基于PLC与Profibus的污水处理控制系统设计.pdf

8 2 工业仪表与 自动化装置 2 0 1 3年第 4期 基 于 P L C 与 P r o fi b u s的 污水 处 理控 制 系统设 计 高敬更， 陈欣， 乔立凤， 温定筠， 杨春光， 黄葆文 甘肃省电力公 司电力科学研 究院，兰州 7 3 0 0 5 0 摘要 介 绍了污水处理控制 系统的总体结构以及控制 系统的底层 网络结构。该控制 系统的运 行效果显著， 污水处理效果达到国家相应标准， 降低 了污水处理厂主要耗 电设备的耗 电量， 同时降 低了工作人 员的劳动强度。 关键词 污水处理 ； P r o f i b u s D P ； C A S S工艺 中图分类号 T P 2 7 3 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 0 0 6 8 2 2 0 1 3 0 4 0 0 8 2 0 3 De s i g n o f c o nt r o l s y s t e m o f s e wa g e t r e a t me nt b a s e d o n PLC a nd Pr o fib us G A O J i n g g e n g ， C H E N X i n ， Q I A O L i f e n g ， WE N D i n g j u n ， r A N G C h u n g u a n g ， HU A N G B a o w e n G a n s u E l e c t r i c P o w e r R e s e a r c h I n s t i t u t e ， L a n z h o u 7 3 0 0 5 0， C h i n a Abs t r a c t T he p a pe r d e s c r i b e s t he o v e r a l l s t r uc t u r e o f t he s e wa g e t r e a t me n t c o n t r o l s y s t e m a n d t h e u n d e dy i n g n e t wo r k s t r u c t u r e o f t h e c o n t r o l s y s t e m．Th e c o n t r o l s y s t e m r un s we l l ，s e wa g e t r e a t me n t e f f e c t r e a c h e s n a t i o n a l s t a n d a r d s，wh i c h r e d u c e t he p o we r c o n s u mp t i o n o f t h e ma i n e q u i p me n t i n t h i s f a c t o r y， wh i l e r e d u c i n g t h e l a b o r i n t e n s i t y o f t h e s t a f f ． Ke y wor ds s e wa g e t r e a t me n t ；P r o fib u sDP；CAS S p r o c e s s O 引言 提高了系统的可靠性和扩展性。 某污水处理厂设计规模为近期 1 ． 2万 m ／ d ， 远 期 1 ． 7万 m ／ d 。粗格栅污水提升泵站至污水厂区 距离 1 ． 5 k m。污水处理采用 C A S S工艺 ， 出水采用 二氧化氯消毒 ， 污水处理厂 出水用于农灌 或绿化 。 主要处理构筑物有粗格栅及提升泵房、 高地水池 、 细 格栅及漩 流沉砂池、 配水井、 C A S S生物反应池 、 接 触池 、 鼓风机房、 贮泥曝气池、 污泥浓缩脱水机房 、 变 配电室、 厂区废水提升泵房、 加氯问等。 该厂 自动控制系统采用 A B B公司的控制系统 设备 ， 对整个污水处理过程进行监控 ， 有效地降低 了 劳动强度 ， 实现了污水处理的 自动化过程 。监控计 算机采用组态软件组态王 6 ． 5 3 ， 用 于设备 的监控及 数据整理。服务器用 于数据 的存储 j 。控制器采 用 A C 5 0 0系列 P L C ， 通 过现场 总线技 术与从 站通 信， 采集现场数据， 控制部分现场设备， 一定程度上 解决了传统控制方案中控制电缆敷线过多的问题 ， 收稿 日期 2 0 1 3一 O 1 2 3 作者简介 高敬 更 1 9 8 3 ， 男， 河南 南 阳人 ， 硕 士研 究生 ， 工程 师 ， 主要从事电能计量 和 自动控制工作。 1系统介绍 污水 自动控制系统采用的是集散型控制系统 。 主要 由中央监控系统、 通信 网络 、 现场 P L C控制站 和就地控制箱组成。该污水处理厂的整个控制系统 网络结构如图 1所示。 服务器 服务器 粗格栅提升泵站 变配电室 污泥脱水机房 图 1 控制 系统 网络结构 8 4 工业仪表与自动化装置 2 0 1 3年第 4期 监测出厂水 S S 、 C O D、 p H和温度 、 出厂水流量计。 通信功能主要分 3部分 一是 中心监控室与各 现场 P L C站之 间 的通信 ， 二是各现场 P L C站与各 P r o fi b u s 设备之间的通信 ， 三是各现场 P L C站与威 纶通触摸屏之间的通信。 3 系统功能 针对该厂情况 ， 所有设备可分为 3种控制方式 手动控制 ， 上位监控计算机控制和 自动控制。对应 设计了部分设备的 自动控制程序 ， 可根据实际情况 由上位机选择运行程序。C A S S池主反应区的技术 指标 D O、 C O D、 p H、 S S 、 O R P 、 总磷、 氨氮 均可在监 控计算机显示并 以日报 、 月报、 年报的形式存储在服 务器电脑中， 可随时调用查看。厂区所有设备的运 行时间统计均可在监控计算机 以 日报表 的形式导 出， 以备对污水厂的能耗进行分析。 3 ． 1 C A S S池溶解氧浓度自动控制 根据实际情况 ， 溶解氧浓度控制采用 P I D控制 ， 但由于此系统的延时特点 ， 简单的 P I D控制并不能 取得令人满意的效果 。为此 ， 采用 5段 P I D控制 ， 当 溶解氧期望值与实际值差值较大时， 鼓风机频率输 出范围为 1 0～ 4 8 H z ， 当差值缩小到一定程度后， 控 制器 的鼓 风 机输 出频 率范 围相 应 的缩 小为 1 5～ 4 0 H z ， 差值再次接近到一定范 围后 ， 控制器的鼓风 机输 出频率范围再次缩小为 2 0 3 5 H z 。利用在线 分析仪表所测得的 C A S S池主反应区溶解 氧浓度 ， 实时调节相应曝气机变频器频率， 使得 C A S S溶解 氧浓度能够控制在相应的期望值附近。溶解氧浓度 期望值与实际值可以在中央监控计算机设定和显 示 ， 并且在监控计算 机相应画面有 自动控制启动按 钮 ， 可以选择人工给定鼓风机频率或 自动调整鼓风 机变频器频率来 调节 C A S S池主反应 区溶解 氧浓 度 ， 现场运行取得令人满意的效果。 3 ． 2时间控制程序 时间控制程序是根据对 C A S S池的各个运行阶 段所需要的时问进行 自动控制。进水 、 曝气 、 沉淀及 闲置滗水一个处理周期总时间为 6 h ， 自动控制可以 实现进水 2 h 、 边进边曝 2 h 、 沉淀 1 h 、 闲置滗水 1 h 的污水处理过程。每个反应池的任何设备均可以通 过现场配 电控制柜上 的手动／自动转换开关来 改变 运行状态 ， 但不可改变 P L C所设定 的工作时序 ， 并 且一旦切入 自动状态后便进入 P L C所设定的时序。 在上位监控计算机控制方式下 ， 操作人员在 中 央控制室可以通过人机界面实现远程遥控操作 。无 论在何种控制方式下， 现场设备的工作状态均可以 被传送到上位监控计算机显示。 以上控制方式 的使用 ， 最大限度地保证 了控制 的可靠性 ； 通过实时调整鼓风机 、 提升泵等用电设备 的功率输 出， 精确控制大容量用电设备的运行工况 ， 既能做到控制的及时性准确性 ， 又能做到最大限度 节约能源， 从根本上为污水处理工艺的节能把关。 4 结论 污水处理厂 自投入运行 以来 ， 运行状况稳定可 靠 ， 现场设备工作正常， 使用和维护简单便捷 ， 各项 指标都达到了设计 的初始要求。基于 A B B P L C与 P r o fi b u s 控制系统的设计正确 ， 实现了污水处理 的自 动控制 ， 加强了远程监控的能力 ， 提高了污水处理控 制系统的准确性和稳定性 。 参考文献 [ 1 ] 刘如友． P r o fi b u s总线在伊春市污水 处理厂 的应用 [ J ] ． 中国给水排水， 2 0 1 0， 2 6 1 0 8 5 8 6 ． 1 2 ] 何玲玲 ， 刘斌 ， 王明军． 淮安市第二污水处理厂一期工 程的设 计 与 运 行 [ J ] ．中 国 给 水 排 水， 2 0 0 9 ， 2 5 1 0 3 3 3 5 ． [ 3 ] 戴文权 ， 杜茂安， 李泽明． P L C在宁海临港 自来水厂 自 控系统 中 的应 用 [ J ] ．中 国 给 水 排 水， 2 0 0 7 ， 2 3 2 0 7 0 7 2 ． [ 4 ] 侯维岩， 费敏锐． P r o f i b u s协议分析和系统应用[ M] ． 北京 清华大学出版社， 2 0 0 6 ． 上接第 6 7页 5 结论 该文设计了一种基于滑模变结构控制的永磁同 步电机伺服控制器 ， 利用最优滑模面的设计 ， 实现了 永磁同步电机系统的输入 一输出线性化与解耦 ， 增 强了伺服系统对参数变化的鲁棒性及抗干扰能力， 仿真结果表明， 该文提出的方法是合理可行的。 参考文献 [ 1 ] 汤青波， 吴银凤， 梁毓明． 液压系统 的模糊滑模控制 [ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 5 1 1 1 3 41 5 5 ． [ 2 ] 王丰尧． 滑模变结构控制[ M] ． 北京 机械工业出版 社 ， 1 9 9 5 ． [ 3 ] 马纪命， 付永领， 王岩． 最优控制理论在液压机器人伺服 系统中的应用研究[ J ] ． 液压与气动， 2 O 0 3 6 4 6 ． [ 4 ] 尔桂花， 窦 日轩． 运动控制系统[ M] ． 北京 清华大学 出版社 ， 2 0 0 2 ．