PCC在城市污水處理中的應用

2010年第3期工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置●77●PCC在城市污水處理中的應用鄭卓',張東,劉旭東,董蕾(1.甘肅聯(lián)合大學(xué)理工學(xué)院,蘭州730000;2.蘭州理工大學(xué)電信工程學(xué)院,蘭州730050)摘要:針對城鎮污水處理的特點(diǎn)和控制要求,設計了一個(gè)基于貝加萊PCC和以太網(wǎng)的污水處理監控系統,論述了系統的組成和工作原理。各控制站對數據進(jìn)行處理,并且使用工控機對系統進(jìn)行監控。實(shí)際運行結果證明:該方案控制結果良好,達到了污水處理標準,為城市污水處理監控高效化提供了良好的基礎。關(guān)鍵詞:可編程計算機控制器;以太網(wǎng);污水處理;監控系統中圖分類(lèi)號:TP273文獻標志碼:A文章編號:1000 - 0682(2010)03 -0077 -05Application of PCC in urban sewage treatmentZHENG Zhuo' , ZHANG Dong' , LIU Xudong' , DONG Lei'(1. Cllge of Tchnologyo, Gansu Union Uniersiy, Lanzhou 7000 ,China;2. Cllge of Fletric and Information Engineering, Lanzhou Uniersity of Technology, Lanzhou 730050 ,China)Abstract: According to characteristic and control requirement of the urban sewage treatment, thispaper puts forward a monitoring and control system for sewage treatment based on B&R PCC and Ether-net, and discusses composition and operating principle. The data is processed by the control station, andthe system is monitored by industrial personal computer. The actual operation proves that the programcontrols with good result , reaches the sewage treatment standards and provides a good foundation to moni-tor urban sewage treatment eficiently.Key words:PCC;Ethemnet;sewage treatment ;monitoring control system0引言1污水處理流程隨著(zhù)計算機和通信技術(shù)的發(fā)展及自動(dòng)化水平的該污水處理廠(chǎng)日處理污水量為50 000 m'/d, 出不斷提高,越來(lái)越多的工廠(chǎng)采用分布式控制、集中信水標準要求實(shí)現國家《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放息管理的控制模式。污水處理廠(chǎng)運用集散控制系統標準》- -級 B標準,對污水進(jìn)行3個(gè)階段的處理。模型可以最大限度提高污水處理廠(chǎng)運行的可靠性，[鼓風(fēng)機房]提高出水水質(zhì),降低能耗和工人勞動(dòng)強度,達到提高排濟經(jīng)濟效益的目的?？删幊逃嬎銠C控制器(Program-管網(wǎng)來(lái)水菜|粗格柵細格柵2個(gè)mable Computer Controller, 簡(jiǎn)稱(chēng)PCC)以其高可靠5- +及及井CASS提升泵沉沙池反應池性、編程方便、耐惡劣環(huán)境、功能強大等特性已成為工業(yè)控制領(lǐng)域中增長(cháng)速度最迅猛的工業(yè)控制設備,沙水分離器它能很好地解決工業(yè)控制領(lǐng)域普遍關(guān)心的可靠、安[沖洗水池加氧|加藥間|全、靈活、方便、經(jīng)濟等問(wèn)題(5]。該文以蘭州某縣的4[剩余話(huà)性污泥]貯泥池+污泥股水間]泥餅裝運+污水處理為例,介紹了基于貝加萊PCC和以太網(wǎng)的污水處理自動(dòng)控制系統的實(shí)現。中國煤化工圖收稿日期:2009 -08 -31MHC N M H G懸浮狀態(tài)的固體污作者簡(jiǎn)介:鄭卓(1968), 女，工學(xué)碩士,現任甘肅聯(lián)合大學(xué)理染物質(zhì),經(jīng)過(guò)一-級處理的污水, BOD一般可去除工學(xué)院講師，主要研究方向為現場(chǎng)總線(xiàn)。30%左右,達不到排放標準。一級處理屬于二級處●78.工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置2010年第3期理的預處理。二級處理主要去除污水中呈膠體和溶各個(gè)環(huán)節中設置了完整的全過(guò)程檢測儀表,如流量、解狀態(tài)的有機污染物質(zhì)( BOD, COD物質(zhì)),去除率液位、壓力、pH溶氧儀等檢測儀表，確保對工藝全可達90%以上,使有機污染物達到排放標準"。三過(guò)程運行狀態(tài)、水量、水質(zhì)的監控,滿(mǎn)足各環(huán)節的自級處理進(jìn)-步處理難降解的有機物、氮和磷等能夠動(dòng)控制需要(1。自動(dòng)控制系統采用開(kāi)放的分布式導致水體富營(yíng)養化的可溶性無(wú)機物等。處理工藝采控制系統,整個(gè)污水廠(chǎng)自控系統由中央控制室操作用CASS池工藝生化處理,尾水達標后排入黃河。.員站、現場(chǎng)PCC控制站和現場(chǎng)儀表組成。中央控制污泥處理采用機械濃縮脫水處置工藝,泥餅外運衛室操作員站和現場(chǎng)PCC控制站之間通過(guò)工業(yè)以太生填埋,污水處理流程如圖1所示。網(wǎng)連接,數據和參數可以在PCC與中央控制室管理站之間相互傳送[3] ;PCC控制站和現場(chǎng)儀表之間通2系統控制方案過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)和4~20mA進(jìn)行數據傳輸;電機控制2.1系統工藝分析中心MCC控制站通過(guò)PCC控制站的輸入輸出模塊在沉淀池單元，利用超聲波液位變送器、提升泵和PCC進(jìn)行數據傳輸,系統控制結構如圖2所示。和PCC構成了一一個(gè)控制回路。液位變送器將液位監控計算機管理計算機打印機變化轉化成信號傳送給PCC,然后PCC根據信號做出相應的反饋給變頻器,通過(guò)PID控制電磁閥來(lái)調10/100以太網(wǎng)整泵電機的頻率和啟停臺數,以此控制沉淀池單元的水量。PCC MCCCASS池單元是整個(gè)處理工藝的核心單元。系統在傳統CASS池的前端增加了一個(gè)生物選擇區(缺氧運行),采用雙池進(jìn)水，循環(huán)周期采用6 h,信號模塊mi里CASS池每8按4個(gè)周期運行,時(shí)段分配為:進(jìn)水/曝氣回流4.0 h;靜止沉淀1.0 h;潷水閑置(排泥)圖2系統網(wǎng)絡(luò )圖1.0 h。在PCC現場(chǎng)控制站上,配置了帶TCP/IP接口PCC通過(guò)CASS池中的pH值、氧化還原電位、的通信模塊,以便和中央控制站通信。另外還提供溶解氧混合液懸浮固體濃度以及電導率值等參數可編程的串口,以便與第三方智能串口設備進(jìn)行通.的變化,做出相應的反饋信號傳送給泵、變頻器和電信。PCC現場(chǎng)控制站監視和控制污水處理的整個(gè)生動(dòng)閥,變頻器通過(guò)PID方式控制鼓風(fēng)機組,保持管內產(chǎn)過(guò)程,并通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò )與監控計算機及其他現場(chǎng)壓力恒定。通過(guò)泵、鼓風(fēng)機的啟停和調整電動(dòng)閥的控制設備進(jìn)行通信。中控室能夠觀(guān)察到一些重要的開(kāi)度來(lái)實(shí)現CASS池污水處理工藝的自動(dòng)控制,使運行狀態(tài)和工藝參數,對現場(chǎng)設備進(jìn)行操作及控制其達到最佳處理狀態(tài)。參數的設置和修改?？紤]到方便、安全調試和運行.2 污水處理控制方案以及緊急情況，整個(gè)系統主要機械設備的控制采用根據污水廠(chǎng)的分布情況，共設有3個(gè)PCC現場(chǎng)就地手動(dòng)控制、自動(dòng)控制、中央控制站遙控的3層控控制站,分別設置在3個(gè)位置。制模式;其他設備采用現場(chǎng)控制、中央控制的2層控1)粗格柵及污水提升泵房控制室,實(shí)現對所有制模式?，F場(chǎng)在線(xiàn)儀表的數據采集,負責粗格柵及污水提升2.3硬件設計泵房、細格柵及沉砂池.配水井、進(jìn)廠(chǎng)“水水質(zhì)的設備上位機硬件系統配置監控計算機為2臺研華工控制及數據采集?？貦CP4 ,其性能穩定、可靠、性?xún)r(jià)比高。因為該廠(chǎng)以2)變配電室控制室,負責鼓風(fēng)機房、CASS反應前使用西門(mén)子產(chǎn)品,擁有SIMATIC WINCC 6.0軟池、接觸池、加氯間、出廠(chǎng)水水質(zhì)的設備控制及數據件,因此為了減少不必要的成本，采取0PC技術(shù)來(lái).采集。負責PCC和WINCC軟件的數據通信,主要實(shí)現對3)污泥脫水機房控制室,負責貯泥池、污泥脫污水中國煤化工利。水機房沖洗水池的設備控制及數據采集。|YHC N M H G$性能X20CP1485其中變配電室現場(chǎng)控制站還包括4個(gè)遠程站，控制器 ，自帶以太網(wǎng),和RS232或CAN通信接口,其.分別設置在CASS反應池潷水器附近。在工藝流程處理頻率達到Celeron 400 MHz,達到400 μs任務(wù)執2010年第3期工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置●79.行時(shí)間。通過(guò)編制控制程序,對現場(chǎng)控制站I0模塊進(jìn)行數據采集和分析運算并相應輸出結果。自0 _Cyelic國- [10 as]v0.00g cye_con .User EOM . . . 11076V0.00帶以太網(wǎng)接口實(shí)現與監控中心數據通信,采用容易0.00UserDoN 2764擴展X20 I0單元,采集遠程設備數據信號。結構14872 .緊湊,功能齊全,性?xún)r(jià)比高，安裝方便4。User148012036根據上述控制內容和工藝要求,控制系統需完User 10M13500Vser RON0 Cydlicn- [1000 a]成對系統參數的檢測控制報警和自動(dòng)生成報表等Uer 01380功能。因為監控系統采集和控制的點(diǎn)數非常多,為Detisbjett了實(shí)現系統正常、穩定、安全、高效地運行,系統以工國ACPIO: Doplompant Table業(yè)以太網(wǎng)鏈接為主干網(wǎng);局部采用RS485主從式鏈ACP10: Ca Profile路的局域網(wǎng)形式。上位機通過(guò)100 M Ethemet ,采用TCP/IP協(xié)議與上位機進(jìn)行信息傳輸。通過(guò)上位機與主控單元實(shí)現對工業(yè)現場(chǎng)的實(shí)時(shí)監視和控制,實(shí)圖3系統程序流程圖踐表明系統運行良好。利用其強大的上下位全集成功能,節約了開(kāi)發(fā)時(shí)間,2.4軟件設計增強了系統的透明訪(fǎng)問(wèn)度。WinCC V6. 0可以通過(guò)貝加萊的PCC控制器采用分時(shí)多任務(wù)操作系OPC技術(shù)與貝加萊PCC進(jìn)行通信。首先要設置好統,可將控制要求分成多個(gè)任務(wù)并且在-一個(gè)掃描周貝加萊0PC服務(wù)器相應的配置,接著(zhù)在WinCC的期內同時(shí)執行。系統軟件使用Automaton Studio,它變量管理器中添加OPC驅動(dòng)程序,選擇好變量類(lèi)支持標準的C、Basic、梯形圖、指令表、順序結構圖等型,然后就可以將已經(jīng)存在的0PC變量添加到6種標準的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言,提供了強大的數據運算和處WinCC中6]。這樣WinCC可以同時(shí)直接集成3個(gè)理能力。同時(shí)編程環(huán)境中包含豐富的兩數庫及功能PCC站上的所有I/0點(diǎn)和程序中的變量,省去了程塊,大大減輕了開(kāi)發(fā)人員的工作量。系統使用高級序上大量的數據交換,減輕了調度PCC的負荷。語(yǔ)言C進(jìn)行編程,其運算時(shí)間快,而且容易實(shí)現模操作員站的2臺工控機作為冗余服務(wù)器,支持塊化編程。加上PCC的分時(shí)多任務(wù)系統,可以使控TCP/IP網(wǎng)絡(luò )協(xié)議。在組態(tài)服務(wù)器時(shí),系統會(huì )要求將制更加快速和精確,以達到更好的控制目標。Auto-2臺服務(wù)器中的一- 臺定為缺省主機,另一臺為冗余mation Studio對所有自動(dòng)化系統完成集成和配置任伙伴服務(wù)。在缺省主機上創(chuàng )建工程項目,并對該項務(wù),并且能準確地識別硬件組件,提供直觀(guān)精確的診目進(jìn)行組態(tài),建立與各PCC連接的驅動(dòng)程序,在各.斷功能,遠程診斷功能,開(kāi)放式接口。它的硬件和軟個(gè)驅動(dòng)程序下建立驅動(dòng)連接以及過(guò)程變量,歸檔變件都是模塊化的,可以根據控制需要組合成污水處量記錄和報警記錄,創(chuàng )建過(guò)程畫(huà)面等”’。理的專(zhuān)用控制系統，并具有靈活自由的聯(lián)網(wǎng)和擴展在監控畫(huà)面中,可以實(shí)現自動(dòng)控制調節中的手能力。所有的模塊(包括液位控制模塊.溫度控制動(dòng)/自動(dòng)切換、給定值輸人、參數輸人等功能,使操作模塊等智能模塊)通過(guò)一個(gè)系統總線(xiàn)進(jìn)行連接通人員操作管理很方便。利用此軟件可以完成監視器信,中間沒(méi)有接口,并且還具有分時(shí)多任務(wù)操作系顯示所需的現場(chǎng)設備監控畫(huà)面。如系統狀態(tài)圖、硬統,可以設定程序循環(huán)周期。例如該系統就針對不件報警、工藝報警、模擬量趨勢、對比趨勢、操作日.同的控制要求采用了3種不同的循環(huán)時(shí)間,這樣系志、報表輸出等?？芍庇^(guān)、動(dòng)態(tài)地顯示出現場(chǎng)各部位統控制就可以分時(shí)實(shí)現各自的控制目標，使CPU的重要參數的變化。系統監控總界面和進(jìn)水泵界面，利用率達到最高。Automation Studio 是確保透明性如圖4、圖5所示。的研發(fā)過(guò)程和機器高效運行的安全性保障。系統的4結束語(yǔ)程序流程如圖3所示。該污水監郴系統集PCC技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)、3控制 系統上位機設計計算中國煤化工管理于- -體,采用為了減少成本,上位機軟件使用已有的西門(mén)子分散|YHCN M H G模式,準確掌握了公司的WinCC V6.0版本。WinCC 是專(zhuān)門(mén)為過(guò)程控污水處理各項工藝指標,快速監控設備運行狀態(tài),降制和現場(chǎng)監控開(kāi)發(fā)的監控系統軟件。在組態(tài)時(shí)充分低了現場(chǎng)操作人員及生產(chǎn)管理者的勞動(dòng)強度,大大, 80.工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置2010年第3期團進(jìn)水發(fā)站家砂物國生物施斷鼓風(fēng)機房PHOC出股水機的出水樓受配電間MAM壓力0廣重新更明]圖4監控系統人機界面世木深藥行眾了和進(jìn)水愛(ài)站CH2酒位下下用:6000單景風(fēng)機房出冰樓登配電間請紅量上即按警氏災值:圖5監控系統進(jìn)水泵界面提高了污水在線(xiàn)監測的自動(dòng)化程度。在采用技術(shù)和出版社,2006.軟硬件選型上,通過(guò)合理的方案配置使污水處理監[2]鄭興燦 城市污水處理技術(shù)決策與典型案例[M].北測系統達到最佳的性能價(jià)格比。目前該方案已經(jīng)投中國煤化工，[3]+算機監控系統中的入使用,獲得廠(chǎng)方好評。YHCNMH G;71-73.參考文獻:[1] 柏景方污水處理技術(shù)[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)[4] 曹麗婷,田景文,黃桂林. PLC和組態(tài)軟件在污水處理遠程監控系統中的應用[J].機床與液壓,2008,7(3):2010年第3期工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置,81●202 -205.[J].電氣自動(dòng)化,2003 ,25(2):31 -34. .[5] 齊蓉,肖維榮.可編程計算機控制器技術(shù)[M].北[7] 王加倫. PCC控制技術(shù)在煉油廠(chǎng)污水處理裝置上的應京:電子工業(yè)出版社,2005.用[J].石油化工高等學(xué)校學(xué)報,2005 ,3(1):66 -69.[6] 趙紅忠,秦小州. SBR污水處理工藝及自動(dòng)化控制彈性式壓力儀表安全強制性國家標準技術(shù)要求簡(jiǎn)介羅娟(西儀集團有限責任公司西安工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所,西安710082)隨著(zhù)國家對工業(yè)過(guò)程測量和控制系統功能安全表2過(guò)壓能力的重視,控制系統和測量?jì)x表的安全標準相繼提出壓力表測量范圍上限值過(guò)壓能力和制定。強制性國家標準《彈性式壓力儀表通用安≤101.5倍測量上限值全規范》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)標準)于2007年立項,歷時(shí)兩>10~≤601.3倍測量上限值年,起草工作已全部完成，正待批準發(fā)布。該標準的>60~≤1601.2倍測量上限值制定對于保障彈性式壓力儀表的安全運行和使用者的人身安全是非常必要的。3泄壓功能影響彈性式壓力儀表使用安全的因素很多,一標準規定對有泄壓功能的壓力表,當其彈性元般認為主要有以下4種:疲勞破壞、過(guò)壓破壞、泄壓件破裂時(shí),應能及時(shí)釋放表殼內蓄積的壓力,不得使安全、化學(xué)反應及腐蝕破壞。參考相關(guān)美國標準和表玻璃飛出。避免因氣體聚集產(chǎn)生危險。歐盟標準并結合我國現行國家標準GB/T1226《--般壓力表》的具體實(shí)施情況,設立了如下技術(shù)指標4安全用表建議用以保障壓力儀表的使用安全。對于腐蝕破壞和化學(xué)反應破壞因其成因復雜, .1疲勞目前尚缺乏有效的定性與定量考核手段,但壓力表壓力表的彈性元件承受- -定的幅度、頻率、波形的正確選用也可以有效避免許多危險產(chǎn)生。本標準的反復交變負荷而不發(fā)生破裂的能力。理論上講,參考國家標準GB/T 1226和美國國家標準,在標準壓力表所能承受的交變負荷次數越多,其安全性也的資料性附錄中給出了安全用表建議:越有保障。但考慮制造能力和使用情況并參考歐盟1)為保障安全,建議用戶(hù)選用帶有泄壓功能的標準,本標準對疲勞指標進(jìn)行了分檔要求(見(jiàn)表1):壓力表。2)壓力表焊接的強度受焊接方式、焊料的影.表1交變負荷次數響;連接效果受溫度、強度和腐蝕介質(zhì)的影響,使用壓力表測屈范圍上限值交變負荷次數時(shí)應考慮這些因素。.≤2.5 MPa10萬(wàn)次3)對耐振型充油壓力表,如果灌充甘油或硅>2.5 MPa-≤60 MPa5萬(wàn)次油,應避免在強氧化劑的環(huán)境中使用,潛在危險來(lái)自>60-≤1602.5萬(wàn)次化學(xué)反應引起的爆炸。交變頻率:60+5次/分鐘;幅度:測量上限的4)在壓力連接和彈性元件之間,建議放置限制30% ~ 60%器,它可幫助控制逸出氣體,減少危險。2過(guò)壓5)不提倡一只壓力表在某一場(chǎng)合使用后又移作它中國煤化工該考慮其化學(xué)兼壓力表的彈性元件承受超過(guò)測量范圍上限值而容性不發(fā)生破裂的能力。它區別于GB/T 1226"超壓”超.YHCNMHG性時(shí)，應與廠(chǎng)家協(xié)過(guò)測壓上限- -定幅度后仍能保證精度的要求。根據商,選擇合適的彈性元件及接頭元件材料。國內生產(chǎn)企業(yè)的測試數據,作了如表2的規定。