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1、污水处理厂的自动化控制系统污水处理厂的自动化控制系统09（2） 康青彩康青彩 09233118摘 要：为提高污水处理厂的信息化程度，提高设备管理和运营管理，开发了一套基于 IT 信息系统集成控制技术的系统，并运行在实际工程中。本文主要介绍了污水处理当前背景，污水处理厂自控系统的组成、功能及操控，并介绍了在系统实施中遇到的若干问题及其解决措施。通过污水处理厂自控系统的运行，节约了污水处理成本，提高污水处理效率。关键字：污水处理 系统结构 设备管理 故障诊断 污水处理控制系统 前言前言 随着我国的经济快速发展与工业化程度增加，对于水资源的污染也在加剧， 尤其是城市污水与工业污水的排放量增加致使水质
2、污染日趋严重。国家对于水 资源的保护日益重视，加大了对城市污水与工业污水的治理力度，对于达到各 种污水处理工艺过程的最佳效果、处理设备的正常运行、准确监测污水处理的 水质、水量等都提出了更高的要求，这就对污水处理中的自动化仪表的设计与 应用提出了新的要求。 1 污水处理方法污水处理方法及工艺流程及工艺流程 污水处理的任务是采用各种技术措施将水中所含有的各种形态的污染物分离出来或将 其分解、转化为无害和稳定的物质，使废水得到净化。现代污水处理技术，按其作用原理 和去除的对象可分为物理法、化学法和生物法。 污水处理工艺可分为三类，即物理处理、生物处理、化学处理。物理处理主要是除去 废水中悬浮固体和
3、漂浮物质，同时通过中和或均衡等预处理对废水进行调节，主要采用格 栅机、筛网等设备构件。物理处理后，一般废水中主要水质指标 BOD（生化需氧量）去除 30%左右，达不到排放标准，生物处理主要去除废水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质， 主要采用好氧生化法（活性污泥、生物膜法）和厌氧生化法。生物处理后，废水中 BOD 去除率可达 90%，处理水标排放 污水处理的生产工艺比较复杂，一个大、中型污水处理中包括多个处理单元，如格栅、 泵房、尘沙池、曝气以及回流污泥泵房等，各单元之间存在着密切的系，必须使它们相互 协调运行才能保证良好的处理水质。 2 国内外各种污水处理技术的使用状况国内外各种污水处理技术的
4、使用状况 现代污水处理厂采用计算机控制日益普遍，欧美国家一些城市污水处理厂已经用计算 机进行数据记录和运行过程控制，甚至实现全自动化无人值守控制模式。国内污水处理厂 虽还较落后，但有些城市污水处理厂全部或局部计算机控制，取得了一定的经验。目前， 国内污水处理厂的控制水平基本分为三个大的档次。3 系统机构及组成系统机构及组成污水处理厂自控系统采用分层分布式结构网络控制方式。该控制系统共分为主控级和现地控制层。实现相应控制层设备的监视、操作、控制和网络通讯连接。3.1 主控室主控室拟设于综合楼内。中央控制室的监控管理操作站系统完成全厂的自动控制。包括两套互为热备的监控工作站、印机、UPS电源。中央
5、控制系统通过工业以太网，采用光缆与各现场控制PLC站连接。这两套工作站为热冗余配备，可以分别侧重监测或组态功能，故障时互为备用，具有灵活的运行方式。为观显示全厂工艺过程全貌，方便管理，在中控制室设立了电动投影屏幕和投影仪，显示全厂工艺流程图和主要参数及设备运行状态。通过大容量的UPS 为中央控制室的所有设备提供了高质量的电源。3.2 地控站地控站每个分控站配置一套PLC控制柜。柜内包括可编程序控制器、操作员界面HMI、24VDC电源装置、冗余光纤交换机、电源防雷过电压保护装置、小型断路器、接线端子、小型继电器，安装连接缆线和附件等。根据污水厂工艺特点，构筑物的布置和现场控制的分布情况，设置四个
6、 PLC 现场子站，PLC 现场子站选用可编程序控制器（PLC） ，PLC 为模块化结构，硬件配置较灵活，易于扩展，软件编程方便。并且 PLC 子站与相应的 MCC 置于同一地点，节省其间电缆。当中控室监控工作站故障退出运行或通道故障使分控站控制单元和主控级监控工作站通讯中断时，各现地控制单元能独立运行，进行控制和监视，提高运行可靠性。3.3 软件组成软件组成整个污水处理厂的控制系统由三套三菱 Q 系列 PLC、一套西门子 S7-300 PLC、两套 WebAccess6.0 软件、一套设备管理软件、一套故障诊断软件，一台工程节点计算机、两台监控节点计算机、一台辅助计算机、一台视频服务器、手机
7、短信系统、UPS 电源、打印机等组成4 控制系统特点控制系统特点4.1 由于控制设备的分布特点及控制的独立性，采用现地元件层实现自动化仪表的数据采集，采用现地控制单元实现了相对独立设备的本体控制；从而大大减轻了操作员工作站监控操作站的负荷，有利于各级控制设备监控功能的合理分配和利用；4.2 由于各现地控制单元相对独立，并且能够脱网独立运行，特别是在集控层总线网络瘫痪时，能够保证现地单元可靠地运行，大大提高了控制系统的可靠性；4.3 采用分层分布式控制方式，使得总线网络的通讯负荷减少、通讯误码率大大降低，解决了数据通讯的瓶径问题，同时使网络结构更清晰、检修维护更方便；采用分层分布式控制方式，该控
8、制系统具有更好的扩展性，若需对系统扩展，只要将 接入相应的网络层中即可，不会影响到集控层网络的运行和操作。 5 系统控制方式系统控制方式现场手动模式：设备的现场控制箱或MCC 控制柜上的“就地/远程”开关选择“就地”方式时，通过现场控制箱或MCC 控制柜上的按钮实现对设备的启/停、开/关操作。遥控模式：即远程手动控制方式。现场控制箱或MCC 控制柜上的“就地/远程” 开关选择“远程”方式时，操作人员通过操作面板或中控系统操作站的监控画面用鼠标器或键盘选择“遥控”方式并对设备进行启/停、开/关操作。自动模式：现场控制箱或MCC 控制柜上的“就地/远程”开关选择“远程”方式，且现场控制站的“自动/
9、遥控”设定为“自动”方式时，设备的运行完全由各PLC 根据污水处理厂的工况及生产要求来完成对设备的运行或开/关控制，而不需要人工干预。控制方式设计为：就地手动控制优先，在此基础上，设置远程遥控和自动控制。控制级别由高到低为：现场手动控制、遥控控制、自动控制。6 数据采集与处理数据采集与处理6.1 数据采集数据采集实时采集各个终端站传送的各类数据和信号，通过在彩色监视器(TFT)显示总工艺流程图，分段工艺流程图，供电系统图，工艺参数，电气参数，电气设备运行状态等。 操作站以“人机“对话方式指导操作，自动状态下，可用键盘或鼠标器设 定工艺参数、控制电气设备系统具有报警记录，操作记录，运行数据记录，
10、历史趋势记录，设备维护记录，设备维修记录，备品备件的入出库记录等。工厂可以根据自己需要，通过自定义报表工具，简单灵活的实现上述各种数据的报表。6.2 数据处理数据处理对来自各现地控制单元的实时数据和相关设备状态信息进行数据校验检测；实现系统的故障检测和诊断功能，如总线网络中途断线、站的失电、站地址的冲突、模块配置不对应等常见故障；汇总各现地控制单元的所有上送数据和状态信息。数据查询功能：对系统中存储的相关设备数据能够按照时间、时段、设备、报警等各种方式进行查询；数据检测功能：对现地控制单元上送数据进行实时性、可靠性等验证，保证数据的正确性；根据采集的实时数据生成相应的各类生产报表、形成历史数据
11、记录、趋势曲线记录等；完成语音报警等功能；7 系统的故障诊断系统的故障诊断控制系统有一套完整的自诊断功能，可以在运行中自动地诊断出系统的任何一个部件是否出现故障，并且在监控软件中及时、准确地反映出故障状态、故障时间、故障地点、及相关信息。在系统发生故障后，I/O 的状态应返回到系统根据工艺要求预设置的状态上。7.1 故障诊断功能故障诊断功能可根据故障发生时各个相关变量的数值，给出各种原因的概率，帮助维护人员进行判断。并可提供各种原因的处理方法，提高故障的处理速度。积累故障处理的经验。7.2 网络诊断功能网络诊断功能实时诊断控制系统中设备的工作状态，除系统内的 MELSECNET 网络的两个从站
12、、一个主站的设备之外。连接在 Profibus-DP 网络上的 6 台变频器、紫外消毒系统，工作是否正常也完全可以诊断出来。7.3 故障短信功能故障短信功能当设备出现故障时，马上将故障信息发送给相关人员，能够提高反应速度，缩短问题处理时间。并且不必需要监控人员 24 小时守在监控电脑旁，降低劳动强度，减少人员编制。8 设备维护设备维护 设备保养：设备保养可分为定时保养和定期保养。主要包括：保养信息登陆，保养履历查看，设备类型保养项目添加，保养消耗备品备件设定，保养提示，保养报表生成等功能。维修更新：主要包括设备维修信息登陆，维修履历查看，设备类型故障现象、原因、对策添加，维修更新消耗备品备件设
13、定，设备维修状态监视等功能。库存管理：主要完成预备品消耗品的添加，出入库登记，件消耗履历，采购提示等功能。 履历：对在线状态的设备运行状况进行图表表示。以折线图的形式表示设备的开关运行状态。 工作计划提示：系统能够完成节假日设定，在进行设备维护设定时进行提示，避免在节假日进行维护，并可以根据维护设定，生成每个用户的工作日程，方便领导和维护人员自己进行工作安排。系统监视：系统监视是本系统的主页面，对整个系统的设备状态进行集计统计。状态分为运行、维修更新、定期保养。页面一分钟更新一次，进行实时的监控。 自定义报表功能：系统支持自定义报表工具制作的各种报表。 9 结束语结束语运用好自动化技术，能够大
14、大提高生产效率，降低维护运行人员的数量，保证设备的良好运行，降低紧急情况的处理时间，提高了整个污水厂的管理水平，实现了巨大的经济效益和社会效益。1.部扬善.城市污水处理发展近况和问题J.给水排水.1995(2) 2.方大千.变频器、软起动器及 PLC 适用技术问答M.北京：人民邮电出版社.2007 年 3.唐受印.废水处理工程M.北京:化学工业出版社.1999 年 4.钱孟康.欧美城市给水处理技术考察和维护管理J.给水排水.2001(4):第 27 卷 5.王洪臣.城市污水处理厂运行控制和维护管理M.北京:科学出版社.1997 年 6.范逸明.简明电工手册M.北京:国防工业出版社.2006（3
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