關於探討城市汙水處理的論文
關於探討城市汙水處理的論文
摘要:透過對LIER-POOLK工藝深入研究,針對其自動化程度要求高的特點,在自控系統總體方案設計中根據汙水處理工藝流程,綜合運用自動化技術計算機技術網路技術資料庫技術管控一體的設計思路,開發“基於LIER-POOLK工藝的城市汙水處理自控系統”
關鍵詞:城市汙水處理;自控系統;方案
1城市汙水處理自控系統總體方案概述
(1)在汙水處理過程中要求整個系統必須安全可靠執行,在工藝裝置儀表電氣自控系統計算機和網路系統電視監控系統的選型和系統設計軟體設計等方面,系統的可靠性是設計考慮的第一原則,作為控制系統核心裝置的PLC,選用德國西門子公司的S7-300系列產品及其相應的開發軟體
(2)汙水處理處理廠的自控系統採用PC+PLC分級分散式控制形式,以集中監測為主,分散控制為輔,在中控室執行監控計算機上可對全廠的各工序進行實時監控,生產的工藝過程自動控制採用就地單獨控制的原則進行,並在汙水處理過程關鍵工序配置西門子MP270B觸控面板(人機介面HMI)作為現場工程師操作站
(3)為保證汙水處理廠的安全執行,自控系統設立三級控制層:就地手動控制現場控制和遠端監控就地手動控制是指透過裝置本地控制箱手動控制裝置的開啟或關閉;現場控制是指由現場各分控站PLC執行自己的控制程式,完成控制功能;遠端監控是指由中控室透過工業乙太網高速冗餘光纖環網對全廠的生產過程進行控制監測和記錄,對工藝現場裝置物件實現狀態遷移管理三級控制層的關係如下:中控室上位機可透過各現場的PLC子站直接控制有關裝置和主要裝置,如果中控室或網路發生故障,不會影響各PLC分站的控制功能,如果PLC網路中某個PLC子站發生故障,操作員可透過就地控制箱對裝置進行控制
(4)裝置發生異常故障或報警時,系統可自動切除相關故障裝置或切換到現場手動操作方式,同時記錄事故內容,並對相關引數進行事故追憶
(5)上位計算機綜合應用程式開發選用德國西門子公司的WINCC5.1組態軟體,以監控工藝執行的圖形介面控制網路執行引數和指令的通訊執行和歸檔資料庫開發為重點
(6)一體化生物反應器控制系統的設計根據生產工藝的具體要求,監控一體化生物反應器各個工藝裝置的執行,實現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
(7)為了對生產現場和重要裝置實施遠端監視,在鼓風機房一體化生物反應器汙泥脫水機房廠區環境等重要部位安裝攝像機,構成遠端電視監視系統,在中控室可全廠重要裝置進行全天24小時監視
2城市汙水處理自控系統的總體結構
本工程專案二期工程中控室和各工段的地理位置分佈示意圖如圖1所示中控室的建築物使用一期工程己建設好的設施,與一期工程的中央監控裝置共用一個監控大廳
工業乙太網是基於IEEE802.3(Interment)的強大的區域和單元網路作為西門子T.I.A(全整合自動化構架)重要組成部分,SIMATICNET基於經過現場應用驗證的技術,用於嚴酷的工業環境,包括有高強度電磁千擾的區域
3SIMATICNET工業乙太網絡元件
典型的工業乙太網絡環境,有以下三類網路器件:
(1)網路部件
包括:連線部件FC快速連線插座ELS(工業乙太網電氣交換機)ESM(工業乙太網電氣交換機)SM(工業乙太網光纖交換柳MCTPll(工業乙太網光纖電氣轉換模組)
(2)通訊介質:普通雙絞線,工業遮蔽雙絞線和光纖
SIMATICPLC控制器上的工業乙太網通訊外理器用於將SIMATICPLC連線到工業乙太網
(3)PG/PC上的工業乙太網通訊外理器,用於將PG/PC連線到工業乙太網
利用工業乙太網,SIMATICNET提供了一個無縫整合到全業務功能(管控一體化及綜合資訊處理)的途徑
4工藝過程控制PLC控制站組成
(1)組成
S7-300系列產品是模組化中小型PLC系統,能滿足中等效能要求的應用大範圍的各種功能模組可以非常好地滿足和適應自動控制任務,由於簡單實用的分散式結構和多介面網路能力,使得應用十分靈活,方便使用者和簡易的無風扇設計,當控制任務增加時,可自由擴充套件,由於大範圍的整合功能使得它功能非常強勁
如果使用者的'自控系統任務需要多於8個訊號模組或通訊處理器模組時,則可以擴充套件s7-300機架((CPU314以上):(1)在4個機架上最多可安裝32個模組:最多3個擴充套件機架(ER)可以接到中央機架(CR)上,每個機架(CR/ER)可以插入8個模組(2)透過介面模組連線:a.每個機架上(CR/ER)都有它自己的介面模組它總是插在CPU旁邊的槽內,負責與其他擴充套件機架自動地進行通訊;b.透過IM365擴充套件,可擴充套件1個機架,最長1米,電源也是由此擴充套件提供C.透過IM360/361擴充套件,可擴充套件3個機架,中央機架(cR)擴充套件機架但擴充套件機架之間的距離最大為10米(3)獨立安裝海個機架可以距離其他機架很遠進行安裝,兩個機架間(主機架與擴充套件機架,擴充套件機架與擴充套件機架)的距離最長為10米(4)靈活佈置:機架(CR/ER)可以根據最佳佈局需要,水平或垂直安裝
(2)診斷
透過診斷可以確定模板所獲取的訊號(如數字量模板)或模擬量處理(例如模擬量模板)是否正確在診斷評估中,可引數化的診斷資訊與不可引數化的診斷資訊有區別①可引數化的診斷資訊:透過相應的引數始能診斷資訊的傳送;②不可引數化的診斷資訊:不管是否引數化均可傳送診斷資訊
如果傳送診斷資訊(如無編碼器電源),則模板執行一個診斷中斷此時CPU中斷執行使用者程式,或中斷執行低優先順序的中斷,來處理相應的診斷中斷功能塊(OB82)
5PLC執行程式設計
PLC自動工序工藝執行程式有四大主要功能模組,即:時鐘模組執行引數更新綜合故障判定和自動工序模組
(1)變數設計
我們的變數設計儘量遵循節省的原則
建立時間計數變數Tcount
32個工序採用統一的時間計數,每個工序分配一個執行時間變數Tn(n=1,2,……32)PLC自動工序工藝執行程式根據執行時間變數來確定每個工序步驟執行的時間
為27臺(套)工藝裝置的每一臺(套)分配一個32位的執行狀態標誌,分別對應於32個工序步驟PLC自動工序工藝執行程式根據每一臺(套)工藝裝置的執行狀態標誌和裝置執行互鎖(故障和手動控制)確定該裝置是否執行
為27臺(套)工藝裝置的每一臺(套)建立一個故障狀態標誌位(綜合故障)和控制狀態標誌位(手動/自動)
建立工藝執行引數二維表,包含32個工序的執行時間引數和27臺(套)工藝裝置的執行狀態標誌引數
建立工藝執行引數變更標誌位,如果工藝執行引數發生改變並經過執行監控上位計算機上授權確認,程式將根據工藝執行引數二維表重新整理32個工序的執行時間變數和27臺(套)工藝裝置執行狀態標誌
建立工藝運行當前狀態變數,包括當前工序步驟,當前工序執行剩餘時間
(2)自動工序程式設計
時鐘模組用一個計時器,對時間的增長自動計數,其值存放在變數Tcount中,供自動工序模組使用
如果工藝執行引數發生改變並經過執行監控上位計算機上授權確認,工藝執行引數變更標誌位設定為1,程式將根據工藝執行引數二維表重新整理32個工序的執行時間變數和27臺(套)工藝裝置執行狀態標誌,並將工藝執行引數變更標誌位復位為0
綜合故障判定模組綜合工藝裝置的各種故障(比如洩露短路斷路等)和報警(比如過熱過力矩等),確定裝置是否可以正常投入工藝執行,設定故障狀態標誌位為0/1
自動工序模組實時更新工藝運行當前狀態,包括當前工序步驟,當前工序執行剩餘時間當前工序執行剩餘時間為0,就切換到下一個工序步驟,重新設定當前工序步驟和執行剩餘時間,並根據裝置故障狀態標誌位(0/1)控制狀態標誌位(自動/手動)和執行狀態標誌(1/0),啟動或停止相應的工藝裝置
6結果
LIER-POOLK法城市生活汙水處理5000噸/日中試裝置全部建成並投入執行以來,具體出水效果(各項指標去除率)為:BODS85-98%,CODCr85-95%.,SS80-90%,TN50-70%,TP80-97%,完全達到了GB8978-1996《汙水綜合排放標準》中的一級標準;經濟指標為:單位投資1000元/噸水佔地面積0.40平方腳噸水直接執行費用0.25元/噸水職工人數8人/萬噸水自工程正式投產執行以來的情況表明,自控系統執行可靠,自動化程度高,控制軟體設計先進,完全滿足工藝執行和日常管理的要求
參考文獻
[1]@周明.現場匯流排控制[M].北京:中國電力出版社,2005.
[2]@孫慧修.排水工程[M].北京:中國建築工業出版社,2004.
[3]@碑常初.可編程式控制器的程式設計方法與工程應用[M].重慶:重慶大學出版社,2001.