污水處理廠SCADA系統(tǒng)反相序保護(hù)

2013-12-01 07:28:00王明軍

設(shè)備管理與維修 2013年2期

王明軍袁鵬

作者通聯(lián)：淮安同方水務(wù)有限公司江蘇淮安市延安東路1號(hào) 223002

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在現(xiàn)代化污水處理廠SCADA（監(jiān)督控制及數(shù)據(jù)獲取）系統(tǒng)中，操作人員在總控制室通過(guò)上位PC控制閘門(mén)、閥門(mén)、污水泵及粗/細(xì)格柵撈污機(jī)等污水處理工藝設(shè)備運(yùn)行或停止。PH值、進(jìn)水流量、進(jìn)水COD及生物池中溶解氧含量等工藝流程上各種在線儀表數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到總控制室上位PC，同時(shí)運(yùn)行/停止、故障等工藝設(shè)備狀態(tài)，實(shí)時(shí)地反映在上位PC機(jī)上。一般只有在檢修或保養(yǎng)設(shè)備時(shí)，由維護(hù)人員現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作設(shè)備。

一、問(wèn)題的提出

漣水污水處理廠SCADA系統(tǒng)見(jiàn)圖1，其中PLC1、PLC2為帶有以太網(wǎng)模塊CP343-1的西門(mén)子S7 300系列PLC。PLC1負(fù)責(zé)預(yù)處理段（進(jìn)水泵、粗/細(xì)格柵撈污機(jī)、旋流除砂機(jī)等）監(jiān)督控制及該區(qū)域在線儀表數(shù)據(jù)采集；PLC2負(fù)責(zé)氧化溝推進(jìn)器、回流/剩余污泥泵及曝氣鼓風(fēng)機(jī)等設(shè)備監(jiān)督控制及該區(qū)域在線儀表數(shù)據(jù)采集。上述所有工藝設(shè)備電控柜中均沒(méi)有反相序保護(hù)，建廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)集成時(shí)也未考慮工藝設(shè)備反相序保護(hù)問(wèn)題。

2012年6月24日，污水處理廠主供電源停電，工作人員立即投運(yùn)備用電源，總控制室值班人員觀察設(shè)備運(yùn)行正常。2h后，值班人員發(fā)現(xiàn)氧化溝上20余臺(tái)水下推進(jìn)器全部停運(yùn)且故障報(bào)警，維護(hù)人員未發(fā)現(xiàn)故障原因，相關(guān)技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)檢查確認(rèn)是電源反相序。污水提升泵、水下推進(jìn)器及曝氣鼓風(fēng)機(jī)等大多數(shù)污水處理工藝設(shè)備不允許反轉(zhuǎn)，否則會(huì)造成設(shè)備機(jī)械損壞。據(jù)污水處理廠事故損失調(diào)查，20余臺(tái)推進(jìn)器葉片全部脫落，葉片輪箍軸瓦、推進(jìn)器電機(jī)軸頭磨損嚴(yán)重，推進(jìn)器導(dǎo)桿及脫架與基礎(chǔ)連接脫開(kāi)，部分推進(jìn)器機(jī)封損壞，電機(jī)進(jìn)水，直接維修成本6萬(wàn)余元。由于同時(shí)運(yùn)行的1#進(jìn)水泵及3#曝氣鼓風(fēng)機(jī)均由變頻器驅(qū)動(dòng)，變頻器未設(shè)置反相序保護(hù)功能，雖然供電電源相序相反，但經(jīng)過(guò)變頻器整流及逆變，變頻器輸出相序沒(méi)有反相，因此進(jìn)水泵及曝氣鼓風(fēng)機(jī)沒(méi)有損壞，故總控制室工作人員未及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常。

圖1 漣水污水處理廠SCADA系統(tǒng)

事故發(fā)生后，將氧化溝污水全部排掉，修復(fù)設(shè)備，重新培養(yǎng)活性污泥，前后共用時(shí)一個(gè)月，該廠目前商業(yè)運(yùn)營(yíng)每噸污水0.8元，每日處理水量3萬(wàn)t，共造成經(jīng)濟(jì)損失78萬(wàn)元。為此，恢復(fù)生產(chǎn)后考慮給不允許反向運(yùn)行的設(shè)備增加反相序保護(hù)功能。

二、設(shè)備反相序保護(hù)

1.方案選擇

（1）在每臺(tái)設(shè)備電控柜加裝一個(gè)相序控制器，只有相序正常時(shí)才允許設(shè)備運(yùn)行，反之，立即切斷設(shè)備。

（2）全廠只裝一只相序控制器，相序控制器信號(hào)接入就近PLC。在PLC站原梯形圖程序基礎(chǔ)上，編寫(xiě)相序保護(hù)功能程序并加到原PLC主程序OB1中最后一個(gè)NETWORKS，一旦檢測(cè)到反相序信號(hào)，通過(guò)PLC程序立即封鎖設(shè)備的運(yùn)行控制命令。對(duì)于其他PLC站所轄設(shè)備相序保護(hù)，首先利用PLC之間以太網(wǎng)通信，將相序檢測(cè)信號(hào)送到相應(yīng)的PLC，再用同樣方法在本臺(tái)PLC做相應(yīng)保護(hù)程序。同時(shí)在上位機(jī)畫(huà)面做一報(bào)警，一旦電源相序相反告知值班人員。

方案（1）的特點(diǎn)是無(wú)論現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制還是調(diào)度人員在上位機(jī)通過(guò)PLC遠(yuǎn)程控制設(shè)備，電源相序反都能切斷設(shè)備運(yùn)行，相序控制器需求量多及敷設(shè)大量電纜，成本很高。考慮到污水處理廠工藝設(shè)備多數(shù)時(shí)間是調(diào)度人員在上位機(jī)通過(guò)PLC遠(yuǎn)程手動(dòng)或自動(dòng)控制，因此選擇方案（2）。

2.電氣接線（圖 2）

選用具有逆相序、缺相等保護(hù)功能的無(wú)錫產(chǎn)臺(tái)灣ANLY相序控制器，將相序控制器直接接到低壓配電室母線，控制器輸出就近接入PLC2。應(yīng)避免相序控制器與母線之間有一級(jí)或多級(jí)開(kāi)關(guān)設(shè)備，否則若開(kāi)關(guān)跳閘，則無(wú)法實(shí)現(xiàn)保護(hù)。調(diào)整相序控制器輸入檢測(cè)端接線，使正常相序時(shí)ANLY繼電器常開(kāi)點(diǎn)閉合，將該常開(kāi)點(diǎn)信號(hào)接入PLC2數(shù)字量輸入端口。此時(shí)試驗(yàn)，一旦對(duì)調(diào)相序輸入端任意兩相或少接一、二相，該常開(kāi)點(diǎn)即斷開(kāi)。

圖2 反相序保護(hù)電氣接線

3.編程

（1）在S7300 PLC2中插入一個(gè)FC塊，在符號(hào)表中給該塊取名為 phase-protection，在該FC塊中編制梯形圖程序（圖3），其中ANLY繼電器常開(kāi)點(diǎn)接入S7300 I20.0，Q0.0、Q0.1及Q0.2等是PLC2原梯形圖程序中控制設(shè)備運(yùn)行的命令，即現(xiàn)場(chǎng)、遠(yuǎn)程、運(yùn)行及故障等設(shè)備輸入條件再結(jié)合工藝要求的邏輯輸出；在NETWORK2中，當(dāng) M0.0為 1時(shí)，將PLC2輸出的、不允許反相運(yùn)行的設(shè)備命令用復(fù)位指令復(fù)位，即使設(shè)備停止運(yùn)行。

（2）將該 FC塊加到 PLC2的OB1中且一定要放在OB1的最后一個(gè) NETWORK 中（圖 4），否則有可能起不到應(yīng)有的保護(hù)作用。這樣Q0.0、Q0.1及Q0.2等形成雙線圈輸出，既是原梯形圖程序的邏輯輸出，也是新加入的相序保護(hù)功能phase-protection的邏輯輸出。由于PLC程序是順序掃描，對(duì)Q0.0、Q0.1及Q0.2等的輸出總以最后一次為準(zhǔn)，因此只有當(dāng)相序反時(shí)會(huì)封鎖這些設(shè)備的運(yùn)行控制命令；相序正常時(shí)，由于M0.0為0，新加的相序保護(hù)功能phaseprotection對(duì) Q0.0、Q0.1及 Q0.2等不產(chǎn)生任何影響。

圖3 FC塊中的梯形圖程序

圖4 OB1中的梯形圖程序

對(duì)于PLC1所轄設(shè)備相序保護(hù)問(wèn)題，首先要將PLC2中相序信號(hào)I20.0利用以太網(wǎng)傳送給PLC1，西門(mén)子S7300 PLC可選用基于以太網(wǎng)的S7連接或S5兼容連接進(jìn)行以太網(wǎng)通信。當(dāng)I20.0傳送給PLC1后，PLC1中按同樣原理編制相序保護(hù)梯形圖程序。