水利工程論文-城市污水處理自控系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì).doc

水利工程論文-城市污水處理自控系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)摘要:通過對(duì)LIER-POOLK工藝深入研究,針對(duì)其自動(dòng)化程度要求高的特點(diǎn),在自控系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)中根據(jù)污水處理工藝流程,綜合運(yùn)用自動(dòng)化技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)管控一體的設(shè)計(jì)思路,開發(fā)“基于LIER-POOLK工藝的城市污水處理自控系統(tǒng)”關(guān)鍵詞:城市污水處理；自控系統(tǒng)；方案1(1)在污水處理過程中要求整個(gè)系統(tǒng)必須安全可靠運(yùn)行,在工藝設(shè)備儀表電氣自控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)電視監(jiān)控系統(tǒng)的選型和系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)等方面,系統(tǒng)的可靠性是設(shè)計(jì)考慮的第一原則,作為控制系統(tǒng)核心設(shè)備的PLC,選用德國(guó)西門子公司的S7-300系列產(chǎn)品及其相應(yīng)的開發(fā)軟件(2)污水處理處理廠的自控系統(tǒng)采用PC+PLC分級(jí)分布式控制形式,以集中監(jiān)測(cè)為主,分散控制為輔,在中控室運(yùn)行監(jiān)控計(jì)算機(jī)上可對(duì)全廠的各工序進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,生產(chǎn)的工藝過程自動(dòng)控制采用就地單獨(dú)控制的原則進(jìn)行,并在污水處理過程關(guān)鍵工序配置西門子MP270B觸摸面板(人機(jī)界面HMI)作為現(xiàn)場(chǎng)工程師操作站(3)為保證污水處理廠的安全運(yùn)行,自控系統(tǒng)設(shè)立三級(jí)控制層:就地手動(dòng)控制現(xiàn)場(chǎng)控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控就地手動(dòng)控制是指通過設(shè)備本地控制箱手動(dòng)控制設(shè)備的開啟或關(guān)閉；現(xiàn)場(chǎng)控制是指由現(xiàn)場(chǎng)各分控站PLC執(zhí)行自己的控制程序,完成控制功能；遠(yuǎn)程監(jiān)控是指由中控室通過工業(yè)以太網(wǎng)高速冗余光纖環(huán)網(wǎng)對(duì)全廠的生產(chǎn)過程進(jìn)行控制監(jiān)測(cè)和記錄,對(duì)工藝現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備對(duì)象實(shí)現(xiàn)狀態(tài)遷移管理三級(jí)控制層的關(guān)系如下:中控室上位機(jī)可通過各現(xiàn)場(chǎng)的PLC子站直接控制有關(guān)設(shè)備和主要設(shè)備,如果中控室或網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障,不會(huì)影響各PLC分站的控制功能,如果PLC網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)PLC子站發(fā)生故障,操作員可通過就地控制箱對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制(4)設(shè)備發(fā)生異常故障或報(bào)警時(shí),系統(tǒng)可自動(dòng)切除相關(guān)故障設(shè)備或切換到現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作方式,同時(shí)記錄事故內(nèi)容,并對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行事故追憶(5)上位計(jì)算機(jī)綜合應(yīng)用程序開發(fā)選用德國(guó)西門子公司的WINCC5.1組態(tài)軟件,以監(jiān)控工藝運(yùn)行的圖形界面控制網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行參數(shù)和指令的通信運(yùn)行和歸檔數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)為重點(diǎn)(6)一體化生物反應(yīng)器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)根據(jù)生產(chǎn)工藝的具體要求,監(jiān)控一體化生物反應(yīng)器各個(gè)工藝設(shè)備的運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)處理過程的時(shí)間及空間控制,形成好氧厭氧或缺氧條件,以完成具體工藝處理目標(biāo)(7)為了對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和重要設(shè)備實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)視,在鼓風(fēng)機(jī)房一體化生物反應(yīng)器污泥脫水機(jī)房廠區(qū)環(huán)境等重要部位安裝攝像機(jī),構(gòu)成遠(yuǎn)程電視監(jiān)視系統(tǒng),在中控室可全廠重要設(shè)備進(jìn)行全天24小時(shí)監(jiān)視2本工程項(xiàng)目二期工程中控室和各工段的地理位置分布示意圖如圖1所示中控室的建筑物使用一期工程己建設(shè)好的設(shè)施,與一期工程的中央監(jiān)控設(shè)備共用一個(gè)監(jiān)控大廳工業(yè)以太網(wǎng)是基于IEEE802.3(Interment)的強(qiáng)大的區(qū)域和單元網(wǎng)絡(luò)作為西門子T.I.A(全集成自動(dòng)化構(gòu)架)重要組成部分,SIMATICNET基于經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用驗(yàn)證的技術(shù),用于嚴(yán)酷的工業(yè)環(huán)境,包括有高強(qiáng)度電磁千擾的區(qū)域3SIMATICNET典型的工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,有以下三類網(wǎng)絡(luò)器件:(1)網(wǎng)絡(luò)部件包括:連接部件FC快速連接插座ELS(工業(yè)以太網(wǎng)電氣交換機(jī))ESM(工業(yè)以太網(wǎng)電氣交換機(jī))SM(工業(yè)以太網(wǎng)光纖交換柳MCTPll(工業(yè)以太網(wǎng)光纖電氣轉(zhuǎn)換模塊)(2)通信介質(zhì):普通雙絞線,工業(yè)屏蔽雙絞線和光纖SIMATICPLC控制器上的工業(yè)以太網(wǎng)通訊外理器用于將SIMATICPLC連接到工業(yè)以太網(wǎng)(3)PG/PC上的工業(yè)以太網(wǎng)通訊外理器,用于將PG/PC連接到工業(yè)以太網(wǎng)利用工業(yè)以太網(wǎng),SIMATICNET提供了一個(gè)無(wú)縫集成到全業(yè)務(wù)功能(管控一體化及綜合信息處理)的途徑4工藝過程控制PLC(1)組成S7-300系列產(chǎn)品是模塊化中小型PLC系統(tǒng),能滿足中等性能要求的應(yīng)用大范圍的各種功能模塊可以非常好地滿足和適應(yīng)自動(dòng)控制任務(wù),由于簡(jiǎn)單實(shí)用的分散式結(jié)構(gòu)和多界面網(wǎng)絡(luò)能力,使得應(yīng)用十分靈活,方便用戶和簡(jiǎn)易的無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì),當(dāng)控制任務(wù)增加時(shí),可自由擴(kuò)展,由于大范圍的集成功能使得它功能非常強(qiáng)勁如果用戶的自控系統(tǒng)任務(wù)需要多于8個(gè)信號(hào)模塊或通訊處理器模塊時(shí),則可以擴(kuò)展s7-300機(jī)架(CPU314以上):(1)在4個(gè)機(jī)架上最多可安裝32個(gè)模塊:最多3個(gè)擴(kuò)展機(jī)架(ER)可以接到中央機(jī)架(CR)上,每個(gè)機(jī)架(CR/ER)可以插入8個(gè)模塊(2)通過接口模塊連接:a.每個(gè)機(jī)架上(CR/ER)都有它自己的接口模塊它總是插在CPU旁邊的槽內(nèi),負(fù)責(zé)與其他擴(kuò)展機(jī)架自動(dòng)地進(jìn)行通訊；b.通過IM365擴(kuò)展,可擴(kuò)展1個(gè)機(jī)架,最長(zhǎng)1米,電源也是由此擴(kuò)展提供C.通過IM360/361擴(kuò)展,可擴(kuò)展3個(gè)機(jī)架,中央機(jī)架(cR)擴(kuò)展機(jī)架但擴(kuò)展機(jī)架之間的距離最大為10米(3)獨(dú)立安裝海個(gè)機(jī)架可以距離其他機(jī)架很遠(yuǎn)進(jìn)行安裝,兩個(gè)機(jī)架間(主機(jī)架與擴(kuò)展機(jī)架,擴(kuò)展機(jī)架與擴(kuò)展機(jī)架)的距離最長(zhǎng)為10米(4)靈活布置:機(jī)架(CR/ER)可以根據(jù)最佳布局需要,水平或垂直安裝(2)診斷通過診斷可以確定模板所獲取的信號(hào)(如數(shù)字量模板)或模擬量處理(例如模擬量模板)是否正確在診斷評(píng)估中,可參數(shù)化的診斷信息與不可參數(shù)化的診斷信息有區(qū)別可參數(shù)化的診斷信息:通過相應(yīng)的參數(shù)始能診斷信息的發(fā)送；不可參數(shù)化的診斷信息:不管是否參數(shù)化均可發(fā)送診斷信息如果發(fā)送診斷信息(如無(wú)編碼器電源),則模板執(zhí)行一個(gè)診斷中斷此時(shí)CPU中斷執(zhí)行用戶程序,或中斷執(zhí)行低優(yōu)先級(jí)的中斷,來(lái)處理相應(yīng)的診斷中斷功能塊(OB82)5PLCPLC自動(dòng)工序工藝運(yùn)行程序有四大主要功能模塊,即:時(shí)鐘模塊運(yùn)行參數(shù)更新綜合故障判定和自動(dòng)工序模塊(1)變量設(shè)計(jì)我們的變量設(shè)計(jì)盡量遵循節(jié)省的原則建立時(shí)間計(jì)數(shù)變量Tcount32個(gè)工序采用統(tǒng)一的時(shí)間計(jì)數(shù),每個(gè)工序分配一個(gè)運(yùn)行時(shí)間變量Tn(n=1,2,32)PLC自動(dòng)工序工藝運(yùn)行程序根據(jù)運(yùn)行時(shí)間變量來(lái)確定每個(gè)工序步驟運(yùn)行的時(shí)間為27臺(tái)(套)工藝設(shè)備的每一臺(tái)(套)分配一個(gè)32位的運(yùn)行狀態(tài)標(biāo)志,分別對(duì)應(yīng)于32個(gè)工序步驟PLC自動(dòng)工序工藝運(yùn)行程序根據(jù)每一臺(tái)(套)工藝設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)標(biāo)志和設(shè)備運(yùn)行互鎖(故障和手動(dòng)控制)確定該設(shè)備是否運(yùn)行為27臺(tái)(套)工藝設(shè)備的每一臺(tái)(套)建立一個(gè)故障狀態(tài)標(biāo)志位(綜合故障)和控制狀態(tài)標(biāo)志位(手動(dòng)/自動(dòng))建立工藝運(yùn)行參數(shù)二維表,包含32個(gè)工序的運(yùn)行時(shí)間參數(shù)和27臺(tái)(套)工藝設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)標(biāo)志參數(shù)建立工藝運(yùn)行參數(shù)變更標(biāo)志位,如果工藝運(yùn)行參數(shù)發(fā)生改變并經(jīng)過運(yùn)行