PLC軟冗余系統在城市污水處理工程中的應用
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隨著(zhù)我國經(jīng)濟發(fā)展和城鎮化進(jìn)程的加快，中小城市污水量呈現逐年增加趨勢，為減少污水收集管網(wǎng)的工程建設投資，中小城市污水處理設施呈現分散、規模小等特點(diǎn)。受經(jīng)濟發(fā)展水平、處理要求、運營(yíng)管理經(jīng)驗和水平等影響，大型污水處理控制系統難以適應這些中小污水處理工程的建設要求，尋找適合城市中、小污水廠(chǎng)的污水處理控制系統顯得十分重要。本文介紹西門(mén)子S7-300 PLC軟冗余系統在安徽無(wú)為縣城污水處理廠(chǎng)的成功應用，該系統既保證了系統的可靠性、穩定性和實(shí)時(shí)性，又降低了工程建設成本。
1 系統介紹
安徽無(wú)為縣城污水處理廠(chǎng)是一座由安徽現代污水處理有限公司按BOT方式(建設-運行-移交)籌資建設的的城市污水處理廠(chǎng)，處理規模一期40000m3／d，廠(chǎng)址位于無(wú)為縣城東北部陳家村西側，占地面積約3．34公頃。無(wú)為污水處理廠(chǎng)主要處理來(lái)自縣城東北區約13萬(wàn)人的生活污水及工業(yè)廢水，采用A／A／O工藝，主要構筑物包括粗格柵及進(jìn)水泵房、細格柵及旋流沉沙池、生物反應池、二沉池配水井及污泥泵房、二沉池、紫外線(xiàn)消毒渠和儲泥池等，其流程圖如圖1所示。設計要求出水水質(zhì)達到GBl8918-2002國家一級B排放標準，污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的污泥采用濃縮脫水處理后外運至垃圾填埋場(chǎng)填埋。
無(wú)為污水處理廠(chǎng)控制系統設1個(gè)監控中心(中控室)、3個(gè)現場(chǎng)PLC站(模擬屏站PLC01、變配電間站PLC02、污泥脫水間PLC03站)。其中變配電間站最為重要，主要控制提升泵站、格柵井、沉沙池、氧化溝、二沉池、回流泵站、剩余污泥泵站、貯泥池的自動(dòng)運行。關(guān)鍵控制對象是氧化溝中的含氧量和回流污泥量，以保證維持微生物的生存環(huán)境，達到去除原污水中污染物的目的。
2 選型比較
對于變配電間站控制系統的選型，以前類(lèi)似工程大多采用A-B公司的ControlLogix系列或是西門(mén)子S7-400系列的硬件冗余系統，具有穩定性好、切換速度快等優(yōu)點(diǎn)，但造價(jià)相對昂貴，是國內大型污水處理控制系統的優(yōu)先選擇。目前中小城市的污水項目很多為BOT項目且對控制系統切換時(shí)間要求條件不是太高，所以要求控制系統選型時(shí)既要保證性能，又要降低成本。據德國西門(mén)子公司提供的資料，硬件雙機冗余系統的價(jià)格比軟冗余系統高40％左右，但可用率只提高O．08％。在國外大部分同等規模的污水處理廠(chǎng)中也未采用雙機硬件冗余系統，所以需要對控制系統的技術(shù)有更深入的了解，避免在設計選型上照抄、照搬。通過(guò)對西門(mén)子硬件冗余和軟件冗余系統的深入分析和性能比較，最后決定選用價(jià)格相對便宜而性能又比較穩定的軟冗余系統。
3 軟冗余系統結構和原理
控制系統冗余常見(jiàn)方式是中央處理器冗余、I／O冗余和通訊冗余。中央處理器冗余是在主處理器失效時(shí)，備用處理器自動(dòng)投入運行從而接管控制。在控制權的交互方式上又分為硬件冗余和軟件冗余兩種。硬件冗余是采用硬件方式進(jìn)行切換，除成對的使用中央處理器外，還需專(zhuān)用的熱備模塊負責檢測處理器，一旦發(fā)現主處理器失效，馬上將系統控制權交給備用處理器。硬件冗余采用光纖通訊，通訊速度快，系統穩定，切換時(shí)間更短，但是成本也高。軟件冗余方式只需要成對的處理器，用軟件編程的方式進(jìn)行處理器的切換，組成比較經(jīng)濟，構成十分靈活，但程序處理需要一定的時(shí)間，對于時(shí)鐘同步及切換時(shí)間要求不是十分嚴格的場(chǎng)合，選用軟件冗余方式是非常經(jīng)濟有效的。
3．1 系統結構
軟冗余系統的基本結構如圖2所示。
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