基于PLC的DCS控制系統(tǒng)在污水處理廠中的應(yīng)用
隨著國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展琅功,各級政府對環(huán)境保護(hù)更加關(guān)注深怕,各地陸續(xù)新建了一大批污水處理廠。這些新建的污水處理廠根據(jù)自身特點饲窿,對控制系統(tǒng)的性能和價格提出了新的要求煌寇。
重慶市奉節(jié)污水處理廠采用CASS工藝對生活污水進(jìn)行處理,日處理量為3萬噸逾雄。其DCS系統(tǒng)以高性價比的PLC為控制單元阀溶,采用商用計算機(jī)為監(jiān)控站。整個系統(tǒng)在實現(xiàn)生產(chǎn)自動化的情況下鸦泳,有效降低了系統(tǒng)成本银锻,從2004年投產(chǎn)至今運(yùn)行情況良好。
1 生產(chǎn)工藝簡介
污水處理是一種連續(xù)的生化反應(yīng)過程做鹰,有氧化溝工藝击纬、AO、SBR钾麸、CASS等眾多不同的處理工藝更振。奉節(jié)污水處理廠所采用的污水處理工藝為新型改良CASS(Cyclic Activated Sludge System,循環(huán)式活性污泥法)工藝饭尝,屬于改進(jìn)型SBR工藝的一種肯腕,由格柵井、CASS池坏表、鼓風(fēng)機(jī)房缆月、加藥間、儲泥池幢堕、脫水機(jī)房践涧、接觸消毒池組成。該工藝具有以下特點:
(1)可升降的潷水器最大限度降低了排水水流對底部沉淀污泥擾動弹梁。
±姥恪(2)抗沖擊力強(qiáng),對難降解有機(jī)物的去除效率高动院,同時具有脫氮除磷功能胜通。
(3)工藝流程短芽堪,占地面積小宅溃,建設(shè)費用低,運(yùn)轉(zhuǎn)費用省苍煎。
∩醺骸(4)管理簡單,運(yùn)行可靠审残,出水水質(zhì)好梭域,無異味。
〗两巍(5)污泥產(chǎn)量低病涨,污泥性質(zhì)穩(wěn)定,不發(fā)生污泥膨脹璧坟。
2 DCS控制系統(tǒng)選型及硬件配置
2.1 DCS系統(tǒng)的選型
重慶市奉節(jié)口前污水處理廠為三峽庫區(qū)國債項目建設(shè)的第一批污水處理廠既穆,根據(jù)實際的工藝要求及建設(shè)特點,該項目對控制系統(tǒng)提出了如下要求:
∪妇椤(1)受控設(shè)備控制點數(shù)在800點內(nèi)幻工。控制工藝較為復(fù)雜黎茎,但是我們所需要的算法并不復(fù)雜囊颅,基本以時間控制和位式控制為主。
」と(2)控制系統(tǒng)須成熟可靠狞吏,便于調(diào)試和維護(hù)曲苛。
∩崮取(3)考慮到會有第三方產(chǎn)品,網(wǎng)絡(luò)通訊及其協(xié)議須具備開放性和標(biāo)準(zhǔn)性岖习。
〗髅簟(4)測量設(shè)備和受控設(shè)備均為傳統(tǒng)設(shè)備,基本不帶現(xiàn)場總線通訊能力创撼,所以輸入考皂、輸出控制還是以傳統(tǒng)的I/O點為基礎(chǔ)。
÷小(5)作為國債投資項目遗酷,盡可能在滿足要求的前提下降低造價住龙。
經(jīng)過比較,該廠的自動化控制系統(tǒng)采用以PLC為基礎(chǔ)的DCS控制系統(tǒng)笛驴,該系統(tǒng)在滿足生產(chǎn)要求的基礎(chǔ)上其性能和價格上取得了很好的平衡监征。
2.2 基于PLC的DCS系統(tǒng)
傳統(tǒng)DCS是針對流程工業(yè)的儀表控制系統(tǒng)發(fā)展起來的,主要功能是實現(xiàn)連續(xù)物理量的監(jiān)視與調(diào)節(jié)饵逐。PLC是針對傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)而發(fā)展起來的括眠,主要功能是實現(xiàn)開關(guān)量的邏輯控制。
一般來說倍权,PLC是一種局部的控制器掷豺,但隨著應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大以及工業(yè)以太網(wǎng)的出現(xiàn),多臺PLC能夠互連起來而形成的較大控制系統(tǒng)薄声。與單個的PLC相比有幾點重大的改變:
〉贝(1)在網(wǎng)絡(luò)上掛接了在線的通用計算機(jī),其作用一是實現(xiàn)系統(tǒng)組態(tài)默辨、編程和下裝生年,二是在線監(jiān)視被控過程的狀態(tài)。這樣廓奕,一個具有現(xiàn)場控制層和協(xié)調(diào)控制層的DCS雛形就出現(xiàn)了抱婉。
(2)在PLC中增加了模擬量I/O接口和數(shù)值計算功能桌粉,這樣蒸绩,PLC就不僅可以完成邏輯控制,也可以完成模擬量監(jiān)測及控制和混合控制的功能铃肯。
《浪荨(3)越來越多的PLC廠家把專用的網(wǎng)絡(luò)改成為通用的網(wǎng)絡(luò),這樣就使PLC有條件和其它各種計算機(jī)系統(tǒng)和設(shè)備實現(xiàn)集成宦逃,以組成大型的控制系統(tǒng)葬爽。
上述幾點改變使得PLC組成的系統(tǒng)具備了DCS的形態(tài)。由于PLC產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入市場多年柄哀,其I/O接口嘱董、編程方法、網(wǎng)絡(luò)通信都趨于標(biāo)準(zhǔn)化和適應(yīng)開放系統(tǒng)的要求把丹,同時通過擴(kuò)展能夠增加現(xiàn)場總線通訊功能图兑。加上PLC在價格上的優(yōu)勢,使得PLC在分布式控制系統(tǒng)領(lǐng)域有著很重要的地位躯法,在很多應(yīng)用領(lǐng)域具有相當(dāng)大的競爭優(yōu)勢蔫卦。
2.3 奉節(jié)污水處理廠DCS系統(tǒng)配置及構(gòu)成
DCS控制系統(tǒng)以工業(yè)以太網(wǎng)這種開放式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),由三個下位控制站PLC0、PLC1桨座、PLC2站读黑,1個上位工程師站、1個上位操作員站組成破讨。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示旨巷。
PLC0控制站安裝在中央管理中心的大屏幕馬塞克模擬顯示屏內(nèi),通過以太網(wǎng)采集各設(shè)備的狀態(tài)信號并用RS232的通訊方式與馬賽克屏通訊添忘,將生產(chǎn)的整個流程以及設(shè)備狀態(tài)顯示出來采呐。
PLC1安裝在變配電所,負(fù)責(zé)控制格柵井搁骑、污水提升泵斧吐、沉砂池、1號CASS池仲器、2號CASS池煤率、3號CASS池、鼓風(fēng)機(jī)房乏冀、儲泥池及流量井流量檢測蝶糯、接觸消毒池的部分檢測控制、配電室的部分電力參數(shù)監(jiān)測辆沦。
PLC2安裝于加藥間昼捍。用于控制加藥間的電磁閥、攪拌器丛滋、隔膜泵在內(nèi)的全套加藥設(shè)備央匀。
中央管理中心的兩臺監(jiān)控計算機(jī)采用DELL公司的OptiPlex系列臺式機(jī)。OptiPlex系列臺式機(jī)定位于初級服務(wù)器應(yīng)用技窝,在高性能的前提下其專門設(shè)計的鋼絲屏蔽層結(jié)構(gòu)以及散熱系統(tǒng)保證了系統(tǒng)的高可靠性和穩(wěn)定性试著。所采用的監(jiān)控軟件是基于微軟的Windows 2000平臺的,商用機(jī)對操作系統(tǒng)的兼容性比工控機(jī)略好叙冕。
該廠整個控制的系統(tǒng)信息交換層和控制層兩層合一橱柒。采用先進(jìn)的工業(yè)以太網(wǎng),具有高速可靠的特點鹉某。工業(yè)以太網(wǎng)是以傳統(tǒng)以太網(wǎng)為基礎(chǔ)主靡,針對工業(yè)控制的要求,改良后的一種信息及控制網(wǎng)仲峡,具有一網(wǎng)到底和降低網(wǎng)絡(luò)造價的特點聂袱。
3 自控系統(tǒng)功能
3.1 監(jiān)控軟件
監(jiān)控軟件采用開物2000軟件,開物2000為北京華富慧通開發(fā)的一款通用監(jiān)控軟件酵逾,該軟件對OPC通訊方式支持較好。OPC(OLE for ProcessContro1)是基于COM(Component Object Mode1)和DCOM(Distributed Component Object Mode1)技術(shù)的面向?qū)ο筌浖f(xié)議。OPC為現(xiàn)場設(shè)備尝盼、自動控制應(yīng)用軟件和企業(yè)管理應(yīng)用軟件之間提供了開放吞滞、一致的接口規(guī)范,為來自不同供應(yīng)商的軟盾沫、硬件提供“即插即用”的連接裁赠。
本系統(tǒng)的監(jiān)控軟件和DCS硬件之間的通訊協(xié)議采用OPC方式,ROCKWELL的RSLINX軟件為OPC SEVER端而監(jiān)控軟件作為OPC CLIENT讀取數(shù)據(jù)赴精,采用該方式通訊避免了監(jiān)控軟件對DCS系統(tǒng)驅(qū)動程序支持不完善的情況發(fā)生佩捞。
3.2 控制方式X
為便于操作調(diào)試和事故的緊急處理,系統(tǒng)控制方式分為三種:
±儆础(1)就地手動方式一忱。即通過就地控制箱或MCC上的按扭、開關(guān)操縱設(shè)備谭确。
×庇(2)遙控方式。通過中央管理中心的兩臺計算機(jī)在手動模式下控制設(shè)備逐哈。
》移(3)自動方式。系統(tǒng)根據(jù)工況自動完成設(shè)備的啟停蒙玩、調(diào)節(jié)控制瘤贷。
遙控和就地控制方式的切換由MCC柜或就地控制箱完成;自動方式和遙控方式的切換由兩臺監(jiān)控計算機(jī)完成绅刨。
3.3 監(jiān)控功能
兩臺計算機(jī)分別作為操作站和工程師站相互備用灼鞋,設(shè)置于中央管理中心,對全廠工藝設(shè)備運(yùn)行狀況凡盔、運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行集中監(jiān)控孙悦,遙控現(xiàn)場設(shè)備。監(jiān)控計算機(jī)通過集成的1000M網(wǎng)卡與PLC系統(tǒng)經(jīng)工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換幅瑞。
主要功能:
“坦(1)工藝流程監(jiān)控功能。系統(tǒng)能按工藝要求對污水處理的各環(huán)節(jié)參數(shù)及設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視蒙便,同時根據(jù)工藝要求選擇自動狮屏、順序、定時等控制方式仓陆。
∠规摇(2)報警及報警記錄功能。當(dāng)設(shè)備發(fā)生事故時厚柳,系統(tǒng)將在計算機(jī)氧枣、馬賽克大屏幕沐兵、就地控制箱上進(jìn)行報警指示。同時計算機(jī)將對所發(fā)生的報警內(nèi)容便监、時間及確認(rèn)時間進(jìn)行記錄扎谎。在計算機(jī)上還可進(jìn)行語音報警。
∩斩(3)聯(lián)鎖保護(hù)功能毁靶。當(dāng)系統(tǒng)檢測到局部故障后啟動相應(yīng)的聯(lián)鎖保護(hù)程序。
⊙芬啤(4)參數(shù)設(shè)定功能预吆。可在中央管理中心的任何一臺監(jiān)控計算機(jī)或現(xiàn)場控制站的人機(jī)界面上進(jìn)行報警上下限胳泉、調(diào)節(jié)參數(shù)拐叉、運(yùn)行時間等參數(shù)的設(shè)定。
〗罕场(5)數(shù)據(jù)記錄存儲功能扳辆。系統(tǒng)可對重要數(shù)據(jù)如工藝參數(shù)、工況爹蒋、設(shè)備運(yùn)行時間等進(jìn)行記錄儲存雷镀,以備調(diào)用。
∽穹恰(6)操作記錄功能兆剃。系統(tǒng)自動保存重要操作記錄,如改動參數(shù)华媳,操作設(shè)備的操作員代號被核、時間、內(nèi)容等娇紊。
〔帷(7)實時數(shù)據(jù)曲線和歷史數(shù)據(jù)曲線。對重要工藝參數(shù)可以進(jìn)行實時曲線顯示触茎,并記錄歷史數(shù)據(jù)曲線凹尺。
(8)多級口令保護(hù)功能希俩。在中央管理中心的任何一臺監(jiān)控計算機(jī)上可設(shè)定不同操作權(quán)限吊宋,只有相應(yīng)操作權(quán)限的操作員,在輸入正確的口令后才可訪問該級畫面颜武。
×选(9)打印功能×凵希可進(jìn)行報表打印这吻、曲線打印吊档、圖形打印。
4 工程效果
該工程于2003年5月份開始實施橘原,2004年4月份設(shè)備移交廠方運(yùn)行籍铁,其DCS系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠無損壞情況涡上。系統(tǒng)投入使用后趾断,操作人員在中央管理中心就能夠全面了解整個工廠的運(yùn)行情,DCS系統(tǒng)對泵及潷水器等主要設(shè)備能夠根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的參數(shù)進(jìn)行自動控制吩愧。整個系統(tǒng)只需中央管理中心操作人員就能夠保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行芋酌,大大降低了值班員的勞動強(qiáng)度。該系統(tǒng)的投運(yùn)解決了以往污水處理廠自動化程度低慎瓮,所有設(shè)備均需手動操作菜臣,值班人員勞動強(qiáng)度大、操作易出錯捧法,出水水質(zhì)不穩(wěn)定萄天、生產(chǎn)過程無法集中監(jiān)控的問題。該廠作為三峽庫區(qū)第一批興建的污水處理廠裹五,對三峽庫區(qū)水質(zhì)的保護(hù)起到了積極的作用卦须。各級政府領(lǐng)導(dǎo)多次對該廠進(jìn)行視察和工作指導(dǎo),對該廠的生產(chǎn)以及工藝水平給予了良好的評價捅县,取得了很好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益摊壳。
5 結(jié)語
PLC作為成熟的控制器其編程語言及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有統(tǒng)一性,便于控制系統(tǒng)的調(diào)試及維護(hù)猪晰。雖然PLC控制算法相對單一粒颂,但是卻很好的滿足了污水生產(chǎn)工藝的要求,在避免功能浪費的同時降低了系統(tǒng)造價状寨。采用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)仑萧,保證了通訊網(wǎng)絡(luò)良好的兼容性和穩(wěn)定性,同時實現(xiàn)了通訊的高速化枷遂。以PLC為基礎(chǔ)采用工業(yè)以太網(wǎng)搭建的DCS控制系統(tǒng)樱衷,在污水處理廠的自動化控制中具有成熟可靠,既滿足生產(chǎn)工藝要求登淘,同時也降低了工程造價箫老,具有很好的應(yīng)用前景。
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