PLC在污水处理一提泵房中的应用.pdf

P L O 与D C S PLC an d DCS 自动化技术 与应用 2 01 0年第 2 9卷第 5期 P L C在污水处理一提泵房 中的应用 崔继仁 ，张艳丽 ，王越男 佳木斯大学信息电子技术学院， 黑龙江佳木斯1 5 4 0 0 7 ★ 摘 要 夺炙f R 据城巾污水处 【 岂的 需求， 给 丁控制系统的 络 置技 一 提泵 I 1 I C 制站的硬 纠 J 态， 设计I t ； 卡 } } Ⅲ控删 I “ t 序汛襁 ， 『 { 通过 S TE P 7 编 软 编～ ⋯士 的悌形 。 关键词 污水处理 ； 络 ； I L C； } ji 『} 控 制 巾 分炎 号 F M5 7 1 ． 6 l 文献标{ j 码 B 史 搴编号 1 0 0 3 7 2 4 i 2 0 u o 5 0 0 7 1 4 Ap p l i c a t i o n o f P L C i n t h e F i r S t L if t P u mp Ho u s e o f W a s t e wa t e r Tr e a t men t CUI J i - r e n， ZHANG Ya n- l i ， WANG Yu e - n a n I n f o r ma t i o n a n d E l e c t r o n i c T e c h n o l o g y I n s t i t u t e o f J i a mu s i Un i v e r s i t y , J i a mu s i 1 5 4 0 0 7 Ch i n a Ab s t r a c t Ac c o r d i n g t o r e a l n e e d o f wa s t e wa t e r t r e a t me n t t e c h n i q u e s i n t h e c i t y ， t h i s p a p e r s t a t e s a n e t wo r k c o n f i g u r a t i o n o f t h e c o nt r o l s y s t e m a n d h a r dwa r e o f PLC c o n t r o l s t a t i o n i n t h e f i r s t l i f t p u mp h ou s e i n d e t a i l， a n d d e s i g n s t h e p r o g r a m flo wc h a r t s o f g r i d c o n t r o 1． I t p r o v i d e s a p p r o p r i a t e l a d d e r d i a g r a m p r o g r a m s u s i n g s o f t wa r e S TEP7 ． Ke y wo r d s wa s t e wa t e r t r e a t me n t n e t wo r k c o n f i g u r a t i o n P LC； Gr i d c o n t r o l 1 引言 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 。典 型的工艺 流程 如 图 1所 示【 l 1 。 城 市原 污 水经 污 水 排放 管 道 进入 进 水 井 ， 经粗 格 栅过滤后流人进水泵房。粗隔栅主要用来拦截较大的 悬浮物 ，以保护后续的动力设备。在 工作过程 中根据 格栅机前后水井液位差启动格栅机 ， 然后采用人工清 渣或机械清渣。污水在进水泵房用水泵提升送至细格 栅。进水泵房 中一般装有多台大功率污水提 升水泵 ， 细格栅的作用和粗隔栅是一样的 ， 主要用来滤除较小 沉砂池中通过搅拌使池内水呈螺旋状运动 ， 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， 完成了污水物理处 理 阶段 。 u , U , H , H H z H 薹 H 霎 } 霎 l 娃 } 娃 I 处 l I缩漶 I 捋 扼雄 LJ回i 内回流 剩余污 泥 图1 城市污水处理工艺流程 的悬浮物 。由细隔栅流出的污水流入漩流沉砂池 ， 在 污水经过预处理后流入生化反应池 ， 与池内活性 基金项 目 佳木斯大学科学技术研究项目资助 L 2 0 0 6 0 3 收稿 日期2 0 1 0 01 1 2 污泥混合成混合液。这时需要在曝气池 中经过连续、 充分 的曝气 ， 在经过厌氧 、缺氧和曝气 的不同状态作 越 监籀 一韧 坭 自 动 化 技 术 与 应 用 2 0 1 0 年 第2 9 卷 第5 期 P k G 与D e S PL C an d DCS 用后， 污水完成了除磷脱氮的任务 ， 然后进入沉淀池进 行二次沉淀， 沉淀后的上层清水便可以进入集水井准 备排放 ，而沉淀后的污泥则进入污泥回流泵房 。最 后 的工序是污泥的处理 ， 把从沉淀池出来的污泥水送入 浓缩池进行浓缩 ， 浓缩后的相对较清的污水送人厂区 污水 管进 行 全流程 的 污水 重新 处理 。 而浓 缩后 的泥 浆 则进入污泥脱水机房进行脱水处理 ， 随后加药固化， 最 终 经压 滤机 变 成 固态 污 泥 。到此 为 止 ， 整个 污 水处 理 过程 告 一段 落 。 2 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、一提泵房站 P LC、鼓风机房站 P LC及二提 泵房站 P L C作为主动站。远程控制终端污泥脱水间和 供水泵房采用 P ROFI BUS DP， 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 ， 网络配置情况如图 2所示 。 鼍力髑曩嚣爱囊觚曩摹■ 一 簧泵站 竣．随 机旁 二握系痨{ 亏 髭采奉泵房 选承泵房 图 2 污水处理控制系统 电气网络配置 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。 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。 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P L C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。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} 2 l 。 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 。 控制系统按功能主要分为进水系统、除砂系统、曝 气池池处理系统以及污泥脱水系统等子系统{ 引。现场控 制站由3 台S I E ME NS 7 - 3 0 0 C P U3 1 5 - D P P L C 、l 台 C P U3 1 3 - D P P L C以及 7台分布式I ／ O E T 2 0 0 M组成。 3 一次提升泵房 P L C控 制站组成 一 次提升泵房 P L C主要功能包括格栅机启停控制、 进水泵房潜水泵控制、沉砂池的控制以及污水泵站控 制区内设备运行状况及工艺参数的采集等。如图3与图 4 所示 ， 系统由 1 台S I E ME N S 7 - 3 0 0 C P U3 1 5 - D P P L C 以及 l 台分布式 I ／ O E T 2 0 0 M 组成 。 曩2 卫 t s 蠡 8 孽 口 图 3 一次提升泵房 P L C硬件组态 4 一次提升泵房格栅控制程序设计 考虑到操作人员的工作习惯 以及对污水处理多样 性的要求， 格栅设计成液位差控制、时间控制两种控制 方式。格栅控制程序由粗格栅控制程序和细格栅控制 程序组成【 引 。 一 P L C 与D C S PL C a n d DCS a 主机 I／ O配置 b 分布式 l ／ O配置 图4 一次提升泵房 P L C I／ O 配置 控制方式选择 以粗格栅为例来说 明控制方式的选 择， 在程序中建立了一个控制方式选择字 ， 其值 由上位 机来设定， 当上位机选择液位差控制时赋值 t 、选择时 间控制时赋值 2。控制程序对该设备进行控制。格栅控 制方式选择控制流程见图 5所示。 图5 格栅控制方式选择流程图 自动化技 术与应用2 01 0年第 2 9卷第 5期 液位差控制 液位差控制是根据栅前栅后的液位差 来进行格栅 电机的启停控制， 由上位机操作人员对格栅 启动和停机液位差值进行设置 ， 可以随意修改， 但是液 位差的启动值必须大于停机值。当液位差值超过 ／低于 预先设置的启动 ／停机值时， 启动 ／停止格栅 电机。 时间控制 时间控制是根据格栅 电机的停机和运行 时间来进行控制的。运行时间和停机时间同样 由上位机 操作员进行设置 。当格栅停机时间超过停机设置时间 时， 启动格栅电机并计时同时清除停机计时时间， 当运行 时间超过运行设置时间时， 延迟一定时间以后停止格栅 电机， 并对停机时间开始计时同时清除运行计时时间。 图 6 粗格栅液位差控制流程图 粗格栅装置输送机及压榨机液位差控制流程 图如 图6所示 ， 粗格栅装置输送机及压榨机 P LC控制 I ／ O表 自动化技 术与应 用*2 0 1 0年第 2 9卷第 5期 见表 1 ， 梯 形 图程序 见图 7所 示 。 表 1 粗格栅控制 P L C I／ O表 P L C 与D C S PL C a n d DCS 地址 元件名 称 功 能 I 1 6 ．O 转换开关 1 1 每 粗格栅手动 自动控制选择 I 1 6 ．3 转换开关 2 2 粗格栅手动 自动控制选择 I 1 8 ．2 转换开关 3 输送机手动／ 自动控制选择 I l 9 ．0 转 换开 关 4 压榨机 手动 ／ 自动 控制选 择 M1 O 2 ． 0 内部标志位 1 上位机手动 自动运行选择 M2 2 ． 2 内部标 志位 2 上 位机 手动运 行输送 机指 令 M2 2 ． 3 内部标 志位 3 上 使机 手动运 行 压榨 机指 令 Q 0 ．6 继 电器 1 输送机运行控制 Q0 ． 7 继 电器 2 压榨机 运行 控制 图7 粗格栅控制梯形图 在程序段 1 ～3中， 当粗格栅任一手动 ／自动控制选 择开关处于自动状态 I 1 6 ． 0 或 I 1 6 ． 3为0N ， 且上位机手 动 ／自动运行指令 M1 0 2 ． 0 为 ON时， 接通延时定时器 T 6启动， 开始计时， 同时将上位机设定值 DB 4 ． DB W l 2 中的数值 置入计数器 Cl ， C1 状态为 ON， 当定时器 T6 计时到3 0 分钟后， T6 状态为 ON， Cl 计数器 C D端将得 到一脉冲信号 ， C 1当前值减 1 ， 而且T2 1 开始计时， 2秒 后， T 2 1 为 O N， 从而将 T 6 复位， 随后T 6重新启动， 而 c l 将再次计数， 直至 C1当前值为 0 ， 此时 C1 状态为OF F， 而M2 5 ． 0 为O N， M2 5 ． 0 状态转换时间约为 N X 3 0 分钟。 在程序段 4～7中， 当满足这种任一条件时， M4． 0 为ON 当标志位 M2 5 ． 0且M1 0 2 ． 0为 O N时； 当粗格栅 任一手动 ／ 自动控制选择开关处于 自动状态 I 1 6． 0或 I 1 6． 3为 ON ， 且当MD5 0中数值 格栅前液位 大于 D B 5 ． DB D3 2中数值 格栅后液位 时。而在满足M4 ． 0 为 ON， Ml 0 2 ． 0 为 ON， 任一手动 ／自动控制选择开关处于 自动状态 I 1 6 ． 0或I 1 6 ． 3为ON 的条件下 启动定时器 T8； 同时若输送机手动 ／ 自动控制选择开关I 1 8． 2为 ON， 则标志位M9 0 ． 2为 ON； 若压榨机手动 ／自动控制 选择开关I 1 9 ． 0为ON， 则标志位 M9 0 ． 3 为 O N。定时器 T8计时 2 0秒 到后 ， 复位计数器 C 1 ， 同时启动定时器 T 9 ， T9 计时2 0秒后 ， 复位定时器T 6 、T2 1 、标志位M4 ． 0 、M9 0 ． 2 、M9 0 ． 3 及定时器 T 8 ， 而T 8 又将 T 9 复位， 这 样就结束了一个运行周期 ， 将开始下一个周期的运行。 当粗格栅 l 与2 手动 ／自动控制选择开关都处于手 动状态 I 1 6 ． 0 与 I 1 6 ． 3 均为OF F 时， 复位定时器T 6 、T8 及 T9， 也将结束此运行周期。 在程序段 8与程序段 9中， 当压榨机手动 ／ 自动控 制选择开关 I 1 9． 0为 ON， 上位机手动 ／自动运行指令 M1 0 2 ． 0 为 ON，上位机手动运行压榨机指令 M2 2 ． 3为 O N时， 或者当I 1 9 ． 0 为 O N且压榨机运行标志位 M9 0 ． 3 为ON时， Q0 ． 7 为 ON， 压榨机运行。同理， 当输送机手 动／自动控制选择开关I l 1 8 ． 2为 ON， 上位机手动／自 动运行指令 M1 0 2 ． 0为 ON， 上位机手动运行输送机指 令 M2 2 ． 2 为 ON时， 或者当I l 8 ． 2为 O N且输送机运行 标志位 M9 0 ． 2为ON时， Q 0 ． 6为ON， 输送机运行。 5 结束语 本文提出了采用工业 以太网 现场总线的电气网 络配置方案来对污水处理进行控制， 详细地介绍了一提 泵房 P L C控制站的硬件组态和格栅控制程序。将该控 制方案在中小规模的污水处理系统一提泵房现场控制 站中使用 ， 运行效果 良好 。 参考文献 [ 1 】柳春平 ． 城市污水处理控制的研究【 M] ． 西安 西安建筑 科技大学， 2 0 0 4 ． [ 2 ]魏庆福． 现场总线技术的发展与工业以太网综述[ J ] ． 工 业控制计算机， 2 0 0 2 ， 1 5 1 1 - 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