2010年第3期工業(yè)儀表與自動化裝置●77●PCC在城市污水處理中的應(yīng)用鄭卓',張東,劉旭東,董蕾(1.甘肅聯(lián)合大學(xué)理工學(xué)院,蘭州730000;2.蘭州理工大學(xué)電信工程學(xué)院,蘭州730050)摘要:針對城鎮(zhèn)污水處理的特點和控制要求,設(shè)計了一個基于貝加萊PCC和以太網(wǎng)的污水處理監(jiān)控系統(tǒng),論述了系統(tǒng)的組成和工作原理。各控制站對數(shù)據(jù)進行處理,并且使用工控機對系統(tǒng)進行監(jiān)控。實際運行結(jié)果證明:該方案控制結(jié)果良好,達到了污水處理標(biāo)準(zhǔn),為城市污水處理監(jiān)控高效化提供了良好的基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞:可編程計算機控制器;以太網(wǎng);污水處理;監(jiān)控系統(tǒng)中圖分類號:TP273文獻標(biāo)志碼:A文章編號:1000 - 0682(2010)03 -0077 -05Application of PCC in urban sewage treatmentZHENG Zhuo' , ZHANG Dong' , LIU Xudong' , DONG Lei'(1. Cllge of Tchnologyo, Gansu Union Uniersiy, Lanzhou 7000 ,China;2. Cllge of Fletric and Information Engineering, Lanzhou Uniersity of Technology, Lanzhou 730050 ,China)Abstract: According to characteristic and control requirement of the urban sewage treatment, thispaper puts forward a monitoring and control system for sewage treatment based on B&R PCC and Ether-net, and discusses composition and operating principle. The data is processed by the control station, andthe system is monitored by industrial personal computer. The actual operation proves that the programcontrols with good result , reaches the sewage treatment standards and provides a good foundation to moni-tor urban sewage treatment eficiently.Key words:PCC;Ethemnet;sewage treatment ;monitoring control system0引言1污水處理流程隨著計算機和通信技術(shù)的發(fā)展及自動化水平的該污水處理廠日處理污水量為50 000 m'/d, 出不斷提高,越來越多的工廠采用分布式控制、集中信水標(biāo)準(zhǔn)要求實現(xiàn)國家《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放息管理的控制模式。污水處理廠運用集散控制系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)》- -級 B標(biāo)準(zhǔn),對污水進行3個階段的處理。模型可以最大限度提高污水處理廠運行的可靠性，[鼓風(fēng)機房]提高出水水質(zhì),降低能耗和工人勞動強度,達到提高排濟經(jīng)濟效益的目的?？删幊逃嬎銠C控制器(Program-管網(wǎng)來水菜|粗格柵細格柵2個mable Computer Controller, 簡稱PCC)以其高可靠5- +及及井CASS提升泵沉沙池反應(yīng)池性、編程方便、耐惡劣環(huán)境、功能強大等特性已成為工業(yè)控制領(lǐng)域中增長速度最迅猛的工業(yè)控制設(shè)備,沙水分離器它能很好地解決工業(yè)控制領(lǐng)域普遍關(guān)心的可靠、安[沖洗水池加氧|加藥間|全、靈活、方便、經(jīng)濟等問題(5]。該文以蘭州某縣的4[剩余話性污泥]貯泥池+污泥股水間]泥餅裝運+污水處理為例,介紹了基于貝加萊PCC和以太網(wǎng)的污水處理自動控制系統(tǒng)的實現(xiàn)。中國煤化工圖收稿日期:2009 -08 -31MHC N M H G懸浮狀態(tài)的固體污作者簡介:鄭卓(1968), 女，工學(xué)碩士,現(xiàn)任甘肅聯(lián)合大學(xué)理染物質(zhì),經(jīng)過一-級處理的污水, BOD一般可去除工學(xué)院講師，主要研究方向為現(xiàn)場總線。30%左右,達不到排放標(biāo)準(zhǔn)。一級處理屬于二級處●78.工業(yè)儀表與自動化裝置2010年第3期理的預(yù)處理。二級處理主要去除污水中呈膠體和溶各個環(huán)節(jié)中設(shè)置了完整的全過程檢測儀表,如流量、解狀態(tài)的有機污染物質(zhì)( BOD, COD物質(zhì)),去除率液位、壓力、pH溶氧儀等檢測儀表，確保對工藝全可達90%以上,使有機污染物達到排放標(biāo)準(zhǔn)"。三過程運行狀態(tài)、水量、水質(zhì)的監(jiān)控,滿足各環(huán)節(jié)的自級處理進-步處理難降解的有機物、氮和磷等能夠動控制需要(1。自動控制系統(tǒng)采用開放的分布式導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的可溶性無機物等。處理工藝采控制系統(tǒng),整個污水廠自控系統(tǒng)由中央控制室操作用CASS池工藝生化處理,尾水達標(biāo)后排入黃河。.員站、現(xiàn)場PCC控制站和現(xiàn)場儀表組成。中央控制污泥處理采用機械濃縮脫水處置工藝,泥餅外運衛(wèi)室操作員站和現(xiàn)場PCC控制站之間通過工業(yè)以太生填埋,污水處理流程如圖1所示。網(wǎng)連接,數(shù)據(jù)和參數(shù)可以在PCC與中央控制室管理站之間相互傳送[3] ;PCC控制站和現(xiàn)場儀表之間通2系統(tǒng)控制方案過現(xiàn)場總線和4~20mA進行數(shù)據(jù)傳輸;電機控制2.1系統(tǒng)工藝分析中心MCC控制站通過PCC控制站的輸入輸出模塊在沉淀池單元，利用超聲波液位變送器、提升泵和PCC進行數(shù)據(jù)傳輸,系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)如圖2所示。和PCC構(gòu)成了一一個控制回路。液位變送器將液位監(jiān)控計算機管理計算機打印機變化轉(zhuǎn)化成信號傳送給PCC,然后PCC根據(jù)信號做出相應(yīng)的反饋給變頻器,通過PID控制電磁閥來調(diào)10/100以太網(wǎng)整泵電機的頻率和啟停臺數(shù),以此控制沉淀池單元的水量。PCC MCCCASS池單元是整個處理工藝的核心單元。系統(tǒng)在傳統(tǒng)CASS池的前端增加了一個生物選擇區(qū)(缺氧運行),采用雙池進水，循環(huán)周期采用6 h,信號模塊mi里CASS池每8按4個周期運行,時段分配為:進水/曝氣回流4.0 h;靜止沉淀1.0 h;潷水閑置(排泥)圖2系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖1.0 h。在PCC現(xiàn)場控制站上,配置了帶TCP/IP接口PCC通過CASS池中的pH值、氧化還原電位、的通信模塊,以便和中央控制站通信。另外還提供溶解氧混合液懸浮固體濃度以及電導(dǎo)率值等參數(shù)可編程的串口,以便與第三方智能串口設(shè)備進行通.的變化,做出相應(yīng)的反饋信號傳送給泵、變頻器和電信。PCC現(xiàn)場控制站監(jiān)視和控制污水處理的整個生動閥,變頻器通過PID方式控制鼓風(fēng)機組,保持管內(nèi)產(chǎn)過程,并通過通信網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控計算機及其他現(xiàn)場壓力恒定。通過泵、鼓風(fēng)機的啟停和調(diào)整電動閥的控制設(shè)備進行通信。中控室能夠觀察到一些重要的開度來實現(xiàn)CASS池污水處理工藝的自動控制,使運行狀態(tài)和工藝參數(shù),對現(xiàn)場設(shè)備進行操作及控制其達到最佳處理狀態(tài)。參數(shù)的設(shè)置和修改。考慮到方便、安全調(diào)試和運行.2 污水處理控制方案以及緊急情況，整個系統(tǒng)主要機械設(shè)備的控制采用根據(jù)污水廠的分布情況，共設(shè)有3個PCC現(xiàn)場就地手動控制、自動控制、中央控制站遙控的3層控控制站,分別設(shè)置在3個位置。制模式;其他設(shè)備采用現(xiàn)場控制、中央控制的2層控1)粗格柵及污水提升泵房控制室,實現(xiàn)對所有制模式?，F(xiàn)場在線儀表的數(shù)據(jù)采集,負責(zé)粗格柵及污水提升2.3硬件設(shè)計泵房、細格柵及沉砂池.配水井、進廠“水水質(zhì)的設(shè)備上位機硬件系統(tǒng)配置監(jiān)控計算機為2臺研華工控制及數(shù)據(jù)采集。控機P4 ,其性能穩(wěn)定、可靠、性價比高。因為該廠以2)變配電室控制室,負責(zé)鼓風(fēng)機房、CASS反應(yīng)前使用西門子產(chǎn)品,擁有SIMATIC WINCC 6.0軟池、接觸池、加氯間、出廠水水質(zhì)的設(shè)備控制及數(shù)據(jù)件,因此為了減少不必要的成本，采取0PC技術(shù)來.采集。負責(zé)PCC和WINCC軟件的數(shù)據(jù)通信,主要實現(xiàn)對3)污泥脫水機房控制室,負責(zé)貯泥池、污泥脫污水中國煤化工利。水機房沖洗水池的設(shè)備控制及數(shù)據(jù)采集。|YHC N M H G$性能X20CP1485其中變配電室現(xiàn)場控制站還包括4個遠程站，控制器 ，自帶以太網(wǎng),和RS232或CAN通信接口,其.分別設(shè)置在CASS反應(yīng)池潷水器附近。在工藝流程處理頻率達到Celeron 400 MHz,達到400 μs任務(wù)執(zhí)2010年第3期工業(yè)儀表與自動化裝置●79.行時間。通過編制控制程序,對現(xiàn)場控制站I0模塊進行數(shù)據(jù)采集和分析運算并相應(yīng)輸出結(jié)果。自0 _Cyelic國- [10 as]v0.00g cye_con .User EOM . . . 11076V0.00帶以太網(wǎng)接口實現(xiàn)與監(jiān)控中心數(shù)據(jù)通信,采用容易0.00UserDoN 2764擴展X20 I0單元,采集遠程設(shè)備數(shù)據(jù)信號。結(jié)構(gòu)14872 .緊湊,功能齊全,性價比高，安裝方便4。User148012036根據(jù)上述控制內(nèi)容和工藝要求,控制系統(tǒng)需完User 10M13500Vser RON0 Cydlicn- [1000 a]成對系統(tǒng)參數(shù)的檢測控制報警和自動生成報表等Uer 01380功能。因為監(jiān)控系統(tǒng)采集和控制的點數(shù)非常多,為Detisbjett了實現(xiàn)系統(tǒng)正常、穩(wěn)定、安全、高效地運行,系統(tǒng)以工國ACPIO: Doplompant Table業(yè)以太網(wǎng)鏈接為主干網(wǎng);局部采用RS485主從式鏈ACP10: Ca Profile路的局域網(wǎng)形式。上位機通過100 M Ethemet ,采用TCP/IP協(xié)議與上位機進行信息傳輸。通過上位機與主控單元實現(xiàn)對工業(yè)現(xiàn)場的實時監(jiān)視和控制,實圖3系統(tǒng)程序流程圖踐表明系統(tǒng)運行良好。利用其強大的上下位全集成功能,節(jié)約了開發(fā)時間,2.4軟件設(shè)計增強了系統(tǒng)的透明訪問度。WinCC V6. 0可以通過貝加萊的PCC控制器采用分時多任務(wù)操作系OPC技術(shù)與貝加萊PCC進行通信。首先要設(shè)置好統(tǒng),可將控制要求分成多個任務(wù)并且在-一個掃描周貝加萊0PC服務(wù)器相應(yīng)的配置,接著在WinCC的期內(nèi)同時執(zhí)行。系統(tǒng)軟件使用Automaton Studio,它變量管理器中添加OPC驅(qū)動程序,選擇好變量類支持標(biāo)準(zhǔn)的C、Basic、梯形圖、指令表、順序結(jié)構(gòu)圖等型,然后就可以將已經(jīng)存在的0PC變量添加到6種標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)語言,提供了強大的數(shù)據(jù)運算和處WinCC中6]。這樣WinCC可以同時直接集成3個理能力。同時編程環(huán)境中包含豐富的兩數(shù)庫及功能PCC站上的所有I/0點和程序中的變量,省去了程塊,大大減輕了開發(fā)人員的工作量。系統(tǒng)使用高級序上大量的數(shù)據(jù)交換,減輕了調(diào)度PCC的負荷。語言C進行編程,其運算時間快,而且容易實現(xiàn)模操作員站的2臺工控機作為冗余服務(wù)器,支持塊化編程。加上PCC的分時多任務(wù)系統(tǒng),可以使控TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。在組態(tài)服務(wù)器時,系統(tǒng)會要求將制更加快速和精確,以達到更好的控制目標(biāo)。Auto-2臺服務(wù)器中的一- 臺定為缺省主機,另一臺為冗余mation Studio對所有自動化系統(tǒng)完成集成和配置任伙伴服務(wù)。在缺省主機上創(chuàng)建工程項目,并對該項務(wù),并且能準(zhǔn)確地識別硬件組件,提供直觀精確的診目進行組態(tài),建立與各PCC連接的驅(qū)動程序,在各.斷功能,遠程診斷功能,開放式接口。它的硬件和軟個驅(qū)動程序下建立驅(qū)動連接以及過程變量,歸檔變件都是模塊化的,可以根據(jù)控制需要組合成污水處量記錄和報警記錄,創(chuàng)建過程畫面等”’。理的專用控制系統(tǒng)，并具有靈活自由的聯(lián)網(wǎng)和擴展在監(jiān)控畫面中,可以實現(xiàn)自動控制調(diào)節(jié)中的手能力。所有的模塊(包括液位控制模塊.溫度控制動/自動切換、給定值輸人、參數(shù)輸人等功能,使操作模塊等智能模塊)通過一個系統(tǒng)總線進行連接通人員操作管理很方便。利用此軟件可以完成監(jiān)視器信,中間沒有接口,并且還具有分時多任務(wù)操作系顯示所需的現(xiàn)場設(shè)備監(jiān)控畫面。如系統(tǒng)狀態(tài)圖、硬統(tǒng),可以設(shè)定程序循環(huán)周期。例如該系統(tǒng)就針對不件報警、工藝報警、模擬量趨勢、對比趨勢、操作日.同的控制要求采用了3種不同的循環(huán)時間,這樣系志、報表輸出等?？芍庇^、動態(tài)地顯示出現(xiàn)場各部位統(tǒng)控制就可以分時實現(xiàn)各自的控制目標(biāo)，使CPU的重要參數(shù)的變化。系統(tǒng)監(jiān)控總界面和進水泵界面，利用率達到最高。Automation Studio 是確保透明性如圖4、圖5所示。的研發(fā)過程和機器高效運行的安全性保障。系統(tǒng)的4結(jié)束語程序流程如圖3所示。該污水監(jiān)郴系統(tǒng)集PCC技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、3控制 系統(tǒng)上位機設(shè)計計算中國煤化工管理于- -體,采用為了減少成本,上位機軟件使用已有的西門子分散|YHCN M H G模式,準(zhǔn)確掌握了公司的WinCC V6.0版本。WinCC 是專門為過程控污水處理各項工藝指標(biāo),快速監(jiān)控設(shè)備運行狀態(tài),降制和現(xiàn)場監(jiān)控開發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)軟件。在組態(tài)時充分低了現(xiàn)場操作人員及生產(chǎn)管理者的勞動強度,大大, 80.工業(yè)儀表與自動化裝置2010年第3期團進水發(fā)站家砂物國生物施斷鼓風(fēng)機房PHOC出股水機的出水樓受配電間MAM壓力0廣重新更明]圖4監(jiān)控系統(tǒng)人機界面世木深藥行眾了和進水愛站CH2酒位下下用:6000單景風(fēng)機房出冰樓登配電間請紅量上即按警氏災(zāi)值:圖5監(jiān)控系統(tǒng)進水泵界面提高了污水在線監(jiān)測的自動化程度。在采用技術(shù)和出版社,2006.軟硬件選型上,通過合理的方案配置使污水處理監(jiān)[2]鄭興燦 城市污水處理技術(shù)決策與典型案例[M].北測系統(tǒng)達到最佳的性能價格比。目前該方案已經(jīng)投中國煤化工，[3]+算機監(jiān)控系統(tǒng)中的入使用,獲得廠方好評。YHCNMH G;71-73.參考文獻:[1] 柏景方污水處理技術(shù)[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)[4] 曹麗婷,田景文,黃桂林. PLC和組態(tài)軟件在污水處理遠程監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].機床與液壓,2008,7(3):2010年第3期工業(yè)儀表與自動化裝置,81●202 -205.[J].電氣自動化,2003 ,25(2):31 -34. .[5] 齊蓉,肖維榮.可編程計算機控制器技術(shù)[M].北[7] 王加倫. PCC控制技術(shù)在煉油廠污水處理裝置上的應(yīng)京:電子工業(yè)出版社,2005.用[J].石油化工高等學(xué)校學(xué)報,2005 ,3(1):66 -69.[6] 趙紅忠,秦小州. SBR污水處理工藝及自動化控制彈性式壓力儀表安全強制性國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求簡介羅娟(西儀集團有限責(zé)任公司西安工業(yè)自動化儀表研究所,西安710082)隨著國家對工業(yè)過程測量和控制系統(tǒng)功能安全表2過壓能力的重視,控制系統(tǒng)和測量儀表的安全標(biāo)準(zhǔn)相繼提出壓力表測量范圍上限值過壓能力和制定。強制性國家標(biāo)準(zhǔn)《彈性式壓力儀表通用安≤101.5倍測量上限值全規(guī)范》(以下簡稱標(biāo)準(zhǔn))于2007年立項,歷時兩>10~≤601.3倍測量上限值年,起草工作已全部完成，正待批準(zhǔn)發(fā)布。該標(biāo)準(zhǔn)的>60~≤1601.2倍測量上限值制定對于保障彈性式壓力儀表的安全運行和使用者的人身安全是非常必要的。3泄壓功能影響彈性式壓力儀表使用安全的因素很多,一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對有泄壓功能的壓力表,當(dāng)其彈性元般認為主要有以下4種:疲勞破壞、過壓破壞、泄壓件破裂時,應(yīng)能及時釋放表殼內(nèi)蓄積的壓力,不得使安全、化學(xué)反應(yīng)及腐蝕破壞。參考相關(guān)美國標(biāo)準(zhǔn)和表玻璃飛出。避免因氣體聚集產(chǎn)生危險。歐盟標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合我國現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1226《--般壓力表》的具體實施情況,設(shè)立了如下技術(shù)指標(biāo)4安全用表建議用以保障壓力儀表的使用安全。對于腐蝕破壞和化學(xué)反應(yīng)破壞因其成因復(fù)雜, .1疲勞目前尚缺乏有效的定性與定量考核手段,但壓力表壓力表的彈性元件承受- -定的幅度、頻率、波形的正確選用也可以有效避免許多危險產(chǎn)生。本標(biāo)準(zhǔn)的反復(fù)交變負荷而不發(fā)生破裂的能力。理論上講,參考國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1226和美國國家標(biāo)準(zhǔn),在標(biāo)準(zhǔn)壓力表所能承受的交變負荷次數(shù)越多,其安全性也的資料性附錄中給出了安全用表建議:越有保障。但考慮制造能力和使用情況并參考歐盟1)為保障安全,建議用戶選用帶有泄壓功能的標(biāo)準(zhǔn),本標(biāo)準(zhǔn)對疲勞指標(biāo)進行了分檔要求(見表1):壓力表。2)壓力表焊接的強度受焊接方式、焊料的影.表1交變負荷次數(shù)響;連接效果受溫度、強度和腐蝕介質(zhì)的影響,使用壓力表測屈范圍上限值交變負荷次數(shù)時應(yīng)考慮這些因素。.≤2.5 MPa10萬次3)對耐振型充油壓力表,如果灌充甘油或硅>2.5 MPa-≤60 MPa5萬次油,應(yīng)避免在強氧化劑的環(huán)境中使用,潛在危險來自>60-≤1602.5萬次化學(xué)反應(yīng)引起的爆炸。交變頻率:60+5次/分鐘;幅度:測量上限的4)在壓力連接和彈性元件之間,建議放置限制30% ~ 60%器,它可幫助控制逸出氣體,減少危險。2過壓5)不提倡一只壓力表在某一場合使用后又移作它中國煤化工該考慮其化學(xué)兼壓力表的彈性元件承受超過測量范圍上限值而容性不發(fā)生破裂的能力。它區(qū)別于GB/T 1226"超壓”超.YHCNMHG性時，應(yīng)與廠家協(xié)過測壓上限- -定幅度后仍能保證精度的要求。根據(jù)商,選擇合適的彈性元件及接頭元件材料。國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)的測試數(shù)據(jù),作了如表2的規(guī)定。