李兵

【摘 要】針對現(xiàn)在流行的污水高效生物處理工藝過程的要求，開發(fā)設(shè)計了一套基于工業(yè)以太網(wǎng)和PROFIBUS總線的污水處理自控系統(tǒng)。介紹了控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)、程序設(shè)計以及系統(tǒng)工作的基本原理和主要過程。

【關(guān)鍵詞】污水處理；控制系統(tǒng)；S7-300；MCC

隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)高速發(fā)展，環(huán)境保護已經(jīng)被越來越多的人所重視。而污水處理是其中一個最重要的環(huán)節(jié)，對國民經(jīng)濟的持續(xù)健康發(fā)展都具有重大的現(xiàn)實意義。隨著工業(yè)控制軟件及硬件的不斷發(fā)展和污水處理工藝的不斷完善，我們完全可以利用先進的控制技術(shù)和控制設(shè)備對污水處理的全過程進行自動控制?？梢院芎玫慕鉀Q以往污水處理系統(tǒng)中存在的自動化程度低、可靠性差、大時滯性等問題。

一、污水處理工藝流程簡介

污水處理工藝的選擇主要取決于污水所含污染物的特性以及對處理后出水的排放要求。此文選取高濃度的有機污水做為處理對象，根據(jù)該類污水的水質(zhì)特性選用技術(shù)先進、成熟可靠的“厭氧+好氧”生物處理工藝作為主處理工藝，在主處理工藝之后增加一個混凝氣浮的物化處理單元，目的是化學(xué)除磷，確保磷的指標(biāo)達到排放要求。選擇這樣一套污水處理工藝流程，具有處理效果好、投資少、能耗低、成本經(jīng)濟，管理方便等諸多特點。主要流程圖如圖1。

二、控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)污水處理工藝流程和現(xiàn)場設(shè)備的要求，控制系統(tǒng)采用集散型控制系統(tǒng)?？刂撇糠钟芍醒肟刂剖?、風(fēng)機房、污泥處理、MCC控制中心組成。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線混合型結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場層的通訊采用PROFIBUS-DP主從協(xié)議，使用屏蔽雙絞線作為傳輸介質(zhì)，不同的子網(wǎng)和不同介質(zhì)之間可以通過耦合器或接口模塊連接。過程監(jiān)控層使用以太網(wǎng)協(xié)議，通過帶有雙網(wǎng)卡的PLC進行通訊協(xié)議的轉(zhuǎn)換，一塊網(wǎng)卡為PROFIBUS-DP網(wǎng)卡、一塊為以太網(wǎng)卡。PLC作為現(xiàn)場總線中的一個站點，又作為以太網(wǎng)上的一個站點，而操作員站和工程師不作為現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)中的站點，只作為以太網(wǎng)中的一個節(jié)點，此網(wǎng)上的各個站點相互之間的數(shù)據(jù)交換通過以太網(wǎng)進行，而控制現(xiàn)場的的信息也通過以太網(wǎng)從PLC中的寄存器讀取，到控制現(xiàn)場的參數(shù)也由以太網(wǎng)送到PLC的寄存器中，然后通過主從協(xié)議傳送到現(xiàn)場總線中的各個子站。

三、中央控制室系統(tǒng)配置

中央控制室由PLC控制柜、操作兼工程師站及一臺打印機組成。過程PLC選用西門子S7-300。CPU選用CPU315-2DP，本身集成了PROFIBUS-DP總線的端口，利用這個端口實現(xiàn)和遠(yuǎn)程的兩個子站的通訊。此外PLC上還配置了一塊以太網(wǎng)卡，通過一臺以太網(wǎng)交換機OSM實現(xiàn)與裝有WINCC的操作兼工程師站以及公司級的裝有PI軟件的監(jiān)視計算機通訊。

1.控制系統(tǒng)硬件

整個控制系統(tǒng)硬件組態(tài)包括一個作為控制系統(tǒng)核心的S7-300PLC站、一個作為主控制站的PC機和一個作為公司監(jiān)控站的PC機?？刂葡到y(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)包括兩個網(wǎng)絡(luò)：一個是PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)，由S7-300PLC和兩個遠(yuǎn)程I/O模塊組成；另外一個網(wǎng)絡(luò)是工業(yè)以太網(wǎng)，由S7-300PLC、主控操作站和公司監(jiān)控站構(gòu)成。

2.S7-300PLC的控制流程及程序設(shè)計

在整個控制系統(tǒng)中，自動控制部分主要有調(diào)節(jié)池的PH值、溫度、液位的自動控制、事故池的液位控制，此外還有UASB部分、一級A2O處理池、二級A2O處理池等一些流量控制。檢測部分主要有各個池的液位、溫度、PH值以及管道的流量值。

3.WINCC程序設(shè)計

上位機采用WINCC軟件作為開發(fā)平臺生成監(jiān)控界面，主要完成溫度、壓力、流量、液位等系統(tǒng)參數(shù)的監(jiān)視、故障報警，遠(yuǎn)程控制、參數(shù)設(shè)置、趨勢分析、打印報表。主要界面包括啟動初始畫面、工藝流程總覽畫面、各單元總覽畫面等，整個系統(tǒng)界面友好、直觀、操作方便。

四、電氣部分設(shè)計

本系統(tǒng)的電氣部分按照工藝劃分為預(yù)處理單元、生物處理單元、污泥處理單元、鼓風(fēng)曝氣單元等。由于污水處理是一個連續(xù)的過程，如果正常生產(chǎn)時發(fā)生電源故障，那樣會引起工藝狀態(tài)混亂，需要很長時間才能恢復(fù)。所以供電負(fù)荷要求為二級，供電電源為兩個。一路接市電；一路接UPS，一旦市電中斷，UPS電源供電，以保證系統(tǒng)和工藝裝置的安全。本流程的主要用電負(fù)荷為鼓風(fēng)機、提升泵和污泥脫水機等。MCC控制中心實現(xiàn)對提升泵、鼓風(fēng)機、刮泥機、電動閥、脫水機的控制。

以本方案為基礎(chǔ)設(shè)計的污水處理自動控制系統(tǒng)，利用了當(dāng)前先進的硬件、軟件以及網(wǎng)絡(luò)總線技術(shù)，開發(fā)形成了一套先進、可靠、可利用性高、實時性好、操作簡單、控制品質(zhì)高、經(jīng)濟實用的控制系統(tǒng)。通過實際運行，達到了環(huán)保部門要求的市政管網(wǎng)的排放標(biāo)準(zhǔn)，體現(xiàn)了良好的社會效益。

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