标准配置为冗余的PROFIBUS-DP总线通讯,具体有两种冗余方式:一种配置LK231模块,其中一路正常运行另一路热备一种配置总线重复器模块,两路总线同时收发数据,LK232从输入两路中选择一路信号稳定的进行向上或向下发送,实现信号的稳定传输。基于LK的PLC控制系统,提供了从下到上的完善的冗余解决方案。3.2基于plc的通讯接口在污水处理厂自动化控制系统中,常用的通讯方式包括:与上位及各站之间通过Ethernet通讯;与现场控制仪表及第三方PLC通过串口Modbus、Profibus-DP和自由口通讯。LK系列PLC的CPU集成了1个Ethernet端口,能够支持ModbusTcp和OPC、2个串口,支持ModbusRTU和自由口协议以及一个冗余的Profibus-DP接口。而对于PLC控制系统通常配置的CANopen、DeviceNet、AS-i等端口没有集成到PLC,大大降低了PLC无效的系统消耗和内存消耗,提高了CPU的运行效率。如果需要以上的端口,还可以通过增加模块来实现通讯功能。在污水处理厂智能仪表与第三方PLC设备的分布比较分散,LK的通讯扩展接口可以通过在主站以及从站任意槽位增加通讯接口模块实现。和利时的上位组态软件HollyView具有LK的专有驱动,通讯和组态简单、方便易学。3.3组态画面设计不同污水处理厂在处理工艺相同的情况下,控制逻辑相似。基于这种特点,和利时针对不同规模、不同工艺的污水处理厂开发了专业的程序模板。在下位具有进水泵、粗格栅、细格栅、初沉池、鼓风机、污泥脱水、加氯、加药等程序模块,使编程成为积木式的工作。现场调试的工程师只需将控制条件及控制内容输入到各模块的输入端即可。和利时的水行业版组态软件集成了污水处理及净水所需的常用组态画面、设备符号、控制块,只需将常用设备控制块拖入到组态画面即可实现一个设备的组态,而不需每个工程都进行重新组态。常用的报警画面和趋势画面只需将定义的变量添加到报警变量和趋势变量即可完成对报警画面和趋势画面的组态。和利时专业的下位程序模板和上位的水行业版组态软件大大提高了现场程序调试的效率,使业主不必担心由于自动化控制系统的调试影响工程工期。3.4可扩展性的通讯污水处理厂工程中有很大一部分是由于扩容及建设时间较长需要系统改造的情况,对PLC以及上位组态软件的扩展能力有很高的要求。和利时所承接的污水处理厂项目中,考虑了系统的可扩展性:在下位,LKPLC可以通过OPC、Modbus与第三方厂家的上位组态软件实现通讯,向下可以通过ModbusTcp、ModbusRTU、Profibus-DP等常用的标准通讯协议与第三方PLC和智能设备进行通讯。LKPLC具有强大