于LK冗余方案的紀莊子污水處理廠(chǎng)自控系統升級改造

1引言

紀莊子污水處理廠(chǎng)位于天津市河西區衛津河以西、津港運河以北、紀莊子排污河以南的區域，占地面積30公頃。紀莊子污水處理廠(chǎng)的污水處理工藝采用多級AO處理工藝。紀莊子污水處理廠(chǎng)升級改造工程是天津市污水處理工程項目之一，主要內容包括污水處理廠(chǎng)的工藝設備、電氣設備和自控儀表設備等的升級改造。紀莊子污水處理廠(chǎng)服務(wù)于天津市紀莊子排水系統，升級改造工程的設計處理能力為45萬(wàn)噸/日。

紀莊子污水處理廠(chǎng)升級改造工程的工作內容包括改造老系統曝氣沉淀池、改造老系統初次沉淀池集配水井、改造老系統初次沉淀池、改造老系統初次沉淀池為厭氧池、改造老系統生物池、改造老系統污泥泵房、新建老系統接觸池、改造老系統加氯間、改造擴建系統初次沉淀池為厭氧池、改造擴建系統生物池、新建擴建系統接觸池、改造擴建系統污泥泵房、新建加藥及碳源投加間、新增除臭系統。污水和污泥的處理工藝流程如圖1所示。



2污水處理自控系統的總體設計

2.1系統總體設計

為了保證生產(chǎn)過(guò)程的安全可靠性和生產(chǎn)連續性，兩個(gè)增補站繼續使用歐姆龍CS1系列PLC，兩個(gè)新增站采用基于和利時(shí)LK系列PLC的集中和分散相結合的自動(dòng)化控制系統，實(shí)現對全廠(chǎng)工藝參數、電氣參數和設備運行狀態(tài)的監測、控制、連鎖、報警以及報表打印等。通過(guò)主站和遠程站間的通訊，完成整個(gè)工藝流程所必需的數據采集、數據通訊、順序控制、時(shí)間控制、回路調節、上位監視和管理等功能。不僅滿(mǎn)足了工藝流程的要求，而且還能實(shí)現安全生產(chǎn)，提高生產(chǎn)管理水平。整個(gè)系統由1個(gè)中央控制室和4個(gè)現場(chǎng)控制站組成?，F場(chǎng)控制站由PLC系統和檢測儀表組成，對各個(gè)工藝過(guò)程進(jìn)行分散控制，再由中央控制室對全廠(chǎng)實(shí)行集中管理。

2.2系統網(wǎng)絡(luò )結構

本系統的網(wǎng)絡(luò )通訊結構具有簡(jiǎn)明、高效﹑開(kāi)放的特點(diǎn)，將以前的五層通訊結構簡(jiǎn)化為管理層﹑控制層和設備層等具有優(yōu)異通信功能的三層網(wǎng)絡(luò )，如圖2所示。管理層采用Ethernet網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現PLC與上位機之間、PLC與第三方設備之間的數據通信?？刂茖硬捎肞rofibus-DP網(wǎng)絡(luò )，負責各個(gè)控制器與IO模塊的通訊。
設備層可以采用串行總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )、Ethernet網(wǎng)絡(luò )或Profibus-DP網(wǎng)絡(luò )等多種。

設備層網(wǎng)絡(luò )用于實(shí)現開(kāi)關(guān)﹑儀表和人機界面等現場(chǎng)設備與PLC之間的通信。

就地控制具有最高的控制權限。當自控系統由于一些不可抗力導致無(wú)法正常運行時(shí)，可以通過(guò)就地控制保證污水處理過(guò)程的連續性。將現場(chǎng)控制箱上的“就地/遠程”旋鈕切換至“就地”位置，通過(guò)箱上的“啟動(dòng)/停止”按鈕實(shí)現就地手動(dòng)控制。



2.3系統結構與配置

根據污水處理工藝的控制要求，污水處理工程自動(dòng)化控制系統分為三級管理，包括生產(chǎn)管理級（中央控制室）、現場(chǎng)控制級（PLC控制站）和就地控制級?，F場(chǎng)各種數據通過(guò)PLC系統進(jìn)行數據采集，并通過(guò)主干通訊網(wǎng)絡(luò )傳送到中央控制室的監控計算機，實(shí)現集中監控和管理。中央控制室和PLC控制站之間的數據通訊采用高速實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò )結構為環(huán)形，傳輸介質(zhì)為光纖，通訊速率為100Mbps。同樣，中央控制室監控計算機的控制命令也通過(guò)上述網(wǎng)絡(luò )傳送到PLC，實(shí)施對各單元的分散控制。污水廠(chǎng)自動(dòng)化控制系統拓撲結構與功能配置如圖3所示。




3污水處理自控系統的結構與配置

3.1生產(chǎn)管理級（中央控制室）

中央控制室設有兩臺監控操作站、一臺工程師站、兩臺數據服務(wù)器、一臺視頻監視服務(wù)器、一套DLP拼接屏、一臺故障打印機、一臺圖表打印機、UPS電源、一臺網(wǎng)絡(luò )機柜。中央控制室主要完成對生產(chǎn)過(guò)程的管理、調度、集中操作、監視、系統功能組態(tài)、控制參數在線(xiàn)修改和設置、記錄、報表生成及打印、故障報警及打印，對實(shí)時(shí)采集的數據進(jìn)行處理，控制操作以及分析統計等功能。通過(guò)高分辨率液晶顯示器及DLP拼接屏可直觀(guān)地動(dòng)態(tài)顯示全廠(chǎng)各工藝流程段的實(shí)時(shí)工況、各工藝參數的趨勢畫(huà)面，使操作人員及時(shí)掌握全廠(chǎng)運行情況。同時(shí)，中央控制室還配置了專(zhuān)業(yè)的工業(yè)數據庫軟件King Historian，該項目需要進(jìn)行歷史數據存儲的變量點(diǎn)數達8000多點(diǎn)，同時(shí)對數據的存儲頻率要求很高，普通變量要求30秒鐘記錄一個(gè)數據，對于數據精度要求較高的變量，例如“瞬時(shí)流量”，要求10秒鐘記錄一次。所存儲的數據包括各監測點(diǎn)水質(zhì)數據、瞬時(shí)流量、累計流量，提升泵、閘門(mén)、污泥泵、刮泥機、攪拌機、鼓風(fēng)機等各設備電壓、電流、功率、耗電量，各設備啟停時(shí)間、啟停次數、累計運行時(shí)間、故障次數等。