克拉瑪依石化工業(yè)園污水處理廠自控系統(tǒng)

史勝波，童 慧，王 釗，劉新民，楊天博

SHI Sheng-bo1,TONG Hui2,WANG Zhao2,LIU Xin-min2,YANG Tian-bo2

（1. 新疆克拉瑪依石化工業(yè)園污水處理廠，克拉瑪依 834003；2. 北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，北京 100120）

0 引言

本控制系統(tǒng)是為克拉瑪依石化工業(yè)園污水處理廠設(shè)計(jì)的，該項(xiàng)工程是該地區(qū)環(huán)境保護(hù)的重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，主要負(fù)責(zé)處理石化工業(yè)園區(qū)工業(yè)企業(yè)排放的工業(yè)廢水和生活污水，采用曝氣生物濾池工藝，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)達(dá)到國(guó)家一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，可回收利用。

1 自動(dòng)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為了保證石化工業(yè)園污水處理廠出水水質(zhì)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，同時(shí)提高運(yùn)行過(guò)程中的安全性、可靠性和自動(dòng)化水平，我們?cè)O(shè)計(jì)了一套基于計(jì)算機(jī)、PLC和高速工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的分層分布式控制系統(tǒng)，按照“集中監(jiān)控，分散控制”的原則，將全廠控制系統(tǒng)分為就地站級(jí)（設(shè)備網(wǎng)）、現(xiàn)場(chǎng)PLC控制站級(jí)（控制網(wǎng)）和中央調(diào)度管理級(jí)（管理網(wǎng)）的三級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)。其中，PLC控制站與變電所控制室及綜合樓控制室計(jì)算機(jī)之間的通訊采用高速工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，通訊速率為10MB/S。通訊網(wǎng)絡(luò)采用開放式的結(jié)構(gòu)及目前國(guó)際上主流的TCP/IP通訊協(xié)議，可以非常方便地與其他標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)相兼容。

2 泵控運(yùn)行方案

泵控運(yùn)行方案主要運(yùn)用在污水廠項(xiàng)目中的進(jìn)水泵系統(tǒng)、應(yīng)急泵系統(tǒng)、回流泵系統(tǒng)、排水泵系統(tǒng)中。泵控運(yùn)行方案是通過(guò)對(duì)泵組進(jìn)行起?？刂疲ㄈ缈刂圃O(shè)備為變頻泵需根據(jù)液位對(duì)泵的頻率進(jìn)行調(diào)整）以實(shí)現(xiàn)池中液位恒定，從而最終實(shí)現(xiàn)泵控系統(tǒng)自動(dòng)穩(wěn)定運(yùn)行。

要實(shí)現(xiàn)泵控運(yùn)行方案，需完成以下功能：

1）通過(guò)分段液位控制方式實(shí)現(xiàn)泵組自動(dòng)啟停。

假設(shè)泵控系統(tǒng)有2臺(tái)泵，需設(shè)置4個(gè)分段液位參數(shù)。（按液位從低到高排列順序?yàn)椋?切0，0切1，2切1，1切2。注：1切0代表實(shí)際液位如果低于此設(shè)定液位值，運(yùn)行泵數(shù)由1臺(tái)變成0臺(tái)；0切1代表實(shí)際液位如果高于此設(shè)定液位值，運(yùn)行泵數(shù)由0臺(tái)運(yùn)行泵變成1臺(tái)；2切1代表實(shí)際液位如果低于此設(shè)定液位值，運(yùn)行泵數(shù)由2臺(tái)減少為1臺(tái)；1切2代表實(shí)際液位如果高于此設(shè)定液位值，運(yùn)行泵數(shù)由1臺(tái)運(yùn)行泵變成2臺(tái)）。這樣通過(guò)實(shí)際液位值所處的液位段和設(shè)定值比較，判斷理論所啟動(dòng)的泵數(shù)。通過(guò)理論泵數(shù)和實(shí)際泵數(shù)進(jìn)行比較，對(duì)泵進(jìn)行啟、?？刂?。當(dāng)理論泵數(shù)〉實(shí)際泵數(shù)時(shí)，增加運(yùn)行泵數(shù)直到實(shí)際泵數(shù)增到和理論泵數(shù)相同；當(dāng)理論泵數(shù)〈實(shí)際泵數(shù)時(shí)，減少運(yùn)行泵數(shù)直到實(shí)際泵數(shù)減到和理論泵數(shù)相同。

2）在起停泵組時(shí)需遵守均衡原則。

在控制系統(tǒng)中泵組采用備用原則，且絕大多數(shù)情況下不會(huì)出現(xiàn)滿載情況，所以在系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中需遵照啟、停泵的原則，以保證泵的相對(duì)均衡運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)理論泵數(shù)〉實(shí)際泵數(shù)時(shí)，需要篩選出“具備自動(dòng)正常停止?fàn)顟B(tài)”、“累計(jì)運(yùn)行時(shí)間最短”的泵組，并對(duì)其進(jìn)行啟動(dòng)；當(dāng)系統(tǒng)理論泵數(shù)〈實(shí)際泵數(shù)時(shí)，需要篩選出“具備自動(dòng)正常停止?fàn)顟B(tài)”、“累計(jì)運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)”的泵組，并對(duì)其進(jìn)行停止。

3）根據(jù)工藝要求，需對(duì)泵、閥進(jìn)行聯(lián)動(dòng)啟停。

由于本系統(tǒng)的泵組是由泵和閥門組成的，所以要啟、停泵組必須對(duì)泵、閥進(jìn)行順序操作。根據(jù)泵的不同類型，實(shí)行不同的順序控制。當(dāng)運(yùn)行泵為潛污泵時(shí)，啟動(dòng)泵組應(yīng)先開閥、延時(shí)開泵；停止泵組應(yīng)先關(guān)泵、延時(shí)關(guān)閥。當(dāng)運(yùn)行泵為離心泵時(shí)，啟動(dòng)泵組應(yīng)先開泵、延時(shí)開閥；停止泵組應(yīng)先關(guān)閥、延時(shí)關(guān)泵。

4）系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中單臺(tái)泵組出現(xiàn)故障狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)能夠完成自動(dòng)切泵功能。

當(dāng)運(yùn)行泵組出現(xiàn)非正常情況時(shí)，立即停止該泵組并啟動(dòng)新泵組。在切泵過(guò)程中，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行而不受故障影響。

5）當(dāng)系統(tǒng)有一個(gè)或多個(gè)變頻泵組時(shí)，除完成上述功能外，應(yīng)對(duì)變頻泵進(jìn)行特殊控制。

泵組開始運(yùn)行時(shí)，要先篩選出1臺(tái)“具備正常停止?fàn)顟B(tài)”、“累計(jì)運(yùn)行時(shí)間最短”的變頻泵并對(duì)其進(jìn)行啟動(dòng)。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，變頻泵根據(jù)

3 控制系統(tǒng)的可靠性與先進(jìn)性

本控制系統(tǒng)能在嚴(yán)格的工業(yè)環(huán)境下長(zhǎng)期、穩(wěn)定的運(yùn)行。系統(tǒng)組件的設(shè)計(jì)符合真正的工業(yè)等級(jí)，滿足國(guó)內(nèi)、國(guó)際的安全標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有易配置、易接線、易維護(hù)、隔離性好、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、抗腐蝕、適應(yīng)較寬的溫度變化范圍，能夠承受工業(yè)環(huán)境的嚴(yán)格要求。

本控制系統(tǒng)具有自診斷功能，可以在運(yùn)行中診斷出系統(tǒng)的部件是否出現(xiàn)故障，并在監(jiān)控軟件中及時(shí)、準(zhǔn)確地反映出故障狀態(tài)、故障時(shí)間、故障地點(diǎn)以及相關(guān)信息。在系統(tǒng)發(fā)生故障后，I/O的狀態(tài)返回到系統(tǒng)根據(jù)工藝要求預(yù)設(shè)置的狀態(tài)上。

本控制系統(tǒng)具有良好的通訊性能和擴(kuò)展性、兼容性。在關(guān)鍵部件如主機(jī)、電源及通訊網(wǎng)絡(luò)上均可進(jìn)行擴(kuò)展。

4 結(jié)束語(yǔ)

石化工業(yè)園污水處理廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)的成功應(yīng)用，較好地解決了曝氣生物濾池工藝設(shè)備的復(fù)雜控制，使污水處理實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化。提高了生產(chǎn)效率，減輕了操作人員的工作強(qiáng)度，在環(huán)境保護(hù)中，發(fā)揮了重要作用。取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1] GE公司. PLC 用戶.

[2] 嚴(yán)道岸.水工藝與工程[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2002.