第28卷第3期 佳木斯大学学报(自然科学版) Vo.l28N o.3 2010 年05月 Journa l of Jia m usiUn i v ersity(N atural Sc i e nce Ed ition) M ay 2010文章编号:1008-1402(2010)03-0387-04
污水处理控制系统设计
崔继仁, 肖 彦, 张艳丽, 王越男
(佳木斯大学,黑龙江佳木斯154007)
摘 要: 根据城市污水处理工艺的要求,从综合自动化系统的完整性、可靠性出发,给出了控制系统的网络结构、现场PLC控制站的组成及功能,并设计出系统程序流程图.通过STEP7编程软件编写出相应的梯形图程序,主要实现了预处理控制系统的软件设计.
关键词: 污水处理;网络配置;PLC;控制程序
中图分类号: X703 文献标识码: A
0 污水处理工艺
城市污水处理工艺可分为三类,即物理处理、生物处理、化学处理.物理处理主要是去除废水中悬浮固体和漂浮物质,同时通过中和或均衡等预处理对废水进行调节,生物处理主要去除废水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质,在我国城市污水处理中,多采用物理处理和生物处理[1].典型的工艺流程如图1所示.在进水泵房集水井进口处,安置有格栅机,用于去除可能阻塞水泵机组及管道阀门的较大的悬浮物.然后污水进入曝气沉砂池,在沉砂池侧壁下部鼓入压缩空气,使池内水流呈螺旋状运动,污水中的有机物处于悬浮状态,而吸砂机则将沉砂吸出,送到砂水分离器,污水进入初沉池,至此,完成污水物理处理的阶段.废水经过预处理后,进入曝气池进行连续、充分的曝气,废水中有机物在曝气池内被活性污泥吸附、吸收和氧化分解后,混合液进入二沉池,进行固液分离,净化的废水达到排放标准,可以排出,至此生物处理过程结束[2].
完成生物处理阶段后,根据水质、水量以及污水中所含有的特殊污染物质等情况,选择化学处理的方法,最终使污水达到国家排放标准,从出水口出水.
1 控制系统网络配置
在本文研究的污水处理自动控制系统中,选用工业以太网+现场总线的电气网络配置形式.将上位监控的工控机、一提泵站PLC、鼓风机房PLC、污泥脱水间PLC作为主动站,采用工业以太网通信.远程控制终端二提和供水泵房采用PROFI B US-DP总线,污水泵站中的软启动器,曝气过程中的变频器以及工艺中应用的智能传感器和外围I/O设备,作为从动站.网络拓扑结构根据厂区实际地理分布可为环形+总线型.结构简图如图2所示.
对于PROFI B U S-DP总线,在硬件连接好后,要用STEP7编程软件对网络组态,网络中所有站都设置相同的数据传输率,从站地址单一赋值.
在STEP7中,建立一个DP主站的步骤:
(1)站点窗口中,选择一个机架,并且机架可见(v i s iba le);
(2)在硬件列表中选择主站CPU,如CP U315 -2DP;
(3)拖动一个模块到合适的机架行,选择[属性],则PROFI B US节点窗口打开.这时可以创建一个PROFI B US的子网,或选择己经存在的子网.设置子网属性如传送速率等,设置这个主站的地址.
(4)按[OK]确认设置.
在STEP7中,设置DP从站模块的步骤[2]:
(1)在硬件列表窗口中选择从站模块;
(2)将从站模块拖至所属DP主站标志符,在主站后会出现连线,示意主从之间的关系;
(3)在PROFI BUS子网属性对话框中设置子网传输速率及从站地址.
收稿日期:2010-01-13
基金项目:佳木斯大学科学技术研究项目资助(L2006-03).
作者简介:崔继仁(1965-),男,黑龙江佳木斯人,佳木斯大学信息电子技术学院副教授,硕士.
佳木斯大学学报(自然科学版)
2010年
在STEP7中设置PROFI BUS-DP 主从站的操
作界面见图3.
图1 城市污水处理工艺流程
图2 污水处理控制系统结构简图
2 控制系统组成及其功能
2.1 控制系统组成
整个污水处理控制系统是一个基于现场总线及工业以太网的分布式控制系统.整个控制系统为
三层结构、二级网络,见图2所示.
三层结构包括过程设备层、现场控制层、操作监控层.
该系统的最低层是过程设备层,主要完成工艺设备的现场控制与监测;第二层是现场控制层,主要完成对分控站控制范围内的设备控制及数据采集;第三层是操作监控层,主要完成对全厂水处理
过程的在线监测,并对设备控制层下达控制指令.
二级网络包括管理信息网和实时控制网.
图3 PROFI BU S-DP 主从站操作界面
管理信息网采用工业以太网的形式,用来实现现场控制层的PLC 系统之间、现场控制层与操作监控层之间的通讯与数据传输,传输介质为光缆.
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第3期崔继仁,等:污水处理控制系统设计
实时控制网采用现场总线的形式,用来实现过程设
备层与现场控制层之间的通讯和数据传输.
图4 预处理主程序流程图
图5 主程序梯形图
该控制系统设有一个中央控制室、三个控制分
站、二个远程终端.一个中央控制室设在污水二次
提升泵房;三个控制分站,即鼓风机房分站、污水提
升泵房分站和污水二次提升泵房分站;二个远程终
端,即污泥浓缩脱水间和供水泵房.
系统所有设备均采用三种控制方式,即就地控
制箱手动、中心控制室计算机手动和PLC自动控
制.控制方式的转换由控制箱上的转换开关完成.
现场设备的工况和在线仪表的检测数据均可在控
制室内的工控机上显示并存储.
监控层采用紫金桥组态软件,承担数据管理、
污水厂数据采集、报警、趋势、数据记录及中文报表
等工作.在各分站控制室设有操作员工作站,操作
员通过操作终端详细了解生产运行情况,并可下达
操作控制指令,指挥全厂生产,实现整个污水处理
厂的自动化控制.
污水处理控制系统按功能主要分为进水系统、
除砂系统、SBR池处理系统以及污泥脱水系统等子
系统.现场控制站由3台SI E MENS S7-300
CPU315-DP PLC、1台CP U313-DP PLC以及7
台分布式I/O ET200M组成.
2.2 系统功能
所设计的污水处理控制系统可分为操作监控
层、现场控制层及过程设备层.过程设备层与现场
控制层主要由现场PLC与远程分布式I/O链、在
线检测及分析仪表、电控设备、调节设备等组成.其
直接面向生产过程,是自动化控制系统的基础.
图6 粗格栅控制流程图
图7 格栅控制方式选择流程图
控制系统分三个下位控制区,对现场参数进行
实时采集和处理,执行控制算法,向执行机构发出
控制指令,完成工艺任务.三个控制区分别为一提泵
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