于LK冗余方案的紀(jì)莊子污水處理廠自控系統(tǒng)升級改造

1引言

紀(jì)莊子污水處理廠位于天津市河西區(qū)衛(wèi)津河以西、津港運(yùn)河以北、紀(jì)莊子排污河以南的區(qū)域，占地面積30公頃。紀(jì)莊子污水處理廠的污水處理工藝采用多級AO處理工藝。紀(jì)莊子污水處理廠升級改造工程是天津市污水處理工程項(xiàng)目之一，主要內(nèi)容包括污水處理廠的工藝設(shè)備、電氣設(shè)備和自控儀表設(shè)備等的升級改造。紀(jì)莊子污水處理廠服務(wù)于天津市紀(jì)莊子排水系統(tǒng)，升級改造工程的設(shè)計(jì)處理能力為45萬噸/日。

紀(jì)莊子污水處理廠升級改造工程的工作內(nèi)容包括改造老系統(tǒng)曝氣沉淀池、改造老系統(tǒng)初次沉淀池集配水井、改造老系統(tǒng)初次沉淀池、改造老系統(tǒng)初次沉淀池為厭氧池、改造老系統(tǒng)生物池、改造老系統(tǒng)污泥泵房、新建老系統(tǒng)接觸池、改造老系統(tǒng)加氯間、改造擴(kuò)建系統(tǒng)初次沉淀池為厭氧池、改造擴(kuò)建系統(tǒng)生物池、新建擴(kuò)建系統(tǒng)接觸池、改造擴(kuò)建系統(tǒng)污泥泵房、新建加藥及碳源投加間、新增除臭系統(tǒng)。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(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

為了保證生產(chǎn)過程的安全可靠性和生產(chǎn)連續(xù)性，兩個增補(bǔ)站繼續(xù)使用歐姆龍CS1系列PLC，兩個新增站采用基于和利時(shí)LK系列PLC的集中和分散相結(jié)合的自動化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對全廠工藝參數(shù)、電氣參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測、控制、連鎖、報(bào)警以及報(bào)表打印等。通過主站和遠(yuǎn)程站間的通訊，完成整個工藝流程所必需的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通訊、順序控制、時(shí)間控制、回路調(diào)節(jié)、上位監(jiān)視和管理等功能。不僅滿足了工藝流程的要求，而且還能實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)，提高生產(chǎn)管理水平。整個系統(tǒng)由1個中央控制室和4個現(xiàn)場控制站組成?，F(xiàn)場控制站由PLC系統(tǒng)和檢測儀表組成，對各個工藝過程進(jìn)行分散控制，再由中央控制室對全廠實(shí)行集中管理。

2.2系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊結(jié)構(gòu)具有簡明、高效﹑開放的特點(diǎn)，將以前的五層通訊結(jié)構(gòu)簡化為管理層﹑控制層和設(shè)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(xiàn)PLC與上位機(jī)之間、PLC與第三方設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信?？刂茖硬捎肞rofibus-DP網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)各個控制器與IO模塊的通訊。
設(shè)備層可以采用串行總線網(wǎng)絡(luò)、Ethernet網(wǎng)絡(luò)或Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)等多種。

設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)用于實(shí)現(xiàn)開關(guān)﹑儀表和人機(jī)界面等現(xiàn)場設(shè)備與PLC之間的通信。

就地控制具有最高的控制權(quán)限。當(dāng)自控系統(tǒng)由于一些不可抗力導(dǎo)致無法正常運(yùn)行時(shí)，可以通過就地控制保證污水處理過程的連續(xù)性。將現(xiàn)場控制箱上的“就地/遠(yuǎn)程”旋鈕切換至“就地”位置，通過箱上的“啟動/停止”按鈕實(shí)現(xiàn)就地手動控制。



2.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與配置

根據(jù)污水處理工藝的控制要求，污水處理工程自動化控制系統(tǒng)分為三級管理，包括生產(chǎn)管理級（中央控制室）、現(xiàn)場控制級（PLC控制站）和就地控制級?，F(xiàn)場各種數(shù)據(jù)通過PLC系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并通過主干通訊網(wǎng)絡(luò)傳送到中央控制室的監(jiān)控計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控和管理。中央控制室和PLC控制站之間的數(shù)據(jù)通訊采用高速實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(jiān)控計(jì)算機(jī)的控制命令也通過上述網(wǎng)絡(luò)傳送到PLC，實(shí)施對各單元的分散控制。污水廠自動化控制系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與功能配置如圖3所示。




3污水處理自控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與配置

3.1生產(chǎn)管理級（中央控制室）

中央控制室設(shè)有兩臺監(jiān)控操作站、一臺工程師站、兩臺數(shù)據(jù)服務(wù)器、一臺視頻監(jiān)視服務(wù)器、一套DLP拼接屏、一臺故障打印機(jī)、一臺圖表打印機(jī)、UPS電源、一臺網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜。中央控制室主要完成對生產(chǎn)過程的管理、調(diào)度、集中操作、監(jiān)視、系統(tǒng)功能組態(tài)、控制參數(shù)在線修改和設(shè)置、記錄、報(bào)表生成及打印、故障報(bào)警及打印，對實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，控制操作以及分析統(tǒng)計(jì)等功能。通過高分辨率液晶顯示器及DLP拼接屏可直觀地動態(tài)顯示全廠各工藝流程段的實(shí)時(shí)工況、各工藝參數(shù)的趨勢畫面，使操作人員及時(shí)掌握全廠運(yùn)行情況。同時(shí)，中央控制室還配置了專業(yè)的工業(yè)數(shù)據(jù)庫軟件King Historian，該項(xiàng)目需要進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)存儲的變量點(diǎn)數(shù)達(dá)8000多點(diǎn)，同時(shí)對數(shù)據(jù)的存儲頻率要求很高，普通變量要求30秒鐘記錄一個數(shù)據(jù)，對于數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)包括各監(jiān)測點(diǎn)水質(zhì)數(shù)據(jù)、瞬時(shí)流量、累計(jì)流量，提升泵、閘門、污泥泵、刮泥機(jī)、攪拌機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)等各設(shè)備電壓、電流、功率、耗電量，各設(shè)備啟停時(shí)間、啟停次數(shù)、累計(jì)運(yùn)行時(shí)間、故障次數(shù)等。