污水處理廠自動控制系統設計解決方案
發布日期：2015-08-15 12:07 瀏覽次數：
污水處理廠自動控制系統設計解決方案：南京康卓環境科技有限公司根據宜都市高壩洲污水處理廠自控文件的要求，參考相關的水、電等機電設備的相關資料，自控控制及儀表系統需監控的內容有：
1、系統設備監控：包括格柵機系統、進水泵自控、啟閉機的監控、推流器的監控、提升泵房自動控制及運行優化調節，污泥脫水機房設備監控。
2、重要設備的監控：格柵機、進水泵、提升泵、推流器、攪拌機。
3、水質的監測：PH值、水流量、液位、水溶解氧、污泥濁度、COD、NH4_N等。
4、系統集成：集中控制的顯示及系統管理軟件。
一、工程范圍
1、根據宜都市污水處理廠工程建設項目圖紙等文件的要求，完成自控系統的設計、制造、運輸、安裝、安裝指導、調試、試運行、驗收及售后服務工作，并向業主移交與上述工作有關的、必要的文件資料。
2、負責該系統的深化設計，并保證上述工作完全符合文件要求，同時也滿足設備正常、有效運行的要求。
3、我們公司的工作還包括以下的內容：
1）系統的深化設計
2）設備及部件的檢查、檢驗、測試
3）設計交底
4）設備及設備安裝部件的安裝指導
5）設備及系統調試
6）整改工作
7）與其它分包商的協調配合
8）竣工驗收
9）保修期及售后服務
二、系統設計
1、設計原則
全廠計算機自控系統采用集散型的計算機網絡系統加工業組態軟件以及可靠通用的PLC模塊，保證系統的可靠性、先進性、靈活性及實時性。
2、系統實現
根據湖北省宜都市污水處理及配套管網工程的規模及工藝要求，結合多年來我司在污水處理行業及多個污水處理廠建設的成熟技術和豐富經驗，我們設計使用HMI+PC系統為本次項目的自動化系統構成，再通過和其他各種外設的連接，從而實現對整體污水處理工藝的全過程自動化控制系統，并按照預定的程序對現場設備實現全方位的控制以及信號的采集和傳輸。
圖示1.1 控制原理示意圖
如上圖所示，在現場控制層，現場各設備狀態信號輸入PLC的開關量輸入模塊（DI模塊），PLC的CPU通過邏輯運算和數據轉換成為控制信號，由開關量輸出模塊（DO模塊）輸出信號，控制各泵動作，同時PLC將采集到的各設備的狀態信號傳輸上位機控制系統，由上位機組態軟件直觀形象的顯示出來。另外通過現場儀器儀表對系統的參數進行測量，并將所測的數據傳輸至PLC的輸入模塊中，PLC根據從控制上位機上設定的各項參數（各液位的高度等）實現對系統的全自動控制。由上圖可知，在現場控制層的所有信號的采集和傳輸全部通過PLC來實現；上位機起人機對話媒介，能夠對所有設備及數據進行監視、控制、參數設定、事件存儲、報警查詢等操作。PLC與上位機采用工業以太網的通訊方式，保證通訊的實時性與可靠性，若中控室與PLC控制柜之間的距離較遠，可采用光纖通訊。另外此系統還可以改進成雙環網的控制系統，以增加監控系統的可靠性。
三、系統控制邏輯功能
控制方式，本系統控制方式分為：就地控制、集中手動控制、集中自動控制。
就地控制：此控制模式下，各泵控制柜的模式開關在就地狀態，各泵的啟停互不關聯，啟停操作在各泵對應的控制柜上點動按鈕操作。此模式下上位機僅顯示狀態，不參與控制，對應的控制按鈕無效。
集中手動控制：此控制模式下，各泵控制柜的模式開關在遠方狀態，各泵的啟停互不關聯，啟停操作在上位機上點動相應按鈕執行。同時上位機上顯示各泵的工作狀態。
集中自動控制：此控制模式下，各泵控制柜的模式開關在遠方狀態，各泵的啟停不受人為控制，泵的狀態由PLC內設定的程序及參數自行控制。上位機上顯示各泵的工作狀態。
系統自動模式詳細分解（以水池液位控制為例）：首先確定系統處于集中自動控制模式下。確認6個液位的設置參數符合實際要求。系統根據實際測量的液位自動運行，運行模式如下：
1）、液位一液位較低，為保護水泵（缺水保護），當水位由高水位回落至此水位以下時，系統自動停泵。
2）、液位二高于液位一，為啟動一臺泵的信號。
3）、液位三高于液位二，液位由液位二升至液位三，系統自動啟動第二臺泵。
4）、液位四高于液位三，液位由液位三升至液位四，系統自動啟動第三臺泵。
5）、液位五高于液位四，液位由液位四升至液位五，系統自動啟動第四臺泵。
6）、液位六為較高液位，液位由液位五升至液位六，系統發出聲光報警信號。提醒用戶液位超高（警戒水位報警）。
7）、先進、二、三、四臺泵并非對應1#、2#、3#、4#泵。系統根據啟動的次數自動輪換起泵，先進次起泵先進、二、三、四臺泵對應泵為1#、2#、3#、4#泵。第二次起泵先進、二、三、四臺泵對應泵為2#、3#、4#、1#泵。第三次起泵先進、二、三、四臺泵對應泵為3#、4#、1#、2#泵。第四次起泵先進、二、三、四臺泵對應泵為4#、1#、2#、3#泵。當其中的一臺泵發生故障時，立即切換下一臺泵自動投入運行。
8）、液位是否到達的狀態由液位指示燈顯示，藍色表示未到達，紅色表示到達。液位的設定值由每液位指示燈右側的數值顯示器顯示。
9）、無論控制模式處于何種模式，各泵的運行都進行累計計時，計時時間顯示在如圖所示的控制柜右側。
5、電動閥門的控制，若閥前安裝電動閥門，每臺電動閥門與對應的水泵連鎖，啟動每臺水泵前先開啟閥門，閥門完全打開后延時設定時間運行水泵，水泵運行設定時間后關閉閥門。
6、格柵的控制，若該系統安裝格柵，則根據時間控制格柵機的運行，格柵系統每隔60min運行一次，運行時間20min。
7、啟閉機，由于啟閉機處于常開狀態，僅檢修時需要關閉，故啟閉機沒用自動控制，僅手動控制即可，監控系統僅對其進行狀態監控及手動開閉操作。
8、壓實機（輸送機），若系統安裝壓實機，壓實機與格柵聯動，格柵運行時壓實機運行，格柵停止運行后延時設定時間，壓實機停止運行。
9、厭氧池及氧化溝內設備，根據時間控制污泥和水進入厭氧池，通過潛水攪拌器的不停攪拌并進行1-2小時的氧化。污泥和水在潛水推流器的作用下，在氧化溝內不斷地移動并進行氧化，在自動模式下系統根據污水處理廠的工況及工藝參數由PLC根據預先編制好的程序來完成對設備的操作。
四、系統選型
在整個監控系統的“心臟”——工業可編程控制器PLC的選型方面，我們經過反復、多次地比較發現，西門子公司的S7系列PLC正是我們所追求的高性價比的PLC產品：
性能可靠：性能上完全滿足和超越設計要求；
使用成熟：在供排水行業，電力、污水處理等行業應用；
性價比高：與其他公司PLC相比；具有品牌和質量優勢；價格適中；
網絡功能強大：這也是品牌的特點和優勢；
升級方便：從技術上可以隨時升級。
五、系統功能
本控制系統具有保護、控制、測量、信號采集及故障記錄等功能，這些保護按常規配置，控制有手動和自動控制功能，具有聯鎖裝置。測量包括電氣測量和非電氣測量。信號采集主要是保護裝置的動作信號、設備故障信號及其它接點信號。
控制系統采用可編程序控制器PLC進行數據采集和系統控制。控制系統應對整個系統進行集中監視、管理、自動順序控制，并可實現遠方手動即軟手動操作。
控制方式使用一臺上位機操作站作為操作平臺。通過上位機顯示畫面對各個泵站進行監視和控制，淘汰了傳統的儀表盤臺和按鈕控制。所有運行參數、報警信號均應能打印記錄。
系統采用自動程序控制、就地操作相結合的控制方式。圖控軟件能顯示各個泵站的工藝流程及測量參數、控制方式、順序運行狀態、控制對象狀態等，并能對參數進行成組顯示、趨勢曲線顯示和棒圖顯示。當參數越限報警、控制對象故障或狀態變化時，能以不同顏色進行顯示。
系統中硬件方面的所有模件是插接式的，便于更換。系統中任一模件的故障，不影響其他模件的運行。系統具有自診斷功能，診斷至I/O模件級。在程控系統故障時，能及時給出LED自診斷故障顯示和音響報警。
軟件方面，其操作界面簡單明了，仿真效果好，所有電機成顏色、動態顯示其狀態，管路有水流效果，液面有升降效果。操作人員能夠及時查詢一次設備狀態，并可以人工打印、存儲數據。能夠顯示事件信息，事件列表，并提供了各種查詢手段，還可以進行人工置數操作，報警確認操作，可以顯示在線曲線和歷史曲線，顯示歷史報表，并且能夠打印。
六、詳細技術規格
1系統要求
1.1系統要求
⑴高可靠性
從污水處理廠的工作狀況來看，現場控制設備的工作環境比較差，污水處理廠的自動控制方案設計應使系統能長期穩定可靠運行，做到免維護或少維護。
⑵先進性
因為科學技術在發展，污水處理廠自動控制系統，不僅要代表當今的科技水平，還要力爭在五至十年內不落后。
⑶開放性
自動控制系統，對用戶徹底開放。所有硬件接口，軟件協議全部按開放性的標準設計、編制，為用戶今后系統的擴展，提供硬件和軟件保證。
⑷實用性
操作方便、簡單易學、界面清楚、功能實用。在大方、美觀的前提下，讓用戶感受到真實情況，全功能的漢字處理和顯示。
⑸規范化
方案設計、設備選型、圖紙設計、軟件設計、設備安裝、系統調試等過程中，都嚴格按照國家相關質量體系執行。
1.2控制方式
控制方式，本系統控制方式分為：就地控制、集中手動控制、集中自動控制（不作贅述，詳見“系統邏輯功能”）。
2系統組成
2.1現場控制單元
現場控制單元采用可編程邏輯控制器，主要完成下述4項主要功能：
過程信號采集
過程信號輸出
過程自動控制
傳送采集數據到觸摸屏
擴展功能及通訊接口
2.2進入優先級
系統操作員和用戶進入系統要使用密碼。
系統提供分級的用戶進入密碼系統，所以低級操作員只能進入基本操作功能，同時較高級別的操作人員，按照不同的密碼，可進入不同的系統組態功能。一旦系統操作員提供了正確的密碼，他可以修改他的密碼，而他的權限不會發生變化。
2.3過程顯示
過程畫面應按照泵站的構筑物的走向進行組態，以方便操作員的操作。
系統提供多幅現場區域畫面。命令行用于發出命令。過程畫面可顯示的動態值。每個過程畫面上可顯示多個動態值。
模擬數值以數字方式顯示。例如：液位應在畫面中按照實際的情況進行變化。開關量，例如：泵的運行情況，利用泵圖形的變化來表示。
系統較慢每1秒鐘更新過程信息。畫面的刷新時間不小于1秒鐘。
2.4報警信號
（1）污水處理廠的報警信號可由PLC柜或上位機及馬賽克屏發出。
（2）報警信號分聲、光二種報警。
1.聲報警：由安裝于PLC柜中的蜂鳴器發聲并由人工消音。
2.光報警：在操作界面上以醒目的顏色閃爍顯示。
（3）報警信號是由PLC的開關量輸出通過繼電器動作來驅動的。
2.5故障/錯誤信息和確認
運行過程中一旦產生故障，各自的區域顯示就會閃爍，并顯示一組報警。操作員通過指南信息，被引導至故障產生處的畫面，操作員可確認故障。
確認的故障/錯誤不可取消，而采用靜態顯示。只有故障/錯誤被取消/復位之后，畫面將返回正常運行狀態。
3主要設備技術參數
3.1現場控制單元（PLC）
現今世界，能源問題已成為制約經濟高速發展和環境保護的核心因素，康卓科技一直致力于改善客戶在電力領域的績效和日常生活水平。作為能源優化領域的世界領先企業，康卓電氣集團業務包括5大市場：能源和基礎設施、工業、數據中心和網絡、樓宇以及住宅等領域提供產品和服務。
德國西門子（SIEMENS）公司生產的可編程序控制器在我國的應用也相當廣泛，在冶金、化工、印刷生產線等領域都有應用。西門子（SIEMENS）公司的PLC產品包括LOGO，S7-200，S7-300，S7-400，工業網絡，HMI人機界面，工業軟件等。
西門子S7系列PLC體積小、速度快、標準化，具有網絡通信能力，功能更強，可靠性更高。S7系列PLC產品可分為微型PLC（如S7-200），小規模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。
S7-300是SIMATIC控制器中銷售量較多的產品，它已成功地用于范圍廣泛的自動化領域。S7-300 的重點在于為生產制造工程中的系統解決方案提供一個通用的自動化平臺。這就是說，S7-300 是用于集中式或分布式結構的優化解決方案。堅持不懈的創新和改革使S7-300這個廣泛應用的自動化平臺能持續不斷的升值概述。
SIMATIC S7-300 的大量功能支持和幫助用戶進行編程啟動和維護
高速的指令處理：0.6~0.1μS的指令處理時間在中等到較低的性能要求范圍內開辟了全新的應用領域。
浮點數運算：用此功能可以有效地實現更為復雜的算術運算。
方便用戶的參數賦值：一個帶標準用戶接口的軟件工具給所有模塊進行參數賦值，這樣就節省了入門和培訓的費用。
人機界面 (HMI)：方便的人機界面服務已經集成在S7-300 操作系統內。因此人機對話的編程要求大大減少。SIMATIC人機界面(HMI)從S7-300中要求數據，S7-300按用戶指定的刷新速度傳送這些數據。S7-300操作系統自動地處理數據的傳送。
診斷功能： CPU的智能化的診斷系統連續監控系統的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統事件
(例如：超時，模塊更換，等等)。
口令保護：多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其技術機密，防止未經允許的復制和修改。
操作方式選擇開關 ：操作方式選擇開關像鑰匙一樣可以拔出，當鑰匙拔出時，就不能改變操作方式。
SIMATIC S7-300具有多種不同的通訊接口：
多種通訊處理器用來連接AS-i接口、PROFIBUS和工業以太網總線系統
通訊處理器用來連接點到點的通訊系統
多點接口(MPI)集成在CPU中，用于同時連接編程器、PC機、人機界面系統及其他SIMATICS7/M7/C7等自動化控制系統。這是一個經濟而有效的解決方案；方便用戶的step7的用戶界面提供了通訊組態功能，這使得組態非常容易、簡單。
4、柜體
4.1概述
所有的機柜都統一的外形，每個機柜有20％的預留空間，以便遠期擴容和增加元件，機柜的結構和所有內部連線符合IEC標準的具體要求。所有機柜裝配完整，所有電氣工作，符合電氣規范的應用要求。各機柜及操作臺均放置在室內。
4.2 溫度控制
為了保持柜內溫度低于各元件允許的較高溫度，提供強制的通風。留有通風孔和安裝強制通風的風扇。
4.3柜體的結構
用2MM厚鋼板制成，前面開門，內部電氣安裝至安裝板上，制作安裝底座便于安裝。
4.4柜體表面處理
外表面涂電腦色，桔皺烘漆，內部安裝板、支架等均鍍鋅處理。
4.5銘牌
柜體有明顯的標記，柜內每一個元器件都標記明確。
4.6柜體內電氣內部線路：
1. 電源線和控制線為銅線，線面積不小于1.0mm2。
2. 線槽填充度不超過60％。
3. 提供帶有接地線的220V AC電源插座，每個需要220VAC電源的設備，提供帶有地線的接頭，用于連線，盤內無暴露在外的端子相接觸。
4. 端子板：
提供充足的端子，滿足目前和20％的余量，將盤內備件和端子板連好線。
提供螺栓壓緊：耐壓要求不小于500V。
在端子板底部有一個標記并且還有一個貫穿整個端子板標記條，上面用不同號碼標記每個端子，號碼為打印的。
按照所需的尺寸和型號的線選擇端子板，端子板標志清晰，用打印的標志號標出可使用的系統。
現場連接的端子板將作為現場柜的一部分。
5.為了安全起見，每個回路有斷路器或熔斷器保護；220VAC的回路裝斷路器，能承受250V，2500A的短路容量，且帶有氖燈指示；24VDC回路為快速響應的玻璃管式熔斷器，對于4～20m ADC回路為1A，用于單獨儀表供電為3A。
蘇公網安備 32011602010312號
