新疆城市污水處理廠自動控制系統(tǒng)
一、前言
隨著城市發(fā)展以及人民生活水平的不斷提高，城市污水排放量也在逐年增加，這給城市環(huán)境造成了嚴(yán)重污染，基于此需求，各地都在積極建設(shè)污水處理廠，以實現(xiàn)城市可支持性發(fā)展、美化和治理城市環(huán)境。本文以一個污水處理廠為例，結(jié)合工藝流程，介紹污水處理廠實施自動化控制的解決方案。該污水處理廠采用水解－SBR（UNITANK）好氧處理工藝，一期工程進(jìn)口預(yù)處理段提升泵站配水井、變配電系統(tǒng)、集泥池濃縮池按二期12萬立方米/日的處理能力裝備。水解池、SBR池按6萬立方米/日的處理能力先上一組。鼓風(fēng)機(jī)、脫水機(jī)各先上兩臺。二期工程再上6萬立方米/日處理能力的一組水解池、SBR池及各兩臺鼓風(fēng)機(jī)、脫水機(jī)。
二、工藝及系統(tǒng)要求
整個系統(tǒng)分進(jìn)口預(yù)處理段提升泵站配水井、水解池和污泥處理、SBR反應(yīng)池和鼓風(fēng)機(jī)房、變配電系統(tǒng)及脫水機(jī)房、井房等四大部分組成。
需要自動化控制的共有5個站，包括泵房、水解池、變電所、SBR池、鼓風(fēng)機(jī)房。泵房負(fù)責(zé)控制進(jìn)泥閥、出泥閥、潛污泵進(jìn)水閘、除砂機(jī)、格柵井和行走式吸砂、砂水分離裝置。北水解池負(fù)責(zé)控制14個排泥閥。變電所負(fù)責(zé)監(jiān)測高、低壓系統(tǒng)的相關(guān)電壓、電流、有功和無功等模擬量信號，進(jìn)行效益核算。SBR池負(fù)責(zé)控制整個好氧工藝的流程。鼓風(fēng)機(jī)房負(fù)責(zé)控制鼓風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉開度并監(jiān)測鼓風(fēng)機(jī)的各個重要參數(shù)。同時在中控室，上位機(jī)軟件要實時反映各個工段的具體情況，包括設(shè)備的各種狀態(tài)、各種儀表的數(shù)據(jù)和工藝的設(shè)定參數(shù)等等，計算和查詢各種參量，例如溫度，液位，PH值，泥位值，多普勒流量計等，可以讓操作員進(jìn)行分析并能在上位控制現(xiàn)場的各個設(shè)備。
拓?fù)鋱D如下：
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三、自動控制系統(tǒng)的實施
考慮使整個系統(tǒng)更加靈活安全，將整個系統(tǒng)控制分三層：第一層現(xiàn)場手動，第二層上位機(jī)監(jiān)控軟件控制，第三層上位機(jī)脫網(wǎng)PLC自動運行，F(xiàn)場手動--便于設(shè)備的維護(hù)和調(diào)試，當(dāng)某個設(shè)備切換到現(xiàn)場手動模式下，該設(shè)備就不受和PLC的控制，只接受現(xiàn)場的操作命令；上位機(jī)監(jiān)控軟件手動控制--有利于調(diào)度室的操作，可以針對每個設(shè)備，讓它脫離PLC的自動運行狀態(tài)，由中控室的計算機(jī)直接對其進(jìn)行操作。PLC自動運行—對現(xiàn)場所有設(shè)備進(jìn)行自動控制，它負(fù)責(zé)整個污水處理工藝的控制，并且對故障，也會有響應(yīng)。即使PLC和上位機(jī)脫離了通訊，它也能自己安全的工作。
根據(jù)以上的需求，硬件我們選用西門子的S7-300系列PLC，變頻器和軟啟動器，軟件選用通用監(jiān)控軟件？紤]到有5個控制站和通訊的數(shù)據(jù)量大，而且各個站之間有一定的距離，最遠(yuǎn)的站到中控室有300米，所以采用了Profibus-DP和Profibus-FMS 相結(jié)合的現(xiàn)場總線,既可以保證數(shù)據(jù)的高速傳輸，也可以實現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)的完整性。采用變頻器與軟起動器組合運行拖動潛污泵電機(jī)，追蹤液位，保證液位恒定與設(shè)定值一致。
中控室由一臺PC機(jī)完成操作員站、工程師站的任務(wù)，平時以值班長、操作員操作為主，操作員應(yīng)在授權(quán)后才能進(jìn)入操作。工程師能打開相應(yīng)的功能設(shè)定界面，其他人不得進(jìn)入該層面。操作員站采用八屏多屏顯示，可任意調(diào)入各運行圖，并可自動翻屏，翻屏的時間可調(diào)（默認(rèn)為15分鐘）。在公司中心調(diào)度室設(shè)一個遠(yuǎn)程監(jiān)控站，利用市話線路采用撥號方式與污水廠中控室通訊，該站采用四屏多屏顯示，可實現(xiàn)撥號時間間隔設(shè)定、可任意調(diào)入各運行圖，并可自動翻屏，翻屏的時間可調(diào)。
用戶界面以平面圖形式為主，局部反映一些剖面，與相應(yīng)畫面有關(guān)的功能（手動自動、運行狀態(tài)設(shè)定、時間設(shè)定、參數(shù)設(shè)定、上下限、報警等）。報警信息、自動運行條件能否滿足的信息及解析方案可以即時彈出，并有語音提示。運行狀態(tài)表中反映主要設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)、機(jī)泵電流電壓、現(xiàn)場儀表的參數(shù)、累計值（電量、水量、泥量、氣量等）、綜合運行參數(shù)（單位提水電耗、單位供氣電耗、全廠處理單位水的電耗等）。界面主要包括：污水處理廠自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，污水處理廠工藝流程圖，污水處理廠廠區(qū)平面圖（動態(tài)），進(jìn)水預(yù)處理段、泵房運行平面圖（動態(tài)），水解池、污泥處理運行平面圖（動態(tài)），SBR池、鼓風(fēng)機(jī)運行平面圖（動態(tài)），脫水機(jī)房、井房運行平面圖（動態(tài)），高低壓配電平面圖（動態(tài)），污水處理廠運行狀態(tài)總表（動態(tài)），進(jìn)水預(yù)處理段、泵房運行狀態(tài)表（動態(tài)），水解池、污泥處理運行狀態(tài)表（動態(tài)），SBR池、鼓風(fēng)機(jī)運行狀態(tài)表（動態(tài)），變電所、脫水機(jī)房、井房運行狀態(tài)表（動態(tài)）。
四、總述
整個自控系統(tǒng)很好地實現(xiàn)了建廠之初的設(shè)想，已順利運行，穩(wěn)定性和方便性經(jīng)歷了考驗。已經(jīng)達(dá)到即使無人值班的情況下，也可正常運行。因為采用了國際標(biāo)準(zhǔn)Profibus總線和成熟的方案技術(shù)，使系統(tǒng)日后擴(kuò)充和維護(hù)方便得到保證。以上對整個系統(tǒng)做了介紹，希望能起到拋磚引玉的作用，給其他的污水處理項目提供一個選擇方案。
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