羅克韋爾自動控制技術(shù)在巖東污水處理廠的應(yīng)用

摘 要:本文介紹了羅克韋爾自動化ControlLogix PLC控制系統(tǒng)和上位機(jī)監(jiān)控軟件RSVIEW32在巖東污水處理廠中的應(yīng)用及其網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。該系統(tǒng)可靠性高，采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確快捷，自動化程度高，工作人員維護(hù)量小，操作靈活，很好地滿足了污水處理工藝要求。

關(guān)鍵詞:PLC自動控制網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號:TP273文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098x(2011)06(b)-0023-02

巖東污水處理廠位于浙江省寧波市北侖區(qū)中部，日處理污水12萬t規(guī)模，采用氧化溝污水處理工藝。其自控系統(tǒng)以高性價(jià)比的ControlLogix PLC為控制單元，采用工控機(jī)為監(jiān)控站，整個(gè)系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化的情況下，有效降低了系統(tǒng)成本，運(yùn)行情況良好。

1 污水處理工藝和主要控制功能

1.1 巖東污水處理廠工藝

污水經(jīng)市政污水管道收集進(jìn)入污水廠，經(jīng)一級處理后進(jìn)入二級生化處理設(shè)施——厭氧池和氧化溝，去除污水中溶解的COD及氮、磷等有機(jī)污染物，去除的污染物以剩余污泥的形式經(jīng)二沉池沉淀分離。經(jīng)二沉池固液分離后的凈化水進(jìn)入接觸池，大部分送入再生水廠進(jìn)行深度處理，小部分直接排海，工藝流程見圖1。

1.2 主要控制功能

主要電控設(shè)備的控制采用就地控制、現(xiàn)場控制、中央控制的三層控制模式，控制級別由高到低為:手動控制、遙控控制、自動控制。

手動模式:通過就地電控箱或MCC開關(guān)柜的按鈕實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的啟停操作。

遙控模式:即遠(yuǎn)程手動控制方式。操作人員通過中控系統(tǒng)操作站的監(jiān)控畫面用鼠標(biāo)或鍵盤來控制現(xiàn)場設(shè)備。

自動方式:設(shè)備的運(yùn)行完全由各分控站根據(jù)污水處理廠的工況及工藝參數(shù)來完成對設(shè)備的啟停控制，而不需要人工干預(yù)。

1.3 控制系統(tǒng)介紹

1.3.1 格柵的控制系統(tǒng)

根據(jù)超聲波液位計(jì)測得的格柵前后水位差值自動控制格柵的運(yùn)行。當(dāng)格柵停止運(yùn)行的時(shí)間超過設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)轉(zhuǎn)為時(shí)間控制。PLC系統(tǒng)將根據(jù)軟件程序自動控制輸送機(jī)、機(jī)械格柵的順序啟停、運(yùn)行、停車以及安全連鎖保護(hù)。

1.3.2 水泵自動控制系統(tǒng)

在泵房設(shè)超聲波液位儀表，根據(jù)水位測量儀測得的泵房水位值自動控制多臺水泵的啟停運(yùn)行。當(dāng)泵房水位高至某一設(shè)定的水位值時(shí)，PLC系統(tǒng)將按軟件程序自動增加水泵的運(yùn)行臺數(shù);相反，當(dāng)泵房水位降至某一設(shè)定的水位值時(shí)，PLC系統(tǒng)將按軟件程序自動減少水泵的運(yùn)行臺數(shù)。

1.3.3 生物池自動控制系統(tǒng)

生物池的生物處理過程就是由PLC按照檢測儀表的實(shí)時(shí)測量值和預(yù)先編制的控制程序相互配合來調(diào)節(jié)表曝機(jī)的曝氣量。

1.3.4 污泥脫水的自動控制

污泥脫水過程按污泥脫水系統(tǒng)自身PLC預(yù)先編制的程序控制運(yùn)行。上位監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)可遠(yuǎn)程監(jiān)測污泥脫水系統(tǒng)全部設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和故障報(bào)警。

1.3.5 回流污泥量的自動調(diào)節(jié)

根據(jù)生物池的進(jìn)水量控制回流污泥泵的運(yùn)行時(shí)間，實(shí)現(xiàn)進(jìn)水量與污泥回流量的合理配比。通過監(jiān)控管理系統(tǒng)和就地控制系統(tǒng)的操作面板，可以設(shè)定回流污泥比例和污泥回流泵的運(yùn)行時(shí)間。

3 系統(tǒng)組成及功能

本廠的自控系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制管理系統(tǒng)和儀表檢測系統(tǒng)兩大部分組成。控制管理系統(tǒng)遵循“集中管理、分散控制、資源共享”的原則，采用了集散型二級分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。由可編程序控制器(PLC)及自動化儀表組成檢測控制系統(tǒng)——現(xiàn)場分控站，以控制分區(qū)為對象，具有獨(dú)立的區(qū)域控制能力，能接受中央控制室的調(diào)控，但不依賴中央控制室的存在，對污水處理廠各過程進(jìn)行分散控制;再由中央控制室，對全廠實(shí)行集中管理。全廠設(shè)置了一座中央控制室，四座現(xiàn)場分控站。

3.1 通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

從污水廠自動控制系統(tǒng)的構(gòu)成和分布來看，自動控制系統(tǒng)具有系統(tǒng)檢測點(diǎn)多、執(zhí)行機(jī)構(gòu)分散、連鎖性控制要求高等特點(diǎn)。從先進(jìn)性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等諸方面考慮，本廠組建的工廠網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是一個(gè)集管理、監(jiān)控功能于一體的網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)。通訊系統(tǒng)采用開放的集中管理、分散控制網(wǎng)絡(luò)，控制網(wǎng)絡(luò)由二級網(wǎng)絡(luò)三個(gè)層次組成:

3.1.1 二級通訊網(wǎng)絡(luò)

1)第一級為監(jiān)控管理級:中央控制室至管理系統(tǒng)星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的100M以太網(wǎng);

2)第二級為現(xiàn)場控制級:現(xiàn)場分控站至中央控制室總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的ControlNet高速率通訊總線。

3.1.2 三個(gè)層次

1)第一層為信息層，即中央控制室與各現(xiàn)場分控站間由ControlNet環(huán)形數(shù)據(jù)總線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，對等通訊方式(光纜，環(huán)網(wǎng)冗余，速率5Mbit/s自適應(yīng));2)第二層為控制層，即現(xiàn)場分控站與遠(yuǎn)程I/O子站的通訊，采用開放的，國際上認(rèn)可的遠(yuǎn)程總線網(wǎng)絡(luò);

3)第三層為設(shè)備層，集散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場控制箱、高低壓開關(guān)柜之間的通訊，采用開放的，國際上認(rèn)可的現(xiàn)場總線。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖如圖2所示。

3.2 PLC控制系統(tǒng)

全廠設(shè)置四座現(xiàn)場分控站，四座現(xiàn)場分控站為:PLC1——設(shè)于1號變電站，與MCC1合建;PLC2——設(shè)于2號變電站，與MCC2合建;PLC3——設(shè)于加氯間;PLC4——設(shè)于污泥脫水機(jī)房。主要設(shè)置如下:

1號現(xiàn)場分控站設(shè)在1號變電站，負(fù)責(zé)采集粗格柵及進(jìn)水泵房、細(xì)格柵及漩流沉砂池等項(xiàng)目的各種信號，并按中央控制室的指令對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制;

2號現(xiàn)場分控站設(shè)在2號變電站，負(fù)責(zé)采集初沉池、厭氧池、氧化溝、污泥泵房、排海提升泵房等項(xiàng)目的各種信號，并按中央控制室的指令對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制;

3號現(xiàn)場分控站設(shè)在加氯間，負(fù)責(zé)采集二沉池、接觸池、加藥間、加氯間等單元的各種信號，并按中央控制室的指令對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制;

4號現(xiàn)場分控站設(shè)在污泥脫水泵房，負(fù)責(zé)采集儲泥池、污泥脫水機(jī)房等單元的各種信號，并按中央控制室的指令對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。

PLC控制系統(tǒng)主站采用美國羅克韋爾自動化公司的ControlLogix系列。ControlLogix可編程控制器是羅克韋爾自動化公司致力于發(fā)展的新一代控制理念Logix控制平臺，在這一個(gè)平臺上，用戶就可以實(shí)現(xiàn)順序控制、過程控制、傳動或運(yùn)動控制的任意組合控制。靈活的ControlLogix平臺允許用戶混合使用多個(gè)處理器、多種網(wǎng)絡(luò)和I/O，而沒有任何限制。隨著應(yīng)用的不斷擴(kuò)展，用戶可以使用Netlinx系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通過EtherNet/IP，ControlNet和DeviceNet網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)控制和設(shè)備組態(tài)以及信息采集。

3.3 中央控制系統(tǒng)

中央控制室內(nèi)配置一個(gè)獨(dú)立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(由中央控制室操作員站、工程師站及資料站等組成)，負(fù)責(zé)統(tǒng)一協(xié)調(diào)、管理污水處理控制系統(tǒng)。采用基于客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的Windows XP操作系統(tǒng)和美國羅克韋爾公司的RSVIEW32組態(tài)軟件，在此平臺上設(shè)計(jì)開發(fā)用戶界面友好、操作簡單的專用監(jiān)控軟件，滿足工藝控制要求。

監(jiān)控計(jì)算機(jī)采用冗余結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)污水廠的數(shù)據(jù)采集、故障實(shí)時(shí)報(bào)警、遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能。通過Control Net協(xié)議總線網(wǎng)絡(luò)與PLC控制站連接，采集實(shí)時(shí)工控和生產(chǎn)數(shù)據(jù)。通過RSVIEW32軟件的圖形組態(tài)功能，可以動態(tài)的顯示整個(gè)污水廠的工藝流程和設(shè)備工作狀態(tài)，具備友好的人機(jī)界面。通過鼠標(biāo)可以對整個(gè)廠各設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。操作員站、工程師站分別側(cè)重監(jiān)控或管理功能，故障時(shí)互為備用，具有靈活的運(yùn)行方式，即使當(dāng)其中一臺操作員站出現(xiàn)故障，另一臺也能夠完全獨(dú)立地運(yùn)行。據(jù)此可保證控制和數(shù)據(jù)采集的高可靠性。系統(tǒng)中的每臺計(jì)算機(jī)能隨時(shí)獨(dú)立完成圖象管理控制、數(shù)據(jù)保存、系統(tǒng)再生、數(shù)據(jù)處理等的不同任務(wù)。

4 結(jié)語

寧波巖東污水處理廠建成后，自控系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了污水處理廠的自動化運(yùn)行。ControlLogix 系統(tǒng)可靠性高，自動化程度高，工作人員維護(hù)量小操作靈活，出水水質(zhì)達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。巖東污水處理廠的建成和平穩(wěn)運(yùn)行，不僅提高了北侖區(qū)域和海域的環(huán)境質(zhì)量，改善了人民的生活環(huán)境，并且為北侖經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮了積極作用。

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