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城市污水處理廠控制系統
北京阿爾泰科技發展有限公司
城市污水處理是政府的重點工程，一些大的城市每天要處理污水幾十萬立方米乃至幾百萬立方米。
城市污水處理工程自控系統設計要求采用集散型控制系統，采取“集中監測，分散控制”的原則，由廠級中央監控工作站和現場分散控制站組成全廠工業控制網�，F場控制級與二臺中央調度計算機之間的通訊采用以通訊光纖為介質的高速工業以態網。
一、系統的要求：
1. 系統結構
控制網絡的設備容量 >128臺，通訊波特率>5MB，通訊距離>2KM，在出現故障時增加或刪除一個節點，都不會影響其它設備的運行和通訊。
2. 故障診斷
控制系統應具有自診斷功能，可以在運行中診斷出系統的部件是否出現故障，并且在監控軟件中及時、準確地反映出故障狀態、故障時間、故障地點、及相關信息。在系統發生故障后，I／O的狀態應返回到系統根據工藝要求預設置的狀態上。
3. 通訊系統的性能
控制系統應是開放的控制系統。它除了具有良好的網絡通訊能力外，通訊結構應采用國際標準的工業環形冗余結構。還應具有與其它控制系統通訊功能和標準的對外通訊接口，網絡連接應無特殊要求。
4. 擴展性和兼容性
為了保證在工廠擴建或改造時滿足工廠的控制要求，控制系統應具有較強擴展能力，并且系統的關鍵部件如主機、電源及通訊網絡均可進行擴展。
5. 控制網絡要求
安全可靠、迅捷高效的控制網絡是成功的過程自動控制系統的先決條件，對于分布式自動化控制系統更是如此。本項目的通信系統采用以光纖為傳輸介質的冗余網絡結構，它包括：
.工業以太網，傳輸速率為10MB／S
.現場總線，傳輸速率為9.6KB／S至12MB／S (波特)，可根據需要自由設定。
工業以太網作為整個控制系統的系統總線，用于連接中央控制室內的各種設備(包括工程師站和操作員站)和各個現場控制站。
二、系統設計
自控系統采用美國AB公司生產的CONTROLLOGIX系列PLC，PLC控制系統的組成如下：
如上所示，自控系統的組成主要包括：
1. PLC現場控制站
現場控制站的PLC系統的主要功能是遠程I/O模塊和通訊的功能，它主要包括模擬輸入模塊、數字輸入模塊、數字輸出模塊、以及通訊模塊。
2. 主PLC控制站
主PLC控制站的主要功能是通過預先編制好的控制程序，對現場控制站I/O模塊所采集的數據進行分析、運算并相應的輸出結果。主PLC控制站還通訊功能，包括和PLC現場控制站之間的通訊和與中央控制站之間進行通訊。它的組成主要包LIM1（PLC的CPU）、通訊模塊和電源等。
3. 控制網絡
自控系統系統包括如下網絡：
3.1工業以態網
工業以態網是一種帶有沖突檢測的多點數據通訊方法(CSMA/CD)，使用國際標準的TCP/IP協議，大慶東城污水處理廠自控系統采用工業以態網來完成中央控制站和現場控制站之間的數據傳遞，利用工業以態網，可以充分的利用系統資源，數據的傳送可以暢通無阻，因為它采用國家標準的TCP/IP協議，所以它可以方便地進行連接和擴充，并且可以在國際互連網上，獲得污水處理廠的數據信息。AB的CONTROLLOGIX系統通過ENET模塊，來實現在以態網中的數據傳遞。
3.2 PLC控制網絡(CONTROLNET)
控制網絡是一種高速確定性的網絡，用于對時間有苛刻要求的應用場合的信息傳輸，它為對等通訊提高了實時的控制和報文傳送服務。CONTROLLOGIX系統的控制網絡對同一鏈路上的I/O、實時互鎖、對等通訊等，均具有相同的帶寬。對離散和連續的過程控制應用場合，均具有確定性和可重復性的功能。在控制網絡內，可以實現輸入數據的多信道廣播、對等數據的多信道廣播。通過CBNR通訊模塊，可以輕松地完成CONTROLNET控制網絡的通訊功能。
3.3中央控制室計算機
中央控制室計算機采用力控組態軟件來完成實時控制和監測功能。
三、控制方案概述
儀表和動力設備均設有兩種控制方式，即現場手動控制方式和集中控制方式，以集中控制方式為主。集中控制主要在值班控制室的PLC控制臺上由值班操作員進行。集中控制方式又分為自動控制方式和手動控制方式。雖然在中央控制室也可對現場儀表和設備進行必要的直接操作控制，但中央控制室主要是執行管理和監督功能和對重要設備的運行及停止給出允許指令。
1 調節池控制
1.1 進入污水處理廠的污水首先進入調節池，以對水量和水質進行調節。調節池內的4個潛水泵對應有4個電動碟閥。潛水泵和電動碟閥的控制分手動方式和自動方式。在自動方式下，當調節池水位高于75%時，4臺潛水泵和其對應的電動蝶閥全都起動和打開。當調節池水位在50~75%時，只起動3臺潛水泵并打開和其對應的3臺電動蝶閥。當調節池水位在25~50%時，只起動2臺潛水泵并打開和其對應的2臺電動蝶閥。當調節池水位在低于25%時，只起動1臺潛水泵并打開和其對應的1臺電動蝶閥。當調節池水位低于低限設定值時潛水泵停泵，電動蝶閥全關。在手動方式下，操作員可根據情況對每臺潛水泵和其對應的電動蝶閥單獨操作。
1.2 調節池的攪拌機可根據潛水泵運行信號自動起動，也可由操作員手動起動。自動起動方式下，攪拌機可分組起動或全部起動。手動起動方式下，每臺攪拌機均可單獨操作。
1.3 流量計FI-101增加進水流量累計軟功能塊，對進水流量進行累計，數據存在中央監控計算機的數據庫中，可隨時調用和打印。
2 細格柵間與沉砂池的控制
2.1 細格柵間設回轉式機械格柵2 臺（1用1備）。細格柵間前后各裝有啟閉機和液位差計。去渣設備可根據液位差（如大于某設定值）或定時自動起動，也可由操作員手動起動。
2.2 沉砂池的行車式刮砂機和砂泵可根據設定的時間自動同步運行或由操作員手動控制運行。當刮砂機在池上往返運行一個來回后，刮砂機和砂泵自動停機。
2.3 流量計FI-102增加進水流量累計軟功能塊，對進水流量進行累計，數據存在中央監控計算機的數據庫中，可隨時調用和打印。
3 初沉池及配水井的控制
3.1 初沉池配水井有3個啟閉機，2個啟閉機分別控制到2個初沉池的進水，第3個啟閉機控制跨越初沉池的旁路。
3.2 初沉池裝有液位計，以指示其液位變化。當液位超過設定的上限時，自動打開啟閉機將水送入對應的A/O生化反應池。
3.3 刮泥機的運行狀態由PLC進行監控。刮泥機可自動或手動運行。
4 廠區排水泵池的控制
4.1 廠區排水泵池的控制分手動控制方式和自動控制方式。
4.2 在自動控制方式下，當廠區排水泵池水位在50~75%時，起動一臺排水泵。當廠區排水泵池水位在75%以上時，起動另一臺排水泵。
4.3 當廠區排水泵池水位回落到75%以下時，停一臺排水泵。當廠區排水泵池水位回落到50%以下時，停另一臺排水泵。
4.4 在手動控制方式下，操作員可指定任一排水泵的起、停。
5 A/O生化反應池與鼓風機的控制
5.1 每座生化反應池分五個廊道，每個廊道都裝有溶解氧指示儀表。在好氧段有送風管，送風管入口設有電動蝶閥。操作員可根據各廊道溶解氧指示儀的指示值決定該廊道電動蝶閥的開啟。
5.2 在絕氧段設水下攪拌器3臺。水下攪拌器設定為“自動”運行狀態后將連續運行，除非故障或手動停機。
5.3 一期工程設3臺鼓風機，2用1備，每個鼓風機出口設一電動蝶閥。
5.4 當溶解氧值還未達到要求時，自動起動第2臺鼓風機以增加風量，直至滿足要求。
6 二沉池的控制
6.1 監視二沉池的泥位，溫度，溶解氧和出水量。
6.2 監視二沉池出口的PH值,COD值,BOD值，氨氮值，溶解氧值。
7 污泥池控制
7.1 污泥泵池設4臺回流污泥泵，其工作程序同調節池的抽水泵工作程序相同。但回流污泥泵除受泥位高低控制外，還受進水量大小變化的控制，原則上污泥回流量與進水量為1:1。
7.2 每臺泵在上述任一條件滿足后起動；反之，當兩個停機控制條件同時滿足時方可停泵。
7.3 監視進入A/O生化反應池的污泥壓力和MLSS值。
7.4 根據工藝要求和工廠穩定操作后，每天定時定量起動潛污泵，將剩余污泥排入污泥間。
8 污泥間控制
8.1 監視剩余污泥的流量和污泥累計量。
8.2 監視污泥液位和MLSS值。
8.3 當污泥液位高于上限值時，起動螺桿泵，將污泥送入污泥脫水間。
四、總結
采用AB的CONTROLLOGIX和力控的組態軟件，采用上圖的硬件結構，實現了系統的要求。
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