摘要:通過對LIER-POOLK工藝深入研究,針對其自動化程度要求高的特點(diǎn),在自控系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)中根據(jù)污水處理工藝流程,綜合運(yùn)用自動化技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)數(shù)據(jù)庫技術(shù)管控一體的設(shè)計(jì)思路,開發(fā)“基于LIER-POOLK工藝的城市污水處理自控系統(tǒng)”
關(guān)鍵詞:城市污水處理;自控系統(tǒng);方案
1城市污水處理自控系統(tǒng)總體方案概述
(1)在污水處理過程中要求整個系統(tǒng)必須安全可靠運(yùn)行,在工藝設(shè)備儀表電氣自控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)電視監(jiān)控系統(tǒng)的選型和系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)等方面,系統(tǒng)的可靠性是設(shè)計(jì)考慮的第一原則,作為控制系統(tǒng)核心設(shè)備的PLC,選用德國西門子公司的S7-300系列產(chǎn)品及其相應(yīng)的開發(fā)軟件
(2)污水處理處理廠的自控系統(tǒng)采用PC+PLC分級分布式控制形式,以集中監(jiān)測為主,分散控制為輔,在中控室運(yùn)行監(jiān)控計(jì)算機(jī)上可對全廠的各工序進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控,生產(chǎn)的工藝過程自動控制采用就地單獨(dú)控制的原則進(jìn)行,并在污水處理過程關(guān)鍵工序配置西門子MP270B觸摸面板(人機(jī)界面HMI)作為現(xiàn)場工程師操作站
(3)為保證污水處理廠的安全運(yùn)行,自控系統(tǒng)設(shè)立三級控制層:就地手動控制現(xiàn)場控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控就地手動控制是指通過設(shè)備本地控制箱手動控制設(shè)備的開啟或關(guān)閉;現(xiàn)場控制是指由現(xiàn)場各分控站PLC執(zhí)行自己的控制程序,完成控制功能;遠(yuǎn)程監(jiān)控是指由中控室通過工業(yè)以太網(wǎng)高速冗余光纖環(huán)網(wǎng)對全廠的生產(chǎn)過程進(jìn)行控制監(jiān)測和記錄,對工藝現(xiàn)場設(shè)備對象實(shí)現(xiàn)狀態(tài)遷移管理三級控制層的關(guān)系如下:中控室上位機(jī)可通過各現(xiàn)場的PLC子站直接控制有關(guān)設(shè)備和主要設(shè)備,如果中控室或網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障,不會影響各PLC分站的控制功能,如果PLC網(wǎng)絡(luò)中某個PLC子站發(fā)生故障,操作員可通過就地控制箱對設(shè)備進(jìn)行控制
(4)設(shè)備發(fā)生異常故障或報(bào)警時,系統(tǒng)可自動切除相關(guān)故障設(shè)備或切換到現(xiàn)場手動操作方式,同時記錄事故內(nèi)容,并對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行事故追憶
(5)上位計(jì)算機(jī)綜合應(yīng)用程序開發(fā)選用德國西門子公司的WINCC5.1組態(tài)軟件,以監(jiān)控工藝運(yùn)行的圖形界面控制網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行參數(shù)和指令的通信運(yùn)行和歸檔數(shù)據(jù)庫開發(fā)為重點(diǎn)
(6)一體化生物反應(yīng)器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)根據(jù)生產(chǎn)工藝的具體要求,監(jiān)控一體化生物反應(yīng)器各個工藝設(shè)備的運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)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(biāo)
(7)為了對生產(chǎn)現(xiàn)場和重要設(shè)備實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)視,在鼓風(fēng)機(jī)房一體化生物反應(yīng)器污泥脫水機(jī)房廠區(qū)環(huán)境等重要部位安裝攝像機(jī),構(gòu)成遠(yuǎn)程電視監(jiān)視系統(tǒng),在中控室可全廠重要設(shè)備進(jìn)行全天24小時監(jiān)視
2城市污水處理自控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
本工程項(xiàng)目二期工程中控室和各工段的`地理位置分布示意圖如圖1所示中控室的建筑物使用一期工程己建設(shè)好的設(shè)施,與一期工程的中央監(jiān)控設(shè)備共用一個監(jiān)控大廳
工業(yè)以太網(wǎng)是基于IEEE802.3(Interment)的強(qiáng)大的區(qū)域和單元網(wǎng)絡(luò)作為西門子T.I.A(全集成自動化構(gòu)架)重要組成部分,SIMATICNET基于經(jīng)過現(xiàn)場應(yīng)用驗(yàn)證的技術(shù),用于嚴(yán)酷的工業(yè)環(huán)境,包括有高強(qiáng)度電磁千擾的區(qū)域
3SIMATICNET工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)組件
典型的工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,有以下三類網(wǎng)絡(luò)器件:
(1)網(wǎng)絡(luò)部件
包括:連接部件FC快速連接插座ELS(工業(yè)以太網(wǎng)電氣交換機(jī))ESM(工業(yè)以太網(wǎng)電氣交換機(jī))SM(工業(yè)以太網(wǎng)光纖交換柳MCTPll(工業(yè)以太網(wǎng)光纖電氣轉(zhuǎn)換模塊)
(2)通信介質(zhì):普通雙絞線,工業(yè)屏蔽雙絞線和光纖
SIMATICPLC控制器上的工業(yè)以太網(wǎng)通訊外理器用于將SIMATICPLC連接到工業(yè)以太網(wǎng)
(3)PG/PC上的工業(yè)以太網(wǎng)通訊外理器,用于將PG/PC連接到工業(yè)以太網(wǎng)
利用工業(yè)以太網(wǎng),SIMATICNET提供了一個無縫集成到全業(yè)務(wù)功能(管控一體化及綜合信息處理)的途徑
4工藝過程控制PLC控制站組成
(1)組成
S7-300系列產(chǎn)品是模塊化中小型PLC系統(tǒng),能滿足中等性能要求的應(yīng)用大范圍的各種功能模塊可以非常好地滿足和適應(yīng)自動控制任務(wù),由于簡單實(shí)用的分散式結(jié)構(gòu)和多界面網(wǎng)絡(luò)能力,使得應(yīng)用十分靈活,方便用戶和簡易的無風(fēng)扇設(shè)計(jì),當(dāng)控制任務(wù)增加時,可自由擴(kuò)展,由于大范圍的集成功能使得它功能非常強(qiáng)勁
如果用戶的自控系統(tǒng)任務(wù)需要多于8個信號模塊或通訊處理器模塊時,則可以擴(kuò)展s7-300機(jī)架((CPU314以上):(1)在4個機(jī)架上最多可安裝32個模塊:最多3個擴(kuò)展機(jī)架(ER)可以接到中央機(jī)架(CR)上,每個機(jī)架(CR/ER)可以插入8個模塊(2)通過接口模塊連接:a.每個機(jī)架上(CR/ER)都有它自己的接口模塊它總是插在CPU旁邊的槽內(nèi),負(fù)責(zé)與其他擴(kuò)展機(jī)架自動地進(jìn)行通訊;b.通過IM365擴(kuò)展,可擴(kuò)展1個機(jī)架,最長1米,電源也是由此擴(kuò)展提供C.通過IM360/361擴(kuò)展,可擴(kuò)展3個機(jī)架,中央機(jī)架(cR)擴(kuò)展機(jī)架但擴(kuò)展機(jī)架之間的距離最大為10米(3)獨(dú)立安裝海個機(jī)架可以距離其他機(jī)架很遠(yuǎn)進(jìn)行安裝,兩個機(jī)架間(主機(jī)架與擴(kuò)展機(jī)架,擴(kuò)展機(jī)架與擴(kuò)展機(jī)架)的距離最長為10米(4)靈活布置:機(jī)架(CR/ER)可以根據(jù)最佳布局需要,水平或垂直安裝
(2)診斷
通過診斷可以確定模板所獲取的信號(如數(shù)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(shù)化的診斷信息與不可參數(shù)化的診斷信息有區(qū)別①可參數(shù)化的診斷信息:通過相應(yīng)的參數(shù)始能診斷信息的發(fā)送;②不可參數(shù)化的診斷信息:不管是否參數(shù)化均可發(fā)送診斷信息
如果發(fā)送診斷信息(如無編碼器電源),則模板執(zhí)行一個診斷中斷此時CPU中斷執(zhí)行用戶程序,或中斷執(zhí)行低優(yōu)先級的中斷,來處理相應(yīng)的診斷中斷功能塊(OB82)
5PLC運(yùn)行程序設(shè)計(jì)
PLC自動工序工藝運(yùn)行程序有四大主要功能模塊,即:時鐘模塊運(yùn)行參數(shù)更新綜合故障判定和自動工序模塊
(1)變量設(shè)計(jì)
我們的變量設(shè)計(jì)盡量遵循節(jié)省的原則
建立時間計(jì)數(shù)變量Tcount
32個工序采用統(tǒng)一的時間計(jì)數(shù),每個工序分配一個運(yùn)行時間變量Tn(n=1,2,……32)PLC自動工序工藝運(yùn)行程序根據(jù)運(yùn)行時間變量來確定每個工序步驟運(yùn)行的時間
為27臺(套)工藝設(shè)備的每一臺(套)分配一個32位的運(yùn)行狀態(tài)標(biāo)志,分別對應(yīng)于32個工序步驟PLC自動工序工藝運(yùn)行程序根據(jù)每一臺(套)工藝設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)標(biāo)志和設(shè)備運(yùn)行互鎖(故障和手動控制)確定該設(shè)備是否運(yùn)行
為27臺(套)工藝設(shè)備的每一臺(套)建立一個故障狀態(tài)標(biāo)志位(綜合故障)和控制狀態(tài)標(biāo)志位(手動/自動)
建立工藝運(yùn)行參數(shù)二維表,包含32個工序的運(yùn)行時間參數(shù)和27臺(套)工藝設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)標(biāo)志參數(shù)
建立工藝運(yùn)行參數(shù)變更標(biāo)志位,如果工藝運(yùn)行參數(shù)發(fā)生改變并經(jīng)過運(yùn)行監(jiān)控上位計(jì)算機(jī)上授權(quán)確認(rèn),程序?qū)⒏鶕?jù)工藝運(yùn)行參數(shù)二維表刷新32個工序的運(yùn)行時間變量和27臺(套)工藝設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)標(biāo)志
建立工藝運(yùn)行當(dāng)前狀態(tài)變量,包括當(dāng)前工序步驟,當(dāng)前工序運(yùn)行剩余時間
(2)自動工序程序設(shè)計(jì)
時鐘模塊用一個計(jì)時器,對時間的增長自動計(jì)數(shù),其值存放在變量Tcount中,供自動工序模塊使用
如果工藝運(yùn)行參數(shù)發(fā)生改變并經(jīng)過運(yùn)行監(jiān)控上位計(jì)算機(jī)上授權(quán)確認(rèn),工藝運(yùn)行參數(shù)變更標(biāo)志位設(shè)置為1,程序?qū)⒏鶕?jù)工藝運(yùn)行參數(shù)二維表刷新32個工序的運(yùn)行時間變量和27臺(套)工藝設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)標(biāo)志,并將工藝運(yùn)行參數(shù)變更標(biāo)志位復(fù)位為0
綜合故障判定模塊綜合工藝設(shè)備的各種故障(比如泄露短路斷路等)和報(bào)警(比如過熱過力矩等),確定設(shè)備是否可以正常投入工藝運(yùn)行,設(shè)置故障狀態(tài)標(biāo)志位為0/1
自動工序模塊實(shí)時更新工藝運(yùn)行當(dāng)前狀態(tài),包括當(dāng)前工序步驟,當(dāng)前工序運(yùn)行剩余時間當(dāng)前工序運(yùn)行剩余時間為0,就切換到下一個工序步驟,重新設(shè)置當(dāng)前工序步驟和運(yùn)行剩余時間,并根據(jù)設(shè)備故障狀態(tài)標(biāo)志位(0/1)控制狀態(tài)標(biāo)志位(自動/手動)和運(yùn)行狀態(tài)標(biāo)志(1/0),啟動或停止相應(yīng)的工藝設(shè)備
6結(jié)果
LIER-POOLK法城市生活污水處理5000噸/日中試裝置全部建成并投入運(yùn)行以來,具體出水效果(各項(xiàng)指標(biāo)去除率)為:BODS85-98%,CODCr85-95%.,SS80-90%,TN50-70%,TP80-97%,完全達(dá)到了GB8978-1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級標(biāo)準(zhǔn);經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為:單位投資1000元/噸水占地面積0.40平方腳噸水直接運(yùn)行費(fèi)用0.25元/噸水職工人數(shù)8人/萬噸水自工程正式投產(chǎn)運(yùn)行以來的情況表明,自控系統(tǒng)運(yùn)行可靠,自動化程度高,控制軟件設(shè)計(jì)先進(jìn),完全滿足工藝運(yùn)行和日常管理的要求
參考文獻(xiàn)
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