北京小紅門污水處理工程水區(qū)自控系統(tǒng)總體介紹

王 晨，陶賀忠，徐和利，鐘 偉，張慶慶，陳金源

WANG Chen, TAO He-zhong, XU He-li, ZHONG Wei, ZHANG Qing-qing, CHEN Jin-yuan

（北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所 自控中心，北京 100120）

0 引言

北京小紅門污水廠自控系統(tǒng)包括3個(gè)區(qū)域：水區(qū)、預(yù)處理區(qū)、泥區(qū)。作為水區(qū)自控系統(tǒng)分承包方，不僅承擔(dān)整個(gè)污水廠水區(qū)控制采集任務(wù),而且負(fù)責(zé)與管理層數(shù)據(jù)通訊，更重要的是要與有關(guān)單位共同合作完成預(yù)處理區(qū)接口和泥區(qū)接口通訊任務(wù)，使三區(qū)的自控任務(wù)能夠步調(diào)統(tǒng)一協(xié)調(diào)一致的完成自己的控制任務(wù)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)污水廠的經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行、達(dá)到高品質(zhì)的排放水質(zhì)。

1 水區(qū)系統(tǒng)配置

系統(tǒng)中的PLC0、PLC2分站和監(jiān)控工作站接入工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)；PLC2.7、PLC2.5 、PLC2.6和PLC2.1~PLC2.4的RI/O2.11~RI/O2.44.RI/O2.1~RI/O2.4串聯(lián)成工業(yè)控制網(wǎng)CONTROLNET，通訊速度為5MBPS，通訊線路中間配3個(gè)網(wǎng)絡(luò)放大器以加長通訊距離。各PLC分站選用世界知名品牌AB公司的CONTROLOGIX模塊，遠(yuǎn)程站選用1794FLEX I/O模塊，此兩種類型I/O模塊都可帶電熱插拔，便于用戶方便維護(hù)。PLC2.6 PLC2.5 選用AB公司2711-T10G15觸摸屏，使現(xiàn)場操作人員便于操作監(jiān)控。各 PLC分站和遠(yuǎn)程站控制柜選用德國威圖產(chǎn)品，接入室內(nèi)的電源.儀表和通訊線選用中國深恩和德國盾牌避雷器以防雷擊。遠(yuǎn)程站控制柜的防護(hù)等級(jí)可達(dá)IP54，PLC柜內(nèi)有UPS以防市電消失電時(shí)，PLC仍可可靠工作。(遠(yuǎn)程I/O由同組PLC分站管理)。

LCS2中央監(jiān)控工作站不僅對(duì)整個(gè)水區(qū)控制設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，而且監(jiān)視預(yù)處理區(qū)和泥區(qū)的數(shù)據(jù)和設(shè)備的運(yùn)行狀況，服務(wù)器采集的信息通過瀏覽器通過以太網(wǎng)與廠區(qū)管理層計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互。中控室設(shè)置一模擬屏，顯示全廠的重要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和重要數(shù)據(jù)的顯示，使運(yùn)行人員對(duì)整個(gè)污水廠工作情況一目了然。

2 上位軟件功能簡介

通過AB RSVIEW32組態(tài)軟件完成現(xiàn)場各工藝區(qū)的畫面制作，運(yùn)行人員通過這些畫面非常方便地監(jiān)控水區(qū)的儀表數(shù)據(jù)和設(shè)備的運(yùn)行的狀態(tài)，監(jiān)視預(yù)處理區(qū)和泥區(qū)的運(yùn)行狀態(tài)和儀表數(shù)據(jù)。

1）具有自動(dòng)生成生產(chǎn)報(bào)表的功能。

2）具有實(shí)時(shí)打印報(bào)警的功能。

3）具有與廠區(qū)管理交互信息的功能。

4）具有檢測各區(qū)PLC站點(diǎn)通訊是否正常的功能。

5）具有在線設(shè)定整定值的功能.(如PID參數(shù)`時(shí)間參數(shù)等)。

6）歷史趨勢圖。

3 下位PLC軟件功能簡介

通過AB RSLOGIX5000 PLC編程軟件完成現(xiàn)場各工藝區(qū)的PLC站的PLC系統(tǒng)軟件編程，主要任務(wù)是采集各現(xiàn)場儀表，各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)要求有自動(dòng)控制要求的工藝段實(shí)施自動(dòng)控制解決方案。現(xiàn)場調(diào)試人員可通過便攜筆記本進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試編程，可進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)調(diào)試，也可進(jìn)行自動(dòng)調(diào)試。在中控室可通過AB RSNETWORX 軟件進(jìn)行全廠的水區(qū)CONTROLNET的通訊調(diào)試。

4 PLC文件的構(gòu)成簡介

PLC軟件的核心組成部件是標(biāo)簽，無論下位機(jī)還是上位機(jī)都需要它，所以在編制PLC軟件前就應(yīng)系統(tǒng)搭建各PLC分站、遠(yuǎn)程I/O、預(yù)處理區(qū)通訊接口、泥區(qū)通訊接口接口的標(biāo)簽文件，一是調(diào)試非常方便，二是為最終用戶維護(hù)提供開放的條件。我們在工程實(shí)施初始階段就可以作出這一標(biāo)簽系統(tǒng)構(gòu)架。

5 A2/O核心工藝的理解

污水生物脫氮的基本原理是在好氧條件下通過硝化反應(yīng)先將氨氮氧化為硝酸鹽，再通過缺氧條件下（溶解氧濃度很低）的反硝化反應(yīng)將硝酸鹽氧化還原成氣態(tài)氮從水中去除。在污水生物除磷工藝中，通過厭氧段（無氧）和好氧段的反復(fù)運(yùn)行，利用活性污泥的超量磷吸收作用，使細(xì)胞含磷量相當(dāng)高的細(xì)菌群體能在處理系統(tǒng)的基質(zhì)競爭中取得優(yōu)勢，剩余污泥的含磷量可達(dá)到8%以上，使得進(jìn)入剩余污泥的總磷量增大，處理出水磷的濃度明顯降低。生物除磷脫氮工藝含著厭氧、缺氧和好氧三個(gè)工況，如圖1所示。

曝氣池供氣量由PLC根據(jù)池中溶解氧濃度自動(dòng)調(diào)節(jié)。若曝氣池溶解氧有的高于設(shè)定值（2mg/L)，有的又低于設(shè)定值，則PLC調(diào)節(jié)各個(gè)進(jìn)風(fēng)口總管上的調(diào)節(jié)氣動(dòng)閥開度，采用PID方法。如果氣量的變化使管網(wǎng)的壓力變動(dòng)，然后由壓力傳感器將信號(hào)送到鼓風(fēng)機(jī)調(diào)度PLC，與預(yù)先設(shè)定的壓力比較，從而決定調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)葉片或啟停另一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)以加大或減小風(fēng)機(jī)的排出量。即采用分級(jí)、雙參數(shù)控制方式。進(jìn)氣總管上的流量信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)的溫度故障、喘振故障和由偏差引起的障礙信號(hào)也進(jìn)入計(jì)算機(jī)，便于運(yùn)行人員維護(hù)。二沉泥通過回流污泥泵房連續(xù)回流曝氣池。回流泵的開停由PLC根據(jù)曝氣池中污泥濃度自動(dòng)控制，泵池液位最低時(shí)將自動(dòng)停泵并發(fā)出報(bào)警。回流污泥量信號(hào)送入PLC，當(dāng)流量低于設(shè)定值時(shí)發(fā)出報(bào)警。回流污泥流量及曝氣池污泥濃度設(shè)定值根據(jù)運(yùn)行情況決定。

圖1 硝化反硝化過程A2/O如圖(Anaerobic/Anoxic/Oxic)

圖2 工況示意圖

剩余活性污泥從回流污泥泵房前池用潛水泵抽出，PLC根據(jù)二沉池泥位高低控制潛水泵定時(shí)開停，流量信號(hào)進(jìn)入PLC。

6 CONTROLNET 網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)

作為污水廠通訊的核心，合理的串聯(lián)連接成功Controlnet網(wǎng)線是非常關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。根據(jù)AB公司 關(guān)于Controlnet 電纜長度與站點(diǎn)的關(guān)系公式L=1000-1.63(站點(diǎn)-2)結(jié)合招標(biāo)圖紙全廠自控配置圖及全廠電纜平面圖，我們經(jīng)過詳細(xì)計(jì)算得出電纜長度及站點(diǎn)組（段）構(gòu)成和放大器的合理定位，并出電纜走向圖，便于現(xiàn)場施工。

7 結(jié)束語

通過對(duì)污水廠系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行驗(yàn)證，水區(qū)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)是非常可靠、先進(jìn)的。

[1]張統(tǒng).污水處理工藝及工程方案設(shè)計(jì)[M].中國建筑工業(yè)出版社,2000.

[2]衛(wèi)國,何波.現(xiàn)代可編程控制器及其通信網(wǎng)絡(luò).陜西科學(xué)技術(shù)出版社,2004.