施耐德Premium PLC在城市污水处理厂中的具体应用

[摘　要>：我国城市污水任意排放日益严重，全面建立完善自动检测监控系统势必行。本文重点介绍介绍施耐德电气Premium PLC城市污水处理Orbal氧化沟工艺中应用及其网络构成。PLC使用使系统设备运行更加稳定、合理，有效延长了设备使用寿命和节约了能源。
[关键词>：污水处理、Premium PLC、Orbal工艺、网络、VB6.0、报表、能源

[Abstract>： The city-waste water is let progressively at random. We should build the waste water treatment plant full-scale and we should use automation system in it. This paper introduces The application and network of The Schneider Electric PLC in the waste water treatment plant . The use of PLC system makes the equipment running in a steady and rationalization state. It prolongs the equipments’ lives and it economize the energy sources.
[Key Words>： waste water treatment， Premium PLC ，Orbal technic ， worknet ，VB6.0 ，report forms ，energy sources


引言：

　　我国社会和经济高速发展，环境问题日益突出，尤其是城市水环境恶化，加剧了水资源短缺，严重影响着人民群众身心健康，这些情况已经成为城市可持续发展严重制约因素；我国现阶段很多大中型城市废水排放量大，已造成城市表水严重污染；三峡库区水环境保护事关三峡工程长期安全运行和长江中下游区经济社会可持续发展，受到国内外广泛关注，但目前各城市仍然是直接排放污水或因水处理自控系统不完善没处理好就把污水排放了，很多操作和检测监控过程仍停留人工阶段，监控时间覆盖率低，手工采集样品缺乏科学性和代表性，难以反映企业和城市污水处理及排放连续变化情况。大范围建立污水处理系统及线自动控制监控体系，势必行。

系统简介：

　　重庆巫山污水处理厂位于巫山县城边缘，厂区紧邻长江流域，处于三峡库区腹，该污水处理厂采用是改良型Orbal氧化沟工艺，日处理污水量3万吨，厂区主体构筑物有：综合楼、配电房、进水提升泵房、粗细格栅井及旋流沉砂装置、Orbal氧化沟、终沉池、污泥回流剩余泵井、脱水机房等；整个厂区设备及阀门均采用MCC和PLC两种控制方式，正常情况下可以实现仪表、PLC完全自动检测控制及运行状况监控；下位机采用施耐德电气Premium 系列PLC，上位机采用北京华富Control2000监控软件。该厂自动控制系统于2006年7月11日全面完成调试，目前系统运行正常。

污水处理系统详述：

一、Orbal氧化沟工艺介绍如（图一）

图一　Orbal氧化沟工艺简图
　　Orbal氧化沟水处理工艺起源于南非，后经不断改进和推广，全球范围到广泛应用。城市污水由管道集中后，水流首先粗格栅，将粗垃圾去除，然后由提升泵将污水提高水头（后面工艺要求有高水头），再细格栅及旋流沉砂池，进一步去除小垃圾和泥砂，污水进入水处理主体结构——氧化沟，污水“O”型氧化沟中曝气机调节曝气，使污水到缺氧、氧化、硝化、反硝化等反应，该过程中完成BOD（生物耗氧量）、COD（化学耗氧量）去除及污水脱氮功能，并为下一步水沉淀作好准备，氧化沟处理水流入终沉池，加入Fe3+、或Al3+ 使水中（PO4）3- 以沉淀，充分沉淀后，清水最后经二氧化氯消毒后排入长江。沉淀污泥经脱水机滤干后焚烧处理。

二、厂区主要设备控制要求

1、粗细格栅机及其附属输送压榨设备控制

定时控制：外来污水状况和运行经验，设定相关定时参数，自动控制格栅机启动时间和停止时间。
液位差控制：格栅机前后均设置一台超声波液位传感器，检测出格栅机前后液位差。设定低液位差LDF2和高液位差LDF1，当检测到液位差大于LDF1时，启动格栅机；当检测到液位差低于LDF2时，停止格栅机（减少了运行时间，有效节约成本）。控制过程如（图二）

图二
格栅附属设备联动：皮带输送机和压榨机作为格栅机附属输送压榨设备，它们定时或自动运行模式下，一般与格栅机联动。附属设备适当提前或延时运行。

图三　提升泵控制原理图

图四
2、 提升泵自动控制

控制描述如（图三、四）：
(1) P1—变频器，BU1—软启动器，PT—超声波液位计，ZJ1、ZJ2—用于控制系统MCC/PLC转换。
(2) 由图可见，变频器连接第一台水泵电机上，需要加泵时，变频器停止运行，并由变频器输出端口RO1～RO3输出信号到PLC，由PLC控制切换过程。
(3) PLC泵池液位高中低信号自动调节三台泵启停；泵池水位到预设低水位时启动1#泵，水位上升到预设中水位时，1#泵由变频运行转换到工频运行，这时再变频启动2#泵，依次启动到3#泵。
(4) 切换开始时，变频器停止输出(变频器设置为自由停车)，利用水泵惯性将第一台水泵切换到工频运行，变频器连接到第二台水泵上起动并运行，照此，将第二台水泵切换到工频运行，变频器连接到第三台水泵上起动并运行。
(5) 水位下降需要减泵时，系统将第三台水泵停止，第二台水泵切换到变频调节状态。水位继续下降，系统将第二台水泵停止，第一台水泵切换到变频调节状态。
(6) 另外，设置软启动器作为备用。当变频器或PLC故障时，可用软起动器现场手动轮流起动各泵运行以保证供水。作为多台提升泵自动控制，满足先启先停原则，以优化资源利用率；提升泵安全，系统设置了提升泵干运转保护；同时，系统还设置了泵频繁启停保护，群启动保护等，以延长其使用寿命。

3、曝气系统自动控制

　　生化池作为全厂污水处理核心，具有举足轻重作用。污水预处理后，这里微生物吸附污水中有机物，达到脱磷脱氮目。对生化池自动控制，主溶解氧浓度控制。

　　曝气量自动控制系统作为一个恒值控制系统，系统给定一个保持不变最佳溶解氧值，PLC控制调节输出量（即曝气机开启台数），使被控量（实测氧化沟溶解氧浓度）不断接近给定值。这个系统中，要求稳定性和动态特性良好，被控量向给定值过渡时间短，同时过程平稳，振荡幅度小。

　　曝气供氧系统是由鼓风机、电动调节阀和溶解氧仪共同组成闭环系统，为反应池好氧段提供氧气，并维持好氧过程溶解氧浓度值。好氧过程溶解氧浓度值控制鼓风机开启程度，维持溶解氧浓度值一定范围内变动。控制流程如（图五）。



三、控制模式

手动模式：手动模式又可以分为盘柜模式和就模式。盘柜模式就是MCC上按钮实现对设备操作；就模式就是现场控制箱上按钮实现对设备操作。
遥控模式：就是中心控制室上位操作站实现对设备操作。
自动模式：设备运行完全由各PLC污水厂工况及工艺参数来完成对设备启停控制，而不需要人工干予。

四、系统构成如（图六）


　　前面描述，设备控制比较复杂，为达到以上设备自动控制要求，该工程基本构成如下：
　　下位机：选用了施耐德 Premium PLC来做系统
　　上位机：选用了北京华富Control2000软件
　　中间协议：采用Simatic TOP Server，衔接上、下位机，进行数据交换

　　整个厂区共有3个PLC站，硬件采用施耐德电气Premium PLC，分别用光纤及光纤交换机，采用星型连接方式构成以太网络连接至中控室，PLC2站，现场电力仪表采用Modbus通讯方式实现数据采集；软件采用施耐德PL7Pro，控制要求开发程序，完全可以实现前面描述控制要求。三个站分别处于进水泵房、配电房、脱水机房，基本配置如下：

PLC1站	施耐德电气Premium PLC
电源模块	TSX PSY2600M	1	块
CPU模块	TSX P57 2623M	1	块
扩展存储卡	TSX MFP128P Flash EPROM 128K	1	块
模拟量输入模块	TSX AEY 800	2	块
模拟量输出模块	TSX ASY 410	1	块
开关量输入模块	TSX DEY 32D2K	2	块
开关量输出模块	TSX DSY 16T2	2	块
PLC机架	TSX RKY 8EX	1	个
PLC2站	施耐德电气Premium PLC
电源模块	TSX PSY2600M	1	块
CPU模块	TSX P57 2623M	1	块
扩展存储卡	TSX MFP128P Flash EPROM 128K	1	块
模拟量输入模块	TSX AEY 800	3	块
开关量输入模块	TSX DEY 32D2K	3	块
开关量输出模块	TSX DSY 16T2	2	块
PLC机架	TSX RKY 8EX	1	个
PLC3站	施耐德电气Premium PLC
电源模块	TSX PSY2600M	1	块
CPU模块	TSX P57 2623M	1	块
扩展存储卡	TSX MFP128P Flash EPROM 128K	1	块
模拟量输入模块	TSX AEY 800	1	块
模拟量输出模块	TSX ASY 410	1	块
开关量输入模块	TSX DEY 32D2K	2	块
开关量输出模块	TSX DSY 16T2	1	块
PLC机架	TSX RKY 8EX	1	个

　　上位机采用华富Control2000来开发监控画面进行监控：工艺绘制流程图，显示所有相关测控仪表实时值；建立全厂中心监控系统平台，使操作员能随时监视全厂运行状态，并对设备操作发出控制指令；建立历史数据查询系统和重要数据保存系统，并能对日报表、月报表、年报表进行打印；建立全厂设备安全报警系统；

图七：厂区工艺流程图

图八：设备控制盘

图九：开发调试阶段报表查询数据示例
　　下位机采用施耐德电气Premium PLC，上位机用北京华富德Control2000，二者之间标签连接及数据通讯必须有一个统一协议驱动，本工程采用是SIMATICA TOP SERVER来实现，报表查询系统采用VB6.0来开发外挂程序实现报表实时查询。

五、该工程自控系统特点

　　1、技术先进：现代化工厂要求与时俱进，该自动化控制系统是从使用现场总线、通讯网络、可编程控制器、组态软件，从自动化控制技术来讲，都具代领先性。
　　2、稳定可靠：选用自动化产品绝大部分来自国外知名品牌，建立自动化控制平台，严格测试，可以保证系统稳定可靠运行。
　　3、自动化程度高，使用简单：全厂控制中心——中心控制室上位界面，采用全中文设计界面，立体三维流程图形来表达工艺，便于操作员掌握；同时下位机PLC采用施耐德PLC，系统稳定性好，自动化程度高，整个系统维护量小。
　　4、开放性：该系统采用现场总线是国际通用具有开放协议现场总线，同时各控制站均留有I/O余量，于以后系统改造和扩展。
　　5、安全性：该系统采用全面设备保护体系，包括潜水泵干运转保护、自控平台防雷保护、进水水质异常保护、报警系统等，止某些意外或操作员疏忽而发生事故。

六、应用总结

　　该城市污水处理系统建成后，施耐德电气Premium PLC系统运行稳定，采集数据准确快捷，控制重要设备运行安全，程序开发好后，其维护量几乎为零，同时个人感觉该PLC现场安装、它设备接口等均方便好用，系统投运后，自动化程度高，工作人员维护量小，出水水质能达到国家规定标准，该系统形成投运无疑给长江流域、三峡库区环保事业作出了贡献，希望长江流域沿线有更多采用自动化程度高污水处理厂。巫山污水处理厂施耐德电气Premium PLC系统应用将是一个很好榜样。

很典型的一个应用例子。

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