污水处理系统电气控制系统设计_毕业设计(编辑修改稿)

污水处理系统电气控制系统设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

线通过污水处理系统电气控制系统设计 9 调制解调器和 A1SJ71UC24 通信模块进行泵房设备控制和数据传输。 网络控制分布图如图 15 所示。 图 15 全厂网络控制图 网络结构 污水处理厂的自控系统由环形拓扑形式（ ring topology）和星形拓扑形式 (star topology)两种总线网络形式构成。 上位机组态功能 （ 1）控制操作：在中控室里采用 2 台 IBM90 和 INTERACT 组态软件开发的工控程序能对全厂和 2 个污水提升泵站的被控设备进行控制、对各现场控制站 PLC 的参数进行设定和修改，具有良好的人机交互界面，可方便地进行图形间的切换和各种功能的调用。 设立不同的安全操作等级，针对不同的操作者，设置相应的加密等级，记录操作员及其操作信息。 （ 2）显示功能：用设计方法生成图形，实时地、集中地显示被测 参数所处的变化过程。 对全厂工艺过程、工艺参数、设备状态等通过颜色的变化直观地、动态地显示。 数据处理及管理：操作记录并显示工艺参数、电量参数的变化曲线或趋势图，利用在线数据和数据库的数据进行分析、统计、计算、显示。 报警功能：当某一参数异常或设备故障时，可根据不同的报警类别，发出声光报警、屏幕报警。 污水处理系统电气控制系统设计 10 （ 3）报表功能：分成年度、月度、日班报表及运行参数报表。 如：污水处理量、加药量、耗电量等。 （ 4）打印功能：各种报表的打印，各种事件及报警实时打印。 由于污水厂较小，各构筑物之间一般用 渠道相连，既节省了占地，又减少了水头损失。 有专家统计，采用渠道输配水的污水处理厂的水头损失要比管道输配水的小 2 3m。 对于采用 SBR 法的小型污水处理厂，一般将沉砂池与 SBR 池通过渠道相连、污泥浓缩池与脱水机房和泥饼堆放场合建。 这样，在常规的设计中，小型污水厂内 至多有三个主要的处理单元：辅助生产区（含办公、变配电及总控等） 水处理单元、泥处理单元。 有时泥处理和水处理单元也可合建。 由于方便输配水，各构筑物采用了合建方式，在设计时应注意距离较近的构筑物的基础处理，埋深上尽量接近。 通过连接构筑物的渠道应做沉降 缝。 多座反应池的排泥管也可采用渠道而非管道和止回阀连接的方式，这样不仅减少了设备的维护管理，而且没有阀门堵塞的问题。 在小型污水处理厂内多采用类似策略，可以大大节省工程费用，方便维护管理。 系统构成及其布局 根据工艺特点和控制要求，本系统采用分布式集散监控系统，按流程设两个 PLC分站，分别监控水区和泥区的设备运行和控制，设一个总站集中分站信息并控制分站工作。 具体控制分为 : (1) 现场控制，设现场箱或按钮站，由“现场 /遥控”转换控制状态，“现场”设点动按钮，用于调整和检修。 (2) 各开关柜 (包括 :10kV 进线柜、 进线柜等 )，由“自动 /停止 /手动”转换控制状态，“手动”设启 /停按钮，用于手动操作。 (3) 分站控制，用可编程控制器和工业控制计算机系统等自控设备，自动监控所属范围运行。 (4) 总站主机控制，多为计算机监控管理系统，集中分站信息，进行各种处理，并通过分站统一控制全厂运行，满足工艺测控要求，使全厂运行处于最佳状态，是监控管理的中心。 监控系统由操作员工作站、服务器工作站、投影仪、打印机、 2 个 PLC 工作站和现场一次设备。 通信网络采用西门 子的过程现场总线标准 (Profibus)，它为分布式I/O 站或驱动器等现场器件提供了高速通信所需的用户接口，以及提供了在主站间大量数据内部交换的接口通信协议采用 SINEC L2，该协议遵从 DIN19245 标准。 L2DP适用于对时间要求严格的现场，能够以最快的速度快速处理和传送网络数据。 所以本系统可以快速的采集和处理由 PLC 所采集的数据，符合控制系统要求的快速性。 污水处理系统电气控制系统设计 11 第 2 章 污水处理中的 PLC 概述 设计范围 设计包括厂界内预处理、生物滤池、污泥处理及附属设施需要检测和控制应提供的仪表 和有关的辅助装置等。 PLC 设计综述 实用性： PLC 系统其目的在于满足污水厂生产控制和管理要求，在保证先进的条件下，设备和系统应符合实际要求。 可靠性：污水处理厂的生产过程要求 PLC 控制系统具有连续可靠性。 经济性： PLC 系统的技术含量高，设备复杂，因此，在设计时应进行技术经济比较。 先进性：网络技术、信息技术、 PLC 控制技术发展迅速。 根据某污水处理厂的设计规模和 BAF 生物滤池工艺的特点，本着技术先进，性价比高，适用可靠的原则进行设计。 依据集中监测为主，分散控制为辅的基本原则，设计采用以 PLC（可编程控制器）为基础的监测控制和数据采集系统 ,在中央控制室利用 PC（工业级 PC）对厂内各工况进行实时监控，并有信号报警和联锁等设施以保证生产正常运行，生产的工艺过程 PLC 采用就地独立控制。 从安全生产的角度和操作人员技术掌握程度上考虑，设立三级控制层：设备就地手动、 PLC 子站现场监控和中控室远程监控如图 21 所示。 在综合楼设立中央控制室，下设 2预处理 PLC 子站， 3BAF 生物滤池 PLC 子站和4污泥处理 PLC 子站等共 7 个现场处理子站。 在中央控制时可对主要设备实施开、停控制。 同时，设备运转状态也通过通讯总 线送入上位计算机，在计算机上对全厂设备运转情况进行监控。 中央控制室还设置了以太网交换器，与厂级管理 PLC 成 以太信息网络相连接，并设置厂长办公终端、生产管理终端、化验室终端。 污水处理系统电气控制系统设计 12 图 21 全厂网络控制图 PLC 在污水处理中的运用 中央控制室 在办公楼设立中央控制室，中央控制室内设有两台高分辨率计算机操作站、一台数据库服务器、三台打印机、一台网络设备。 两台计算机操作站互为备用，并可安装PLC 编程软件，程序可方便地通过控制网络分别下载到指定的现场控制站，以便在调试过程中随时修改程序。 中央 控制室可对整个分控式控制系统进行系统组态管理、系统监测、实时监测、显示、处理、控制各 PLC 子站的状态、通信、数据和信息，完成报警和报表打印。 在厂级管理层可以通过 Inter 将结果、效益分析等发往主管局等政府机关 ，系统流程 如图 22 所示。 主要功能： 生产工艺过程以工艺流程图方式显示，图形可以取出每幅图的局部进行放大，便于分幅，分组展示，流程上有相关的实时生产过程的动态参数值显示。 当动态显示值显示改变时，随之改变图形的数值。 污水处理系统电气控制系统设计 13 图 22 流程简图 控制网络系统 通讯控制网络系统采用可与信 息系统无缝连接、可进行三阶层通信、高速可靠通信。 PLC 控制系统中央控制室与现场 PLC 子站之间采用最先进的控制网络，该控制网是一种最现代化的开放网络，已成为工业 PLC 领域的标准网络。 它具有灵活的结构，安装方便，支持 PLC 之间及 PLC 和上位机之间的自动数据链接，也可使用信息服务进行可编程的数据传送，可得到大容量、柔性数据链接及大容量的数据传送，对应低成本的通信系统。 其通讯介质选屏蔽双绞线。 通讯速率可达 2Mbps，保证数据高速 准确地传输。 中央控制室与厂级管理层之间采用 100Mdps 的以太通讯网，该网带有 Email 功能，能向 mail server 发送用户自定义信息，故障信息，状态信息等，通过网关（以太网交换器）或 PLC 可与其他控制网络、现场总线相连。 为保证在供电发生意外时，系统能有足够的反应时间进行应急处理， 中央控制室和各子站均设有在线式不间断电源。 污水处理系统电气控制系统设计 14 过电压保护装置能抑制出现在电力网络中的暂态浪涌电压和吸收暂态浪涌电压能量，在保障供电连续的条件下，保障计算机、 PLC 控制子站及其他主要设备免受过电压的干扰和侵害，使用电设备安全正常运行。 分现场生产过程 PLC 控制系统 （ 1）预处理 PLC 控制及检测部 厂 内 2预处理 PLC 子站位于 鼓风机房 内。 对工艺专业要求检测的各种工艺参数，水泵、闸门、粗格栅、细格栅、排砂装置等设备的运行状态、故障状态进行监测和控制。 通过网络把信号送中央控制室计算机操作站完成指示、记录、报表和报警打印等监控管理功能。 其主要设备有： 粗格栅、闸板，细格栅、螺旋输送机 粗格栅开、停控制 根据超声波液位差计测得的粗格栅前后水位差值自动控制回转式粗格栅的运行，即水位差达到设定值时，自动启动格栅。 当回转式粗格栅停止运行的时间超出设定值时，系统转为时间控制，此时限为可调式设计，并设置上限报警。 PLC 系统将根据软件程序自动控制螺旋输送机、回转式粗格栅机的顺序启停、运行、停车以及安全连锁保护，格栅机停机后延时停螺旋输送机。 细格栅开、停控制 细格栅 24 小时运行，并设置上限报警。 PLC 系统将根据软件程序自动控制螺旋输送机、回转式细格栅机的顺序启停、运行、停车以及安全连锁保护，格栅机停机后延时停螺旋输送机。 污水闸门控制： 两台闸门根据液位手动或电动，其运行信号送入中控室监控，不参加控制。 （ 2） BAF 生物滤池 PLC 控制及检测部分 厂内 3BAF 生物滤池 PLC 子站位于变电所低压配电室控制室内。 对工艺专 业要求检测的各种工艺参数，水泵、风机、反冲洗泵等设备的运行状态、故障状态进行监测和控制。 并可在中控室计算机操作站完成指示、记录、报表和报警打印等监控管理功能。 其主要设备有： 排砂阀，排泥阀，启闭机，砂水分离器，电动进水阀，电动排水阀，电动进气阀，电动气冲阀电动反冲洗阀，回用潜水泵，离心鼓风机。 沉砂池和沉淀池 污水处理系统电气控制系统设计 15 沉砂池和沉淀池定时开 /停排砂、排泥阀，砂水分离器设备控制由设备厂商自带可设定控制系统，砂水分离器应与排砂阀联锁。 BAF 生物滤池 工艺过程简述： 污水经强化预处理后进入第一级生物过滤（ C/N）池，污 水通过滤池进水管进入滤池底部，填料上的微生物利用进水中的溶解氧降解 BOD，同时， SS 也通过一系列复杂的物化过程被填料及其上面的生物膜吸附截留在滤床内。 流出填料层的废水进入第二级生物过滤池的污水流程同第一级，但在第二级生物过滤池中可根据运行情况不曝气并减少回流比以节能。 经二级生物过滤处理后的污水即直接进入接触池消毒。 第一级生物滤池按时间及水位差控制滤池的反冲洗。 在该级滤池有超声波液位计， DO 测定仪等国外仪表。 第二级生物滤池按吸附与过滤方式运行。 按时间及水位差控制滤池的反冲洗。 在该级滤池装有超声波液位计， SS 测定仪， DO 测定仪等国外仪表。 检测信号均送生物滤池处理 PLC 子站进行监控。 根据生物滤池水位差的反锁信号控制反冲洗机组开停，根据 DO 测量仪所测反锁信号控制调节曝气风机的风量。 BAF 生物滤池按所设计时间进行周期性反冲洗，其中，第一级按每个周期 16 小时，第二级按每个周期 36 小时进行反冲洗。 或者在一个周期内，如果水头损失达到所设反冲设定值时，优先进入反冲洗程序反冲洗周期设定值根据水质情况在反冲洗程序中为可调值。 BAF 生物滤池根据其优先顺序逐台启动滤池的反冲洗。 一、二级曝气生物滤池控制过程： 反冲洗阶段 : ⑴ 跟 据 时间设定为周期性反冲洗。 ⑵ 根据超声波液位计所测水位值确定反冲洗过程。 ⑶ 当水位下降到所设定值时，停止进水阀，开启反洗水出水阀。 ⑷ 待滤池液位再次下降到设定反洗液位值时，先开启反洗鼓风机，后开启反洗风阀进行气冲洗。 气洗数分钟后，关闭反洗气阀，关闭反洗鼓风机，气冲洗结束。 气冲洗结束，进入水冲洗阶段。 先开启反冲洗水泵，后开启反洗管路阀们，进行水洗数分钟后，水冲洗结束。 当水冲洗结束后，继续开启反冲洗鼓风机，再开启反冲洗 风阀，进入气、水混合冲洗阶段。 气、水混合反洗数分钟后，关闭反洗气 阀，关闭反洗鼓风机；关闭反洗水水 阀，关闭反洗水泵。 至此，反冲洗过程全部结束。 当反冲洗阶段结束后，先开启进水阀，后开启曝气鼓风机，再开启曝气风阀，最后关闭反冲洗水出水阀。 进入正常曝气阶段。 强制反 冲 洗 : 污水处理系统电气控制系统设计 16 若反洗效果不佳，说明滤路可能出现堵塞，此时，关闭进水阀，开启反冲洗出水阀，开启强制反冲洗泵和强制反冲洗阀们，进行强制反冲洗，其过程按反冲过程运行，BAF 曝气法工艺流程如图 23 所示。 图 23 BAF 曝气法工艺流程图 （ 3） 污泥脱水 PLC 控制及检测部分 厂内 4污泥 PLC 子站位 于污泥脱水间控制室内。 对于工艺专业要求检测的各种工艺参数，水泵、加药设备、离心脱水机等设备的运行状态、故障状态进行监测和控制。 通过网络把信号送中央控制室计算机操作站完成指示、记录、报表和报警打印等监控管理功能。 其主要设备有： 离心脱水机，污泥进料泵，冲洗水泵，皮带输送机，无轴螺旋输送机，隔膜计量泵，搅拌机。 污泥脱水系统 : 污泥脱水系统为成套设备（包括污泥进料泵、加药泵、离心脱水机），自带现场控制柜。 该系统运行、故障信号送入 PLC 显示，根据储泥池液位， PLC 给出设备的开、停命令，运行中设备根据。