關於探討城市污水處理的論文

摘要:透過對LIER-POOLK工藝深入研究,針對其自動化程度要求高的特點,在自控系統總體方案設計中根據污水處理工藝流程,綜合運用自動化技術計算機技術網絡技術數據庫技術管控一體的設計思路,開發“基於LIER-POOLK工藝的城市污水處理自控系統”

關鍵詞:城市污水處理;自控系統;方案

1城市污水處理自控系統總體方案概述

(1)在污水處理過程中要求整個系統必須安全可靠執行,在工藝設備儀表電氣自控系統計算機和網絡系統電視監控系統的選型和系統設計軟件設計等方面,系統的可靠性是設計考慮的第一原則,作爲控制系統核心設備的PLC,選用德國西門子公司的S7-300系列產品及其相應的開發軟件

(2)污水處理處理廠的自控系統採用PC+PLC分級分佈式控制形式,以集中監測爲主,分散控制爲輔,在中控室執行監控計算機上可對全廠的各工序進行實時監控,生產的工藝過程自動控制採用就地單獨控制的原則進行,並在污水處理過程關鍵工序配置西門子MP270B觸摸面板(人機介面HMI)作爲現場工程師操作站

(3)爲保證污水處理廠的安全執行,自控系統設立三級控制層:就地手動控制現場控制和遠程監控就地手動控制是指透過設備本地控制箱手動控制設備的開啓或關閉;現場控制是指由現場各分控站PLC執行自己的控制程序,完成控制功能;遠程監控是指由中控室透過工業以太網高速冗餘光纖環網對全廠的生產過程進行控制監測和記錄,對工藝現場設備對象實現狀態遷移管理三級控制層的關係如下:中控室上位機可透過各現場的PLC子站直接控制有關設備和主要設備,如果中控室或網絡發生故障,不會影響各PLC分站的控制功能,如果PLC網絡中某個PLC子站發生故障,操作員可透過就地控制箱對設備進行控制

(4)設備發生異常故障或報警時,系統可自動切除相關故障設備或切換到現場手動操作方式,同時記錄事故內容,並對相關參數進行事故追憶

(5)上位計算機綜合應用程序開發選用德國西門子公司的WINCC5.1組態軟件,以監控工藝執行的圖形介面控制網絡執行參數和指令的通信執行和歸檔數據庫開發爲重點

(6)一體化生物反應器控制系統的設計根據生產工藝的具體要求,監控一體化生物反應器各個工藝設備的執行,實現處理過程的時間及空間控制,形成好氧厭氧或缺氧條件,以完成具體工藝處理目標

(7)爲了對生產現場和重要設備實施遠程監視,在鼓風機房一體化生物反應器污泥脫水機房廠區環境等重要部位安裝攝像機,構成遠程電視監視系統,在中控室可全廠重要設備進行全天24小時監視

2城市污水處理自控系統的總體結構

本工程項目二期工程中控室和各工段的地理位置分佈示意圖如圖1所示中控室的'建築物使用一期工程己建設好的設施,與一期工程的中央監控設備共用一個監控大廳

工業以太網是基於IEEE802.3(Interment)的強大的區域和單元網絡作爲西門子T.I.A(全集成自動化構架)重要組成部分,SIMATICNET基於經過現場應用驗證的技術,用於嚴酷的工業環境,包括有高強度電磁千擾的區域

3SIMATICNET工業以太網絡組件

典型的工業以太網絡環境,有以下三類網絡器件:

(1)網絡部件

包括:連接部件FC快速連接插座ELS(工業以太網電氣交換機)ESM(工業以太網電氣交換機)SM(工業以太網光纖交換柳MCTPll(工業以太網光纖電氣轉換模組)

(2)通信介質:普通雙絞線,工業屏蔽雙絞線和光纖

SIMATICPLC控制器上的工業以太網通訊外理器用於將SIMATICPLC連接到工業以太網

(3)PG/PC上的工業以太網通訊外理器,用於將PG/PC連接到工業以太網

利用工業以太網,SIMATICNET提供了一個無縫集成到全業務功能(管控一體化及綜合資訊處理)的途徑

4工藝過程控制PLC控制站組成

(1)組成

S7-300系列產品是模組化中小型PLC系統,能滿足中等性能要求的應用大範圍的各種功能模組可以非常好地滿足和適應自動控制任務,由於簡單實用的分散式結構和多介面網絡能力,使得應用十分靈活,方便用戶和簡易的無風扇設計,當控制任務增加時,可自由擴展,由於大範圍的集成功能使得它功能非常強勁

如果用戶的自控系統任務需要多於8個信號模組或通訊處理器模組時,則可以擴展s7-300機架((CPU314以上):(1)在4個機架上最多可安裝32個模組:最多3個擴展機架(ER)可以接到中央機架(CR)上,每個機架(CR/ER)可以插入8個模組(2)透過接口模組連接:a.每個機架上(CR/ER)都有它自己的接口模組它總是插在CPU旁邊的槽內,負責與其他擴展機架自動地進行通訊;b.透過IM365擴展,可擴展1個機架,最長1米,電源也是由此擴展提供C.透過IM360/361擴展,可擴展3個機架,中央機架(cR)擴展機架但擴展機架之間的距離最大爲10米(3)獨立安裝海個機架可以距離其他機架很遠進行安裝,兩個機架間(主機架與擴展機架,擴展機架與擴展機架)的距離最長爲10米(4)靈活佈置:機架(CR/ER)可以根據最佳佈局需要,水平或垂直安裝

(2)診斷

透過診斷可以確定模板所獲取的信號(如數字量模板)或模擬量處理(例如模擬量模板)是否正確在診斷評估中,可參數化的診斷資訊與不可參數化的診斷資訊有區別①可參數化的診斷資訊:透過相應的參數始能診斷資訊的發送;②不可參數化的診斷資訊:不管是否參數化均可發送診斷資訊

如果發送診斷資訊(如無編碼器電源),則模板執行一個診斷中斷此時CPU中斷執行用戶程序,或中斷執行低優先級的中斷,來處理相應的診斷中斷功能塊(OB82)

5PLC執行程序設計

PLC自動工序工藝執行程序有四大主要功能模組,即:時鐘模組執行參數更新綜合故障判定和自動工序模組

(1)變量設計

我們的變量設計儘量遵循節省的原則

建立時間計數變量Tcount

32個工序採用統一的時間計數,每個工序分配一個執行時間變量Tn(n=1,2,……32)PLC自動工序工藝執行程序根據執行時間變量來確定每個工序步驟執行的時間

爲27臺(套)工藝設備的每一臺(套)分配一個32位的執行狀態標誌,分別對應於32個工序步驟PLC自動工序工藝執行程序根據每一臺(套)工藝設備的執行狀態標誌和設備執行互鎖(故障和手動控制)確定該設備是否執行

爲27臺(套)工藝設備的每一臺(套)建立一個故障狀態標誌位(綜合故障)和控制狀態標誌位(手動/自動)

建立工藝執行參數二維表,包含32個工序的執行時間參數和27臺(套)工藝設備的執行狀態標誌參數

建立工藝執行參數變更標誌位,如果工藝執行參數發生改變並經過執行監控上位計算機上授權確認,程序將根據工藝執行參數二維表重新載入32個工序的執行時間變量和27臺(套)工藝設備執行狀態標誌

建立工藝執行當前狀態變量,包括當前工序步驟,當前工序執行剩餘時間

(2)自動工序程序設計

時鐘模組用一個計時器,對時間的增長自動計數,其值存放在變量Tcount中,供自動工序模組使用

如果工藝執行參數發生改變並經過執行監控上位計算機上授權確認,工藝執行參數變更標誌位設定爲1,程序將根據工藝執行參數二維表重新載入32個工序的執行時間變量和27臺(套)工藝設備執行狀態標誌,並將工藝執行參數變更標誌位復位爲0

綜合故障判定模組綜合工藝設備的各種故障(比如泄露短路斷路等)和報警(比如過熱過力矩等),確定設備是否可以正常投入工藝執行,設定故障狀態標誌位爲0/1

自動工序模組實時更新工藝執行當前狀態,包括當前工序步驟,當前工序執行剩餘時間當前工序執行剩餘時間爲0,就切換到下一個工序步驟,重新設定當前工序步驟和執行剩餘時間,並根據設備故障狀態標誌位(0/1)控制狀態標誌位(自動/手動)和執行狀態標誌(1/0),啓動或停止相應的工藝設備

6結果

LIER-POOLK法城市生活污水處理5000噸/日中試裝置全部建成並投入執行以來,具體出水效果(各項指標去除率)爲:BODS85-98%,CODCr85-95%.,SS80-90%,TN50-70%,TP80-97%,完全達到了GB8978-1996《污水綜合排放標準》中的一級標準;經濟指標爲:單位投資1000元/噸水佔地面積0.40平方腳噸水直接執行費用0.25元/噸水職工人數8人/萬噸水自工程正式投產執行以來的情況表明,自控系統執行可靠,自動化程度高,控制軟件設計先進,完全滿足工藝執行和日常管理的要求

參考文獻

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