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工業(yè)以太網(wǎng)的SBR工藝污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用
時(shí)間:2007-11-27 14:49:00來源:liujie
(2)控制級(jí) 控制級(jí)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵,也是管理級(jí)與現(xiàn)場級(jí)之間的樞紐層。 其主要功能是接受管理層設(shè)置的參數(shù)或命令,對污水處理生產(chǎn)過程進(jìn)行控制,同時(shí)將現(xiàn)場狀態(tài)輸送到管理層?刂破魇钦麄(gè)系統(tǒng)的核心,所以在控制級(jí)中,主要采用三套Siemens公司S7_300(CPU315_2PN/DP)型PLC組成,采用光纖和交換機(jī)構(gòu)建成數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò), CPU315_2PN/DP配有集成的PROFINET接口,通過該接口連接I/O現(xiàn)場設(shè)備,STEP7包含有所需的驅(qū)動(dòng),也可以延伸到低端PROFIBUS上的設(shè)備,而無需重新連接編程器.現(xiàn)場設(shè)備也能夠使用額外集成的PROFIBUS接口進(jìn)行連接,而且,PROFINET接口可以用于單元級(jí)的通訊.PRIFINET CPU 能夠使用STEP7在工業(yè)以太網(wǎng)上通過編程器/PC進(jìn)行編程.
(3)現(xiàn)場級(jí) 現(xiàn)場級(jí)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的基礎(chǔ),F(xiàn)場級(jí)主要由一次儀表(如液位計(jì)、DO 傳感器等)、控制設(shè)備等組成。其功能主要是對系統(tǒng)設(shè)備的狀態(tài)、傳感器參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測,并把監(jiān)測到的數(shù)據(jù)上傳;接受控制級(jí)的指令對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。由于控制設(shè)備比較分散,在傳統(tǒng)的工廠內(nèi),輸入/輸出設(shè)備連接到一個(gè)集中的機(jī)架,在設(shè)備改變和系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí),導(dǎo)致接線工作量大,成本高,柔性度低。通過開放的、標(biāo)準(zhǔn)化的現(xiàn)場總線PROFIBUS系統(tǒng)來連接現(xiàn)場控制部件(一些控制設(shè)備可能是第三方廠商提供),是解決這些問題的最佳方案。分布式配置意味著可編程序控制 、I/O模塊和現(xiàn)場設(shè)備通過PROFIBUS_DP現(xiàn)場總線的信號(hào)電纜連接。將輸入/輸出模塊轉(zhuǎn)換成就地監(jiān)測器和執(zhí)行器,可就地轉(zhuǎn)換和處理過程信號(hào)。從而保證了控制級(jí)與現(xiàn)場級(jí)控制設(shè)備的獨(dú)立和兼容 ,同時(shí)解決了與第三方設(shè)備(撇水器、脫水機(jī)等)通訊問題,本系統(tǒng)的第三方設(shè)備均使用了SIEMENS公司性價(jià)比較高的S7_200小型PLC,通過其附加通訊模塊EM277可與PROFIBUS現(xiàn)場總線相連接,從而方便了運(yùn)行過程中的系統(tǒng)維護(hù)和修理。 污水處理過程中,需要實(shí)時(shí)地在線監(jiān)測各種水質(zhì)參數(shù)以保證準(zhǔn)確的工藝運(yùn)行參數(shù)和及時(shí)顯示處理結(jié)果。
在本系統(tǒng)中傳感器數(shù)量大、種類多,包括pH、SS(固體懸浮 物)、DO(溶解氧)、COD、液位傳感器以及電磁流量計(jì)、壓力計(jì)等。 傳感器全部采用德國Endress+Hauser公司的產(chǎn)品,這些傳感器都帶有PROFIBUS_DP接口,利用這些智能接口,這些儀表能與自動(dòng)化過程控制系統(tǒng)集成,這樣獲得的所有過程參數(shù)可以集中顯示, 同時(shí)作為工藝的控制參數(shù)。
3.2 工藝控制規(guī)律
軟件編程的主要依據(jù)為生產(chǎn)工藝提供的控制規(guī)律。同一種處理工藝可能會(huì)有不同的控制策略,根據(jù)目前的研究狀況,SBR工藝的控制可以分為三種:
第一種是生物濃度法[b][/b]。是指根據(jù)在線測得的水質(zhì)參數(shù)與設(shè)定參數(shù)形成閉環(huán)控制;
第二種是反應(yīng)時(shí)間控制。對于時(shí)間控制規(guī)律而言, 它是根據(jù)對SBR反應(yīng)的五個(gè)階段所需要的時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)控制的。
第三種是流量程序控制。是根據(jù)污水流量的變化來調(diào)整各個(gè)階段所需時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)控制。
后兩種控制方法都不是根據(jù)廢水的水質(zhì)變化來改變某些運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)控制的。 生物濃度控制的基本思想是動(dòng)態(tài)的控制SBR的反應(yīng)時(shí)間,使其中的有機(jī)物濃度(用COD或BOD表示)達(dá)到允許的排放標(biāo)準(zhǔn),就停止曝氣。在線測定有機(jī)物濃度的BOD或COD傳感器比較貴 ,一般都在幾十萬元,目前還沒有應(yīng)用報(bào)道,而且實(shí)時(shí)性比較差,反應(yīng)時(shí)間慢。時(shí)間控制程序是根據(jù)對SBR反應(yīng)池的五個(gè)運(yùn)行階段所需要的時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)控制。該方法不是根據(jù)污水的水質(zhì)變化來改變某些運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)控制。對于進(jìn)水時(shí)間、曝氣時(shí)間、 沉淀時(shí)間、排水時(shí)間及閑置時(shí)間均可由上位機(jī)設(shè)定。SBR反應(yīng)池的各段工藝過程及其執(zhí)行時(shí)間均嚴(yán)格按時(shí)序進(jìn)行,每個(gè)反應(yīng)池的任何設(shè)備均可通過電氣柜上的手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)改變其狀態(tài),但均不能改變PLC所設(shè)定的工作時(shí)序,并且一旦切入自動(dòng)狀態(tài)后便進(jìn)入PLC所設(shè)定的時(shí)序。在自動(dòng)狀態(tài)下,操作人員在中心控制室可以通過人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控操作,F(xiàn)場設(shè)備的工作狀態(tài)均送往上位機(jī)顯示。
3.3 控制程序特點(diǎn)
根據(jù)以上情況,對應(yīng)設(shè)計(jì)了多種控制模式,可根據(jù)實(shí)際情況由上位機(jī)選擇運(yùn)行。
(1)生物濃度法控制程序
生物濃度法采用反饋控制,利用在線測得的進(jìn)水水質(zhì)參數(shù)作為輸入,按照預(yù)先確定好的控制模型進(jìn)行運(yùn)算,然后用計(jì)算的結(jié)果作為輸出控制現(xiàn)場的設(shè)備,動(dòng)態(tài)控制反應(yīng)時(shí)間,以達(dá)到控制反應(yīng)的目的。
(2)時(shí)間控制程序
、俦究刂葡到y(tǒng)嚴(yán)格按照時(shí)序、按順序工作。
、谠试S在工作過程中任意進(jìn)行遙控、自控切換且不影響工作時(shí)序。
(3)分組工作程序
由于該污水處理廠來水水量不均衡,造成生物處理池的負(fù)荷無法平衡,同時(shí)噸能量消耗大,運(yùn)行極不經(jīng)濟(jì)。故我們采用了分組運(yùn)行的辦法,每兩個(gè)生物處理池為一組,既可以兩組同時(shí)運(yùn)行,又可以一組投運(yùn)自動(dòng)運(yùn)行,另一組備用手動(dòng)控制的方式。一方面解決了生物處理池的負(fù)荷問題,另一方面也解決了處理池相關(guān)設(shè)備的檢修問題。
4 上位機(jī)組態(tài)軟件
對SCADA(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng))系統(tǒng)要求:通過工業(yè)以太網(wǎng)PROFINET,具有與多臺(tái)下位機(jī)系統(tǒng)通訊的能力,實(shí)時(shí)監(jiān)控多臺(tái)下位機(jī)的工作狀態(tài) ,顯示生產(chǎn)過程中的工作曲線;具有遠(yuǎn)程控制能力;向下位機(jī)采集數(shù)據(jù),對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、查詢、顯示、打印等。因此,在一個(gè)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)中,運(yùn)行的監(jiān)控組態(tài)軟件是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集處理中心、遠(yuǎn)程監(jiān)視中心和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)中心,與各種控制、檢測設(shè)備(如PLC、智能儀表等)共同構(gòu)成能快速響應(yīng)的控制中心。 本系統(tǒng)選用了Siemens公司W(wǎng)inCC(Windows Control Center)6.0組態(tài)軟件。WinCC具有控制自動(dòng)化過程的強(qiáng)大功能,是基于個(gè)人計(jì)算機(jī),同時(shí)具有極高性價(jià)比的SCADA級(jí)操作監(jiān)視系統(tǒng) 。
在兩臺(tái)服務(wù)器上安裝服務(wù)器版和冗余軟件包,工作站上安裝運(yùn)行版。 監(jiān)控系統(tǒng)的功能及特點(diǎn):
。1)界面顯示 具有全中文顯示,界面友好,操作方便。操作畫面采用主菜單的形式,在每幅畫面下通過按鈕進(jìn)行切換。在中心控制室能對全系統(tǒng)被控設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)控制, 如啟停設(shè)備,在線設(shè)置PLC中程序的某些工藝參數(shù)等。 機(jī)械處理監(jiān)控界面
(2)實(shí)時(shí)畫面顯示功能 用圖形實(shí)時(shí)地顯示各現(xiàn)場被控設(shè)備的運(yùn)行工況,以及現(xiàn)場的狀態(tài)參數(shù)。用模擬儀表、趨勢圖、曲線、柱狀圖動(dòng)態(tài)顯示參數(shù)的實(shí)時(shí)變化情況。根據(jù)閥門開閉及水泵的啟停狀態(tài),生產(chǎn)管理人員能夠快速、清晰地了解整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)運(yùn)行情況。
。3)數(shù)據(jù)管理 數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù),供統(tǒng)計(jì)分析使用。工作人員可以定期把歷史數(shù)據(jù)庫備份到其它存儲(chǔ)介質(zhì),以便于歷史數(shù)據(jù)的查詢。利用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和分析 ,得出一些有用的經(jīng)驗(yàn)參數(shù),有利于優(yōu)化SBR工藝的閉環(huán)控制。
。4)報(bào)警功能 當(dāng)參數(shù)超過設(shè)定范圍或設(shè)備發(fā)生故障時(shí),可根據(jù)組態(tài)發(fā)出不同等級(jí)的聲光報(bào)警。在每幅畫面的最下方都有一個(gè)報(bào)警框,顯示最近發(fā)生的報(bào)警事件。所有報(bào)警信息都可顯示在報(bào)警綜合監(jiān)視畫面,所有的報(bào)警信息均被記錄在報(bào)警數(shù)據(jù)庫中,通過此畫面可以查看當(dāng)前系統(tǒng)的所有報(bào)警信息,也可查看長達(dá)幾個(gè)月的報(bào)警歷史數(shù)據(jù),便于以后的事故分析使用。
。5)報(bào)表打印功能 可以實(shí)現(xiàn)報(bào)表和圖形打印以及各種事件和報(bào)警實(shí)時(shí)打印。打印方式分為定時(shí)打印和事件實(shí)時(shí)觸發(fā)打印。
(6)通訊功能 WinCC是基于標(biāo)準(zhǔn)的Windows平臺(tái)開發(fā)的SCADA系統(tǒng)軟件,充分考慮了與其它系統(tǒng)交換信息的必要性,支持如DDE,OLE,ODBC,OPC和SQL等標(biāo)準(zhǔn)?梢蕴峁┒喾N方式與上層系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換。
。7)冗余功能 兩臺(tái)裝有WinCC組態(tài)軟件的服務(wù)器互為冗余,確保數(shù)據(jù)完整,提高了系統(tǒng)的可靠性。
5 結(jié)束語
在污水處理控制系統(tǒng)中采用工業(yè)以太網(wǎng)(PROFINET)改變了傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線及全模擬量傳輸?shù)臄?shù)據(jù)交換方式,在現(xiàn)場總線級(jí)實(shí)現(xiàn)了Ethernet數(shù)字傳輸,達(dá)到了提高信息傳送距離、傳送數(shù)據(jù)量和傳送精度的目的,增強(qiáng)了現(xiàn)場控制靈活性,降低了數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)初裝費(fèi)和設(shè)計(jì)施工費(fèi)用,達(dá)到了減少電纜敷設(shè),易于維護(hù)和擴(kuò)展的目的。該控制系統(tǒng)2006年底在中科國益涿州污水處理廠已投入正常運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)了污水處理SBR工藝的自動(dòng)控制,網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換及控制功能十分穩(wěn)定,污水處理的效率和效果十分理想,同時(shí)降低了能耗,得到了用戶的認(rèn)可,從而取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
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