PLC在核电厂BOP污水处理系统中的应用.pdf

行 业 应 用 与 交 流 n du s t r i a l Ap pli c a t i o n s a nd CO m mu nic at i O n s 自动化 技术与应用2 0 1 2年第 3 1卷第 1期 P I． C在核电厂 B O P污水处理系统中的应用 李 岩 1 。 任平杰1 。 王宏伟 1 ． 中国核电工程有限公司郑州分公司， 河南 郑州 4 5 0 0 5 2 ； 2 ． 郑州市信息技术学校， 河南 郑州 4 5 0 0 0 摘要 介绍了某核电厂非放射性污水处理系统的工艺流程以及 P L C控制系统的设计原则、软硬件配置及特点等， 系统采用 S 7 3 0 0 系列P L C和 Wi n CC组态软件 ， 在实际应用中该控制系统具有可靠性高、控制性能优越、便于管理等优点。 关键词 核电厂； 污水处理； P L C； 控制系统 中图分类号 T M5 7 1 ． 6 2 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 3 7 2 4 1 2 0 1 2 0 2 0 0 9 7 0 3 Th e Ap p l i c a t i o n o f PL C i n Wa s t e wa t e r Tr e a t me n t S y s t e m o f N u c l e a r P o we r Pl a n t LI Y a n ． RE N P i n g - j i e 1 , WANG Ho n g we i 1 ． C h i n a Nu c l e a r P o we r E n g i n e e r i n g Co ． ， L t d ． Z h e n g z h o u B r a n c h ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 5 2 Ch i n a ； 2 ． Z h e n g z h o u i n f o r ma t i o n t e c h n o l o g y s c h o o l ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 Ch i n a Abs t r a c t Th i s p a pe r i n t r o d u c e s a p r o c e s s o f n o n r a d i o a c t i ve wa s t e wa t e r t r e a t me n t s y s t e m i n n u c l e a r p o we r p l a n t a n d i t s d e s i g n p r i n c i p l e s ． h a r d wa r e a n d s o f t wa r e c o n fig u r a t i o n a n d c h a r a c t e r i s t i c s o f P LC c o n t r o l s y s t e m． Th e s y s t e m u s e s t h e S 7 3 0 0 s e r i e s PLC a n d W i n CC c o n fig u r a t i o n s o f t ware ． I n p r a c t i c a l a p p l i c a t i o n s ， t h e c o n t r o l s y s t e m h a s h i g h r e l i a b i l i t y ， s u p e r i o r c o n t r o l p e r f o r ma n c e a n d e a s e o f ma n a g e me n t ． Ke y wo r d s n u c l e a r p o we r p l a n t ； wa s t e wa t e r t r e a t me n t ； PLC； c o n t r o l s ys t e m 1 引言 核 电厂 非放射性污 水处理 系统担 负着收集 并处 理 核岛各厂房 和各区域的生活污 水、常规 岛各 厂房 和 BOP各厂房的生活污水、地面冲洗污水及厂前 区 生活污水 的任 务 。本文 以某 核 电厂非放射性污 水处 理系统为例 ， 应用 S i e me n s 7 -3 0 0系列 P LC和智能 检测仪表组成下位机 ， 对现场设备进行实时监控 。上 位机采用 Wi nC C组态软件 ， 实现整个 系统 的画面监 测 、打印管理、参数设置和逻辑控制等功能。该 P LC 控 制系统具有可靠性 高、控制性 能优越 、便于管理 等 优 点 。 2 工 艺流 程 及 概 述 非放射性污水处理采用 A ／ O生化处理和 MB R膜生 收稿 日期 2 o 1 1 1 1 2 5 物处理相结合的处理方式。前置缺氧段， 来达到生物脱 氮 目的。MB R膜生物反应池中设置浸没式膜生物反应 器， 达到出水直接 回用的 目的。 主厂区及厂前区生活污水进入污水处理站 ， 首先经 自动机械格栅去除污水中的杂物 杂物排至平台小车内， 定期清运 ， 随后进入调节池 ， 调节池对原水水质水量进 行均化和调节 为防止池内污物沉积， 池内设曝气管 ， 调 节池中设提升泵 4台 3用 1 备， 其中一期安装 2台， 1 用 l备 将污水提升至缺氧池 。污水在缺氧池 内进行脱氮 处理， 随后污水进入 MBR膜生物反应池。为防止颗粒 物堵塞 M B R膜生物反应器 ， 在污水进入缺氧池前设置 毛发聚集器， 在膜反应池前设置提篮式格栅。MBR膜 生物反应池对污水进行生物加过滤处理 ， 设置膜在线清 洗装置， 处理水经抽吸泵抽吸后进入回用水池。回用水 自 动 化技 术 与 应 用 2 0 l 2 年 第3 1 卷 第1 期 行 业 应 用 与 交 流 n d u s t r i al Ap pl ic a t i o n s a nd Comm u n i c a t ion s 池内设置变频供水泵 ， 通过供水泵把中水输送到所需区 域。M B R膜生物反应池的污泥排至污泥池 ， 污泥池内 上清液溢流至调节池 ， 剩余污泥定期清运。调节池、缺 氧池、MB R膜生物反应器、污泥池内设置曝气装置曝 气 ， 曝气装置由罗茨风机供气。所有仪表信号和主要设 备运行信号在控制室显示 ， 设备的控制可在控制室和就 地 控 制柜 分别 操作 。 3 控 制系统硬件设计 3 ． 1 设计原则 核 电厂非放射性污水处理 自动控制系统首先应保 证其具有高可靠性和稳定性 ， 因此应选择具有工业高抗 干扰性能的软硬件设备 ； 系统还应具有 良好的扩展性和 兼容性， 并满足生产工艺对 自动控制系统的各种要求 ； 还 要便于管理等 ] 。 3 ． 2 控制系统硬件结构 本工程 采用 S i e me n s 8 7 - 3 0 0 系列 P L C对全厂主要 工艺设备进行监控 ， 并通过现场仪表采集液位、流量 、 压力、温度等信号和设备运行状态信息 ， 由P L C控制现 场设备的启停 以控制工艺参数。 控制 系统结 构如 图 i所 示 ， 采用研 华公 司生产 的两 台工业计 算机 ， 1台操作员 站 ， 1台工程 师站 ， 采用 TCP ／ I P通信协议 ； 工程师站配置 1台打印机 ， 可 以对 生 产过程 中的报警及 报表进 行打 印 。P L C 主要 由中央 处理器 C P U 、存储器 、输入 接 口电 路 、输 出接 口电路 、通信接 口、内部 电源等部分组 成 。PLC系统 由 CPU 机架与 I ／O扩展机架组成 。 机架 间由 I M3 6 5接 口模 块实现 内部通讯链接 ， 如 图 1所 示 。 图 1 控制系统结构图 中央处理器选择标准型 C P U 3 1 4 ， 其主要技术参数 为 工作存储器内置 9 6 KB， 装载存储器是最大 8 MB的 可插拔存储卡 MMC； 数字量全部 I ／ O点数为 1 0 2 4 ， 模 拟量全部 1 ／0点数为 2 5 6 ， 最大机架数为 4， 每个机架 的模块数量最多为 8 个 ； 内置 R S 4 8 5 接 口， MP I 连接数 为 1 2 ； C PU编程语言为 S TE P 7 V5 ． 2 S P1以上。负 载电源模块 P S用于将 AC 2 2 0 V电源转换为 DC 2 4 V电 源 ， 供 C P U和 I ／ O模块使用； 选用P S 3 0 7 5 A 型电源模 块 ， 其主要技术参数为 输入 电压 1 2 0 V 2 3 0 V， 输出电 压 2 4 VDC， 输出电流 5 A， 具有防短路和开路保护功能 ， 可向总线提供 电流 1． 2 A 。数字量 输入模 块采用 S M3 2 1 1 62 4 VDC ； 数字量输出模块采用S M3 2 2 1 6 2 4 VDC ／ 0 ． 5 A ； 模拟量输人模块采用 S M3 3 1 81 6 位 ； 模拟量输出模块采用 S M3 3 2 41 2 位 ， 接 口模块 选 用 I M3 6 5 。 污水处理 P LC自动控制系统配有在线式 UP S不间 断电源供 电， 负责给控制系统和仪表供 电。采用 山特 C AS T L E系列 UP S ， 容量 2 KVA， 电源备 用时间 3 0 mi n 。 P L C机柜 内每种类型的I ／ O测点都有不少于 1 0 ％的备 用量； 同时机柜内留有 1 0 ％的I ／ O模件插槽备用量 ； 存 贮器容量也考虑 4 0 ％的备用量。 现场测量及分析仪表主要有超声波液位计 、 电缆 浮球液位开关、电磁流量计、压力变送器、就地压力 表、在线 P H计 、在线 C OD分析仪等。污水处理系统 的现场仪表设计选型 时应尽量选用高精度 、高稳定 性 、免维护或低维护 的智能仪表 ， 还应尽量选择非接 触式、电磁式的传感器。由于污水处理 中很多现场仪 表在井下或露天环境 ， 所 以必须考虑安全 防护手段。 对于清洗 、维护及更换时必须拆卸 的管道式安装仪表 及其传感器 ， 应在管道上设计安装旁通阀， 以免在其更 换或发生故障时 ， 需要停止工艺运行 。另外 ， 污水处理 中仪表设计必须和工艺紧密结合 ， 选取合适 的测量 或 取样位置[ 引 。 4控 制系统软件设计 污水处理控制系统软件分为上位机 Wi n C C监控软 件和下位机 PL C现场控制软件两部分。 系统上位 机运行 wI NDOWS XP操 作系统 和 下转第 1 0 5 页 行 业 应 用 与 交 流 nd u s t r ial Ap pl ic at i on s an d CO m mun i c a t I On s 自动化 技术与应用 2 0 l 2年第 31 卷第 l期 机 加 载 。 如果由于工艺事故等原因 ， 发生 E S D， 紧急切断 用风， 也容易造成风机喘振。为避免这种现象 ， 利用 D C S的逻辑点 ， 根据 E S D信号或人为判断不需用风 ， 自动发出卸载信号 ， 控制风机卸载 ； 如果炉子上需用风 时 ， 若通知风机巡检人员送风 ， 势必影响时间， 因此， 利 用D C S作出程序 ， 使炉上操作人员在需要加载时点击 发出控制命令 ， 风机加载。 5 结束语 改造后保证 At l a s风机稳定运行 ， 提高了风机的控 制精度 ， 降低了故障休风率 ； 提高了机组运行可靠性 ， 减 少了运行人员的工作量 ； 在炉子方面， 满足了吹炼炉的大 风量操作 ， 提高了吹炼炉的利用系数 ， 为提高粗铜产量 打下坚 实基 础 。 作者简介 崔银峰 1 9 7 3 一 ， 男， 本科， 仪表工程师， 从事D c s 控 制 系统 方 面 的 工 作 。 上接第 9 8页 Wi n C C V6． 3组 态软 件 ， 提供 了数 据 采集 、数据 处 理 、流 程控 制 、 数据 显示 、过 程 报警 和 连 锁 、 历 史记 录 和 报表 以及数 据查 询 、打 印等控 制 和管 理 功 能 。 图形界面包括两大部分 主画面和各个工艺阶段 、 参数 曲线、报表 、报警的分画面。主画面有各个厂房、 设施设备和管道流向， 分别用不同的颜色和形状表示 ， 用来展示全部的工艺流程 ； 分画面用来显示各个工艺阶 段的详细参数和测量值 ， 报表分画面用于打印和输出各 个时段各个设备的历史数据 ， 报警分画面用于设置报警 级别和显示报警原因等用途【 引， 各个画面之间可以灵活 地 相 互切 换 。 Wi n C C提供 了所有最重要的通信通道 ， 用于连接到 S I M A T I C S 5 ／S 7／5 0 5控 制器 的通 信 ， 以及如 P R0 F I B US DP ／ F MS 、D DE和 OP C 用于过程控制的 OL E 等非专用通道； 也能以附加件的形式获得其他通信 通道 。由于所有的控制器制造商都 为其硬件提供 了相 应的 O PC服务器， 因此实际上可以不受限制地将各种硬 件连接到 Wi n C C [4 l。 系统下位机 PL C编程软件为 S TE P7 V5 ． 3专业 版 ， S i e me n s S 7 3 0 0 程序 采用 S I MATI C Ma n a g e r 的 梯形 图 L AD 与语句表 S TL 两种编程语言相结合编 写 ， 实现整个污水处理工作流程的运行和监控。正常 生产时 ， 设备按 照工艺要求的流程和顺序 由PLC自动 控制启停 ， PLC程序运行时完全独立于上位机 ， 即便 上位机出现故障或关机 ， PL C程序仍可 以继续完成相 应的控制功能 。当现场设备需要检修或出现故 障时， 技术人员在 现场设备附近的就地控制箱 中， 将设备工 作状态开关切换到手动模式， 设备不再接受 P L C的控 制， 但 PL C仍会采集设备的启动、停止及故障信号用 于 显示 。 5 结束 语 该 PL C控制系统 日处理非放射性污水 9 0 0吨， 系 统运行安全可靠、故 障率低、性价比高。由于软硬件 均 采用模块化结 构 ，技术 人员可 以很方便地 进行安 装 、调试和维护 。提高 了生产效率 ， 降低了劳动强度 ， 运行期间各项 出水指标稳定 ， 各方面性能都得到了厂 方 的好 评 。 参考文献 【 l 】 高素萍． 城市污水处理厂自动控制系统的设计与实现[ J ] ． 计算机工程与设计 ， 2 0 0 3 ， 2 4 5 7 3 7 6 ． 【 2 ]2 张守伟 ， 段丽霞． 污水处理自动化仪表设计与应用[ J ] ．制 造业自动化， 2 0 1 1 ， 3 3 3 1 6 4 1 6 6 ． [ 3 ] 茹荣姣， 柴路修， 夏晨． 污水处理工程中的一种 自动控制 系统 ． 化工自动化及仪表， 2 0 1 1 ， 3 8 7 8 6 6 -8 6 8 ， 8 7 2 ． [ 4 】裴永清， 李建民， 李慕洁， 董国军 ． 基于 7 -3 0 0 的污水处 理自控系统的设计与实现[ J 1 ． 工业仪表与自动化装置， 2 0 0 8 ， 3 5 7 -5 9， 8 8 ． 作者简介 李岩 1 9 8 2 一 ， 男， 硕士， 助理工程师， 主要从事工 业 自动 控 制 、核 电站 仪 控 设 计 方 面 的工 作 。