基于Profibus的SBR工藝污水處理自動控制系統(tǒng)

1、基于Profibus的SBR工藝污水處理自動控制系統(tǒng)摘要：在污水處理自動控制系統(tǒng)中采用現(xiàn)場總線和冗余技術進步了信號傳輸?shù)木群蜏蚀_性，解決了傳統(tǒng)控制方案中敷線過多的問題，進步了系統(tǒng)的可靠性和擴展性。該系統(tǒng)采用了三層網(wǎng)絡構造：管理級、控制級和現(xiàn)場級；具有設計先進、易于擴展和運行平安可靠等特點。實際運行效果非常明顯。關鍵詞：PrfibusSBR冗余技術分布式I/模塊0引言由此可見，污水處理是一個多參量(如液位、水質成分、流量、壓力等)、多任務(如污水輸送、風量控制、水泵的啟停等)、多設備(如格柵機、水泵、鼓風機、閥門等)且具有隨機性、時變性和耦合性的復雜系統(tǒng)。因此，污水處理應由一個智能監(jiān)控與綜合管

2、理系統(tǒng)來進展現(xiàn)代化的管理，使之平安可靠地運行。1現(xiàn)場總線技術2系統(tǒng)組成及功能設計現(xiàn)代化的污水處理系統(tǒng)需要實現(xiàn)管理與控制一體化，實現(xiàn)辦公自動化。控制系統(tǒng)不僅與下層控制設備有良好的接口，而且具有與上層管理系統(tǒng)集成的接口，同時具有可擴展性。所以現(xiàn)代化污水處理系統(tǒng)要求在底層采用現(xiàn)場總線或者工業(yè)以太網(wǎng)等技術，上層那么選用優(yōu)秀的監(jiān)控組態(tài)軟件。為了加強系統(tǒng)的可靠性，使整個系統(tǒng)可以長時間無故障地運行，需要采用容錯技術。根據(jù)全集成自動化TtallyIntegratedAutatin的思想，將污水廠控制系統(tǒng)分為管理級、控制級、現(xiàn)場級。1管理級。管理級是系統(tǒng)的核心局部，完成對污水處理過程各局部的管理和控制，并實現(xiàn)廠

3、級的辦公自動化。管理級提供人機接口，是整個控制系統(tǒng)與外部信息交換的界面。管理級的各臺計算機具有互相通訊的功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換或共享?？紤]到管理層功能構造的層次性和可分割性，采用客戶/效勞器lientServer的體系構造。效勞器選用大型的網(wǎng)絡關系數(shù)據(jù)庫，滿足開放、分布式數(shù)據(jù)庫管理方式的要求。效勞器具有遠程控制操作功能、狀態(tài)顯示功能、數(shù)據(jù)處理功能、報警功能、報表功能、通訊功能和冗余功能等。廠中心控制室中設備包括：兩臺安裝Sieens公司in監(jiān)控組態(tài)軟件的冗余效勞器作為上位機，兩臺效勞器安裝in組態(tài)軟件的完全版以及冗余軟件包，兩臺效勞器互為備用，實現(xiàn)冗余，進步系統(tǒng)的可靠性。裝有in運行版的P機作為監(jiān)

4、控工程師操作站。這種配置的最主要的優(yōu)點是保證數(shù)據(jù)的完好性和監(jiān)控操作的連續(xù)性。假如一個in效勞器出現(xiàn)故障，該效勞器的客戶機自動從發(fā)生故障的效勞器切換到備用的效勞器上，使所有的客戶機始終可以監(jiān)控消費過程，修復后的效勞器回到系統(tǒng)后，自動實現(xiàn)歸檔數(shù)據(jù)的匹配。在以上的配置中，系統(tǒng)重要的局部采用冗余技術，使整個控制系統(tǒng)具有極高的可靠性，可以實現(xiàn)每天24小時不連續(xù)工作。根據(jù)此設計思想和關鍵技術方案分析得出系統(tǒng)總體構造見圖1。圖1控制系統(tǒng)構造原理3智能傳感器由于污水成分比擬復雜，具有腐蝕性，因此選用超聲波液位計測量液位，防止直接與污水接觸，并且反響速度快，帶有總線接口具有遠傳功能，直接輸送到PL，同時具有就地

5、顯示的功能，參數(shù)設置簡單、操作方便。在污水廠的進水總管和出水總管分別安裝SS、溫度、pH和D傳感器，測得進水水質參數(shù)用于反響控制，出水參數(shù)用于監(jiān)測工藝的運行效果，以防止處理后不合格的水排出。在反響池的厭氧區(qū)內裝有RP計，測量厭氧區(qū)的氧化復原電位，反映生物硝化脫氮的情況，同時決定是否需要從好氧區(qū)回流污泥。好氧池內裝有D傳感器用于控制曝氣量，根據(jù)污水中的溶解氧含量決定空氣管電動閥的開度，從而控制曝氣量。SS傳感器用于監(jiān)測污水中固體懸浮物的濃度。在空氣總管上安裝有壓力計，根據(jù)空氣總管空氣的壓力來控制鼓風機的啟停以及實現(xiàn)變頻調速。在滿足工藝要求的同時可以實現(xiàn)節(jié)能。4上位機組態(tài)軟件上位機系統(tǒng)要求：具有與

6、多臺下位機系統(tǒng)通訊的才能，實時監(jiān)控多臺下位機的工作狀態(tài)，顯示消費過程中的工作曲線；具有遠程控制才能；向下位機采集數(shù)據(jù)，對歷史數(shù)據(jù)進展存儲、查詢、顯示、打印等。因此，在一個自動監(jiān)控系統(tǒng)中，投入運行的監(jiān)控組態(tài)軟件是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)搜集處理中心、遠程監(jiān)視中心和數(shù)據(jù)轉發(fā)中心，處于運行狀態(tài)的監(jiān)控組態(tài)軟件與各種控制、檢測設備如PL、智能儀表等共同構成能快速響應的控制中心。優(yōu)秀的組態(tài)軟件是實現(xiàn)上位機功能的基矗選用Sieens公司in(indsntrlenter)5.0組態(tài)軟件。in具有控制自動化過程的強大功能，是基于個人計算機，同時具有極高性價比的SADA級操作監(jiān)視系統(tǒng)。在兩臺效勞器上安裝效勞器版和冗余軟件包，客

7、戶機安裝運行版。圖2組態(tài)軟件構造該監(jiān)控軟件的構造框圖見圖2。監(jiān)控組態(tài)軟件的功能及特點：1友好的人機界面，控制操作方便。在中心控制室能對全系統(tǒng)被控設備進展實時控制，如啟停設備，在線設置PL中程序的某些工藝參數(shù)等。2實時畫面顯示功能。用圖形實時地顯示各現(xiàn)場被控設備的運行工況，以及現(xiàn)場的狀態(tài)參數(shù)。用模擬儀表、趨勢圖、曲線、柱狀圖動態(tài)顯示參數(shù)的實時變化情況，使消費管理人員可以快速、明晰地理解整個系統(tǒng)的消費運行情況。3數(shù)據(jù)管理。數(shù)據(jù)庫存儲消費過程數(shù)據(jù)，供統(tǒng)計分析使用。工作人員可以定期把歷史數(shù)據(jù)庫備份到其它存儲介質，以便于歷史數(shù)據(jù)的查詢。利用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進展比擬和分析，得出一些有用的經歷參數(shù)，有利于優(yōu)化

8、SBR工藝的閉環(huán)控制。4報警功能。當參數(shù)超過設定范圍或設備如電機啟停、閥門開關發(fā)生故障時，可根據(jù)組態(tài)發(fā)出不同等級的聲光報警，如屏幕顯示報警信息、打印機輸出報警信息等?？筛鶕?jù)報警信息自動切換到相應的監(jiān)控畫面。所有的報警信息均被記錄在報警數(shù)據(jù)庫中，便于以后的事故分析使用。5報表打印功能?？梢詫崿F(xiàn)報表和圖形打印以及各種事件和報警實時打櫻打印方式分為定時打印和事件觸發(fā)打櫻6通訊功能。in是基于標準的inds平臺開發(fā)的SADA系統(tǒng)軟件，充分考慮了與其它系統(tǒng)交換信息的必要性，支持如DDE，LE，DB，P和SQL等標準?？梢蕴峁┒喾N方式與上層系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換。7冗余功能。兩臺裝有in組態(tài)軟件的效勞器互為冗余，確

9、保數(shù)據(jù)完好。5控制軟件編程一套理想的軟件不只限于滿足工藝要求，而且要考慮到現(xiàn)場出現(xiàn)的各種特殊情況，因此必須可靠、實用、易修改。5.1控制規(guī)律軟件編程的主要根據(jù)為消費工藝提供的控制規(guī)律。同一種處理工藝可能會有不同的控制策略，根據(jù)目前的研究狀況，SBR工藝的控制可以分為三種：一種是生物濃度法。是指根據(jù)在線測得的水質參數(shù)與設定參數(shù)形成閉環(huán)控制；第二種是反響時間控制。對于時間控制規(guī)律而言，它是根據(jù)對SBR反響的五個階段所需要的時間進展自動控制的。第三種是流量程序控制。是根據(jù)污水流量的變化來調整各個階段所需時間進展自動控制。后兩種控制方法都不是根據(jù)廢水的水質變化來改變某些運行參數(shù)進展自適應控制的。生物濃

10、度控制的根本思想是動態(tài)的控制SBR的反響時間使其中的有機物濃度用D或BD表示到達允許的排放標準，就停頓曝氣。在線測定有機物濃度的BD或D傳感器比擬貴，一般都在幾十萬元，目前還沒有應用報道，而且實時性比擬差，反響時間慢。試驗說明：在SBR法的反響階段在一定混合物濃度和溫度的條件下，對一定的廢水而言，反響池中的BD和D濃度與耗氧速率UR及氧化復原電位RP有親密的關系。一般說來，有機物濃度越低，那么UR越低而RP越高，因此可以通過UR與RP來監(jiān)測有機物濃度的變化，進而通過計算機來自動控制反響過程。KG)時間控制程序是根據(jù)對SBR反響池的五個運行階段所需要的時間進展自動控制。該方法不是根據(jù)污水的水質變

11、化來改變某些運行參數(shù)進展自適應控制。對于進水時間、曝氣時間、沉淀時間、排水時間及閑置時間均可由上位機設定。SBR反響池的各段工藝過程及其執(zhí)行時間均嚴格按時序進展，每個反響池的任何設備均可通過電氣柜上的手動/自動轉換開關改變其狀態(tài)，但均不能改變PL所設定的工作時序，并且一旦切入自動狀態(tài)后便進入PL所設定的時序。在自動狀態(tài)下，操作人員在中心控制室可以通過人機界面實現(xiàn)遠程遙控操作?，F(xiàn)場設備的工作狀態(tài)均送上位機顯示。5.2控制程序根據(jù)以上情況，對應設計了兩種控制程序，可根據(jù)實際情況由上位機選擇運行。1生物濃度法控制程序。生物濃度法采用反響控制，利用在線測得的進水水質參數(shù)作為輸入，按照預先確定好的控制模

12、型進展運算，然后用計算的結果作為輸出控制現(xiàn)場的設備，動態(tài)控制反響時間，以到達控制反響的目的。2時間控制程序。本控制系統(tǒng)嚴格按照時序、按順序工作。允許在工作過程中任意進展遙控、自控切換且不影響工作時序。6結語在污水處理控制系統(tǒng)中采用現(xiàn)場總線改變了傳統(tǒng)的全模擬量傳輸?shù)姆绞?，在現(xiàn)場總線級實現(xiàn)了數(shù)字量傳輸，到達了進步信號傳送精度，增強現(xiàn)場控制靈敏性，降低現(xiàn)場儀表初裝費和設計施工費用，減少電纜敷設，易于維護和擴展的目的。該自動控制系統(tǒng)已經在浙江海寧污水處理廠投入運行，實現(xiàn)了污水處理SBR工藝的自動控制，進步了污水處理的效率和效果，同時降低了能耗，獲得了良好的經濟效益與社會效益。參考文獻1陽憲惠.現(xiàn)場總線技術及其應用.北京：清華大學出版社，19993馬國華:監(jiān)控組態(tài)軟件及其應用.北京：清華大學出版社.20015ValnyrVLira,PRBarrs,JSdaRhaNet,AdrianusvanHaandel.Autatinfananaerbiaerbiasteatertreatentpress.IEEEInstruentatinandeasureentTehnlgynfereneBudapest,