DCS在污水處理廠(chǎng)中的應用

第13卷第2期上海電機學(xué)院學(xué)報Vol. 13 No,22010年JOURNAL OF SHANGHAI DIANJI UNIVERSITY2010文章編號1671-2730(2010)02-0120-05DCS在污水處理廠(chǎng)中的應用許光濘，陳國初”， 文欣秀3， 周林榮'(1.上海新華控制技術(shù)(集團)有限公司，上海200241; 2.上海電機學(xué)院電氣學(xué)院，上海200240; 3.華東理工大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，上海200237)摘要:由于集散控制系統(DCS)發(fā)展日益成熟,DCS的價(jià)格不斷下降,越來(lái)越多的污水處理廠(chǎng)開(kāi)始采用DCS控制系統技術(shù)。以上海南匯污水處理廠(chǎng)使用上海新華控制的XDC800數碼控制系統為例,介紹了DCS在污水處理廠(chǎng)中的應用。上海南匯污水廠(chǎng)的DCS系統自從全面投入運行以來(lái),系統運行良好,各項功能達到設計要求。關(guān)鍵詞:污水處理;集散控制系統;控制中圖分類(lèi)號: TP 273文獻標識碼: AApplication of Distributed Control System in Wastewater TreatmentXU Guangning'，CHEN Gruochu*, WEN Xinxiu'，ZHOU Linrong'(1. Shanghai Xinhua Control Technology(Group) Co. , Ltd. , Shanghai 200241, China;2. School of Electric, Shanghai Dianji University , Shanghai 200240, China;3. College of Information Science and Engineering, East China University ofScience and Technology, Shanghai 200237, China)Abstract: As the distributed control system (DCS) has matured, the price of DCS keeps dropping,and increasingly more sewage treatment plants start to use DCS. This paper introduces the application ofDCS in Shanghai Nanhui Sewage Treatment Plant, which uses Shanghai Xinhua Control XDC800 digitalcontrol system. DCS has been running well in the plant since the system became fully operational withvarious functions meeting the design requirements.Key words: wastewater treatment; distributed control system (DCS); control集散控制系統(Distributed Control System,自身含義更加寬泛化,傳統的DCS系統僅僅是DCS)發(fā)展至今,其功能和性能都有了大幅提高，生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化計算機控制系統,應用于工業(yè)生系統的開(kāi)放性更高、穩定性更好，也更加標準產(chǎn)的過(guò)程控制,而今DCS系統早已經(jīng)超越了這化功。DCS在這些年的發(fā)展中,最大的進(jìn)步是將一理中國煤化工進(jìn)行了擴展。YHCNMHG收稿日期: 2010-03-08作者簡(jiǎn)介:許光濘(1975-),男,工程師,博士,專(zhuān)業(yè)方向為優(yōu)化算法過(guò)程控制,E mail: niatxgn@ 126. com2010年第2期許光濘,等: DCS在污水處理廠(chǎng)中的應用121DCS的廣義概念中,不單單包括了傳統DCS的下,通過(guò)信息多層“無(wú)縫"鏈接,為實(shí)現污水處理過(guò)內容,還兼容了各類(lèi)測量設備和執行機構,并參程的管控一體化及綜合信息處理構建了信息平與到了生產(chǎn)管理與企業(yè)經(jīng)營(yíng)中。DCS現在的概臺。系統由二級網(wǎng)絡(luò )一污水處理廠(chǎng)運營(yíng)管理局念,是一個(gè)企業(yè)全方位完整解決方案。本文以上域網(wǎng)和過(guò)程監控工業(yè)以太網(wǎng)構成。在兩級網(wǎng)絡(luò )架海南匯污水處理廠(chǎng)使用上海新華控制的XDC800構下,以實(shí)時(shí)/歷史數據庫和關(guān)系數據庫為中心，數碼控制系統為例,介紹DCS在污水處理廠(chǎng)中的實(shí)現控制系統的4個(gè)功能層，即現場(chǎng)控制層、過(guò)程.應用[24]。監控層運營(yíng)管理層、遠程訪(fǎng)問(wèn)控制層自控系統構成示意圖如圖1所示。1系統工藝流程中央控制室為數據處理控制中心,設有3臺近年來(lái),污水處理廠(chǎng)已成為各個(gè)城市最重要監控計算機和1臺數據服務(wù)器。其中監控計算機的基礎設施之一。尤其是中小城市,新建或擴建.對整個(gè)水廠(chǎng)進(jìn)行監測遙控,數據服務(wù)器用作數據污水處理廠(chǎng)已成為當地政府改善人民生活水平的處理、運行分析和報表打印。頭等大事.而隨著(zhù)自動(dòng)化技術(shù)、計算機技術(shù)的不.(1)人機接口站(MMI)。本系統設有操作員斷發(fā)展、完善,污水處理廠(chǎng)的自動(dòng)化水平也相應提站(OPU)2套,工程師站(ENG)1套,歷史數據服.高。國內污水處理行業(yè)習慣采用PLC實(shí)現自動(dòng)務(wù)器1套,觸摸屏(一體化機)4套,視頻計算機2監控系統[54]。由于DCS控制技術(shù)的發(fā)展成熟，套,42寸等離子顯示器1臺,DLP大屏幕1套。DCS系統價(jià)格下降(有些DCS系統的價(jià)格優(yōu)勢遠.(2)分布式處理單元(XCU)?？刂破鱔CU-遠優(yōu)于國外的PLC系統),越來(lái)越多的污水處理485冗余配置共5對,控制機柜5個(gè)，AI卡件廠(chǎng)開(kāi)始采用DCS控制系統技術(shù)。大型污水處理.(8通道)12塊,AO卡件(8通道)3塊,DI/SOE卡廠(chǎng)采用DCS實(shí)現自動(dòng)監控已經(jīng)是一種發(fā)展(16通道)52塊,DO卡(16通道)16塊。一趨勢[0。(3)其他外圍設備。彩色激光打印機(A4)1南匯污水廠(chǎng)位于上海市南匯區老港鎮東灘94臺,彩色噴墨打印機(A3)1臺,環(huán)網(wǎng)智能交換機8塘東側,靠近東海,日處理污水量20萬(wàn)t,采用曝套,終端盒4個(gè),UPS電源4臺。氣氧化溝工藝,設計出水水質(zhì)達國家二級排放整個(gè)系統共采集信號.數據2000多個(gè)，數據標準。采集周期為200ms.整個(gè)系統完成的主要功能污水處理工藝為二級污水生化處理工藝:“細為:對整個(gè)水廠(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行運行、監測;根據生格柵→旋流沉砂池→初沉池→鼓風(fēng)曝氣氧化溝產(chǎn)情況調度一級泵運行;調節排水泵頻率,采集鼓(回流污泥泵房)→二沉淀池→紫外線(xiàn)消毒→排海風(fēng)機、紫外線(xiàn)和脫水機系統參數;綜合多種生產(chǎn)資泵房一排?！?。料,可繪制多組趨勢曲線(xiàn)(一個(gè)趨勢組可顯示8條污泥處置工藝為:“初沉池污泥泵房→儲泥池歷史曲線(xiàn));記錄變電所高、低壓電氣柜所有生產(chǎn)(剩余污泥泵房)→離心濃縮、脫水→污泥堆放及設備狀態(tài)、故障。外運"。整個(gè)污水廠(chǎng)由該XDC800系統進(jìn)行自動(dòng)控.制，操作人員在中心控制室可通過(guò)計算機鍵盤(pán)2 DCS 系統結構及配置和鼠標對全廠(chǎng)所有電氣、水泵電機、閘門(mén)設備等自控系統是通過(guò)使用自動(dòng)化技術(shù)、計算機技進(jìn)行人為的干預操作和控制,只要取得相應權術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、數據庫技術(shù)、圖形顯示技術(shù)構建成.限即可開(kāi)始進(jìn)行自己職權范圍內的操作運行，的綜合自動(dòng)化系統。在確保達到規定的技術(shù)要求亦可中國煤化工就地操作設及污水處理過(guò)程優(yōu)質(zhì)可靠運行、排放達標的目標備,并|Y片CNMHG況和數據。污前提下,將污水處理廠(chǎng)運營(yíng)決策、管理、調度、過(guò)程水廠(chǎng)所有設備均可脫離計算機系統，進(jìn)行人工優(yōu)化.故障診斷、現場(chǎng)控制等功能集成在網(wǎng)絡(luò )環(huán)境手動(dòng)操作。122上海電機學(xué)院學(xué)報2010年第2期Internel防火墻.辦公管理中控室激光、噴墨(OPU3)(OPU2)(OPUI)數據服務(wù)器視頻終蹦A網(wǎng)打印機DLP大屏幕(2套)B網(wǎng)-等離子顯示器司人機界面o 6-O-UPS主控鍵盤(pán)視頻矩陣視頓分配器圖文管理系統實(shí)時(shí)控制網(wǎng)(A網(wǎng)、B網(wǎng))(氧化溝智能雙冗余容錯光纖環(huán)網(wǎng)(100M/1 000 M)控制系統)明室內、室外攝像機(共41套)串口服務(wù)器人機界面人機界面MODBUS通訊二人機界面MODBUS通訊司申口服務(wù)器電力監控站川UPS高、低壓小弓配電么小日配電柜智| 能僅表、 MODBUS通訊(現場(chǎng)設備)能儀表，紫房設備鼓風(fēng)機外線(xiàn)設備1#配電間2#配電間污泥脫水機房圖1南匯污水廠(chǎng)自控系統構成示意圖Fig.1 Configuration of the control system in Nanhui Wastewater Treatment Plant行了監測和控制。3 DCS 系統的功能層與信息交換3.2過(guò)程監控層3.1現場(chǎng)控制層該層是系統中信息交換與信息顯示的控制中現場(chǎng)控制層由作為現場(chǎng)控制分站的2套具有心,由掛接在工業(yè)以太網(wǎng)上的作為操作站(工程雙機熱備、技術(shù)性能先進(jìn)的XCU-485處理單元和師/操作員站)的3臺工業(yè)控制計算機及DLP大現場(chǎng)測控儀表及控制設備組成。該功能層實(shí)現污屏幕等設備構成，管理網(wǎng)絡(luò )上的系統數據服務(wù)器.水處理廠(chǎng)各單元過(guò)程所有過(guò)程參數.設備運行狀通過(guò)安全防護也跨接在該層,實(shí)現過(guò)程監控層與.態(tài)及電氣參數的數據采集,單元過(guò)程及設備的控管理層的信息交換。制,并通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)向監控層傳送數據和接受該層通過(guò)新華公司自行研發(fā)的組態(tài)工具和專(zhuān)監控層控制指令。系統在該層實(shí)現了對粗/細格用上位監控軟件實(shí)現污水處理全過(guò)程的測量數據.柵、提升泵、沉砂池、氧化曝氣生物池、二沉池、貯的集中顯示與管理、現場(chǎng)各控制單元的控制組態(tài)、泥池、脫水機房等主要生產(chǎn)環(huán)節工藝過(guò)程參數及.數據顯示的圖文組態(tài)、實(shí)時(shí)數據處理、實(shí)時(shí)控制指電氣設備的控制和保護,確保生產(chǎn)過(guò)程安全、穩令等功能。在控制組態(tài)功能上不僅可實(shí)現PID等定.合理、高效的運行。根據工藝控制的要求,對各種中國煤化工而且為優(yōu)化控格柵前后液位差、泵池液位、氧化曝氣池DO、進(jìn)/制、專(zhuān)YHCNMHG;等先進(jìn)的智能出水PH值、進(jìn)/出的水流量和污泥濃度、藥池液控制功能建立了升友與打展平臺。此外，自控系位及藥劑添加量及供配電系統電量等參數同時(shí)進(jìn)統的實(shí)時(shí)數據庫也建在該層。2010年第2期許光濘,等: DCS在污水處理廠(chǎng)中的應用1233.3 管理層.的高位值,并且在設定的時(shí)間間隔內水位保持在該層建立在由管理計算機和數據庫服務(wù)器組設定的高位值以上時(shí),此時(shí),應增加1臺水泵投入成的局域網(wǎng)上。通過(guò)關(guān)系數據庫和專(zhuān)用的管理軟.運行。件,實(shí)現污水處理廠(chǎng)的生產(chǎn)過(guò)程、決策調度及各項潛水泵組的停止控制是逐臺減少泵機的運行生產(chǎn)運營(yíng)管理等功能,并留有具有網(wǎng)絡(luò )安全防護數量,當水池水位低于設定的低位值,并且在設定的遠程數據庫用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)接口,實(shí)現授權的用戶(hù)遠的時(shí)間間隔內水位維持在設定的低位值以下時(shí)，程數據庫訪(fǎng)問(wèn)。應減少1臺水泵運行。3.4 遠程訪(fǎng)問(wèn)控制層如果水位上升速率超過(guò)設定值時(shí),在設定的使用XHWebHMI_ WEBSITE遠程監控軟件高水位達到之前,應增加1臺水泵投人運行。實(shí)現:如果水位下降速率超過(guò)設定值時(shí),在設定的(1)遠程服務(wù)端歷史數據庫訪(fǎng)問(wèn)(按權限查低水位達到之前,應減少1臺水泵投人運行。詢(xún)各項管理信息及水質(zhì)指標化驗數據);按時(shí)間優(yōu)先循環(huán)起動(dòng)可供使用的泵,每臺泵(2)遠程服務(wù)端實(shí)時(shí)數據庫訪(fǎng)問(wèn)(污水處理的起動(dòng)次數和總的運行小時(shí)數進(jìn)行累積并排出維運行過(guò)程遠程實(shí)時(shí)監控);修計劃,使每臺泵運轉時(shí)間大致相等。(3)污水處理過(guò)程參數實(shí)時(shí)數據各種圖文客控制程序使每一泵 每小時(shí)起動(dòng)次數<6次,2戶(hù)端顯示;次啟動(dòng)間隔>10min,且不論何種情況,不得同時(shí)(4)污水處理過(guò)程參數歷史數據客戶(hù)端顯示;起動(dòng)2臺及以上水泵。(5)實(shí)時(shí)運行工況畫(huà)面遠程調閱;4.3 DO(溶解氧 )控制(6)水質(zhì)參數在線(xiàn)記錄遠程監視;曝氣池DO(溶解氧)是一個(gè)重要運行參數。(7)數據庫遠程維護;生物池的曝氣量分配不同,有不同的溶解氧控制(8)遠端鍵盤(pán)事件記錄提取(監視遠端鍵盤(pán)目標值。由于鼓風(fēng)機輸出氣量不能平均分配,需輸人內容);要在輸氣管道出口安裝電動(dòng)閥來(lái)調節氣量的分(9)遠程技術(shù)支持(行業(yè)專(zhuān)家和技術(shù)專(zhuān)家通配。運行控制采用2個(gè)獨立的調節回路,1個(gè)調節過(guò)操作遠程計算機直接處理現場(chǎng)系統管理、應用回路是根據DO的變化調節相應管路的風(fēng)量閥，程序修改、安裝設置軟件、過(guò)程組態(tài)等)。另1個(gè)調節回路是根據管道壓力變化來(lái)調節鼓風(fēng).機進(jìn)口導葉片或出口擴壓器葉片或風(fēng)機的頻率。4 DCS 系統的控制策略實(shí)現其控制系統簡(jiǎn)圖如圖2所示。4.1 機械格柵控制根據總管壓力控制導葉或格柵控制箱具有手動(dòng)/自動(dòng)2種運行模式。擴壓器葉片或風(fēng)機的頻率5--“手動(dòng)”狀態(tài)下,由控制箱面板上的按鈕控制A生物池鼓風(fēng)機格柵除污機.輸送機和壓榨機的運行;“自動(dòng)”狀態(tài)下由所在單體的現場(chǎng)控制站,根據預先設定的時(shí)5---- P DO間間隔觸發(fā)開(kāi)/停,若被測液位差超過(guò)設定值|PB生物池(0. 20 m),機械格柵將連續運轉,直到被測液位差低于設定值。格柵除污機的每次運轉應使預先設圖2曝氣系統 DO控制策略Fig.2 DO control strategy of aeration system定的作為基本控制的時(shí)間間隔復零,格柵除污機運行時(shí),輸送機和壓榨機應隨之聯(lián)動(dòng)。中國煤化工i根據總管壓力4.2 潛水泵控制調節M(mǎn)YHCNMHG頃率,鼓風(fēng)機能潛水泵組(3用1備)的啟/?？刂朴涩F場(chǎng)控制耗才能保持最小，所以最經(jīng)濟的方法是盡量開(kāi)大站根據水池水位進(jìn)行控制,當水位超過(guò)一個(gè)設定閥門(mén)以減少管道的損耗,以調節進(jìn)口導葉片或者124上海電機學(xué)院學(xué)報2010年第2期風(fēng)機頻率調節風(fēng)量為主,閥門(mén)開(kāi)度調節為輔。方案[J].電工技術(shù).2007(10); 8-10.[3]虞新興,彭亦功. 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