自動化網(wǎng)絡(luò)在污水處理廠的分析與應(yīng)用

安亞琴

河北鋼鐵集團宣鋼公司企業(yè)管理處，河北張家口 075100

自動化網(wǎng)絡(luò)在污水處理廠的分析與應(yīng)用

安亞琴

河北鋼鐵集團宣鋼公司企業(yè)管理處，河北張家口 075100

綜合分析宣鋼污水處理廠自動化網(wǎng)絡(luò)的選型以及整體優(yōu)化方案，采用了三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)即管理層、控制層和現(xiàn)場層，具有設(shè)計先進、易于擴展和運行安全可靠等特點，實際運營效果明顯。

自動化網(wǎng)絡(luò)；污水處理；PLC

0 引言

宣鋼東區(qū)污水處理廠建成于2008年12月，主要處理宣鋼東區(qū)外排工業(yè)廢水和部分生活污水，處理規(guī)模4.8萬m3/d，小時流量2 000m3/h。污水處理廠分為預(yù)處理和深度處理兩個單元，預(yù)處理單元處理出水一部分進入深度處理站進行脫鹽處理，另一部分與深度處理站出水在宣鋼現(xiàn)有五泵站儲水池混合，達到生產(chǎn)新水水質(zhì)要求，作為宣鋼公司生產(chǎn)新水水源供生產(chǎn)使用。對于宣鋼東區(qū)污水處理系統(tǒng)自動化網(wǎng)絡(luò)而言，要根據(jù)污水處理的工藝流程和地域情況來確定整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，自控系統(tǒng)是水處理廠的控制核心，對污水廠能否高效、自動化運行至關(guān)重要，自動化網(wǎng)絡(luò)更是其重中之重，網(wǎng)絡(luò)正常通訊保證自控系統(tǒng)的正常運行，從而保證污水廠的穩(wěn)定順行。

1 工藝流程簡介

根據(jù)污水處理廠的進水、出水水質(zhì)要求，宣鋼污廢水的主要污染物為懸浮物、CODCr、油以及可溶性無機鹽類，與之匹配，采用反應(yīng)沉淀澄清、過濾以及反滲透相結(jié)合的處理技術(shù)。

在預(yù)處理單元中采用高密度沉淀池去除水中主要污染物，V型濾池進一步去除SS和有機物；在深度處理單元中采用多介質(zhì)過濾器去除SS，反滲透膜去除氯離子等可溶性無機鹽類。工藝流程圖如下：

2 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成

廠外提升與污水處理廠之間約800m距離，廠內(nèi)有分為預(yù)處理及深處理工藝。由于特殊的地理環(huán)境及工藝要求，污水處理廠自控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分為總控室和多個現(xiàn)場控制站，站與站之間通過控制層網(wǎng)絡(luò)相連，然后全部連接到監(jiān)控站，最終與現(xiàn)場控制站構(gòu)成了集中管理、分散控制、高速數(shù)據(jù)交換的工廠級自動化網(wǎng)絡(luò)。

2.1 管理層

管理層是系統(tǒng)的核心，主要完成對污水處理過程各部分的管理和監(jiān)控，并可實現(xiàn)廠級辦公自動化。宣鋼污水處理系統(tǒng)因其分布面積較大，廠區(qū)內(nèi)共有5個PLC分站：調(diào)節(jié)池分控主站PLC1、高密沉淀池分控主站PLC2、污泥處理分控主站PLC3、V型濾池分控主站PLC4、加藥分控主站PLC5和深處理系統(tǒng)PLC6；廠外有提升泵站分控主站PLC7，CPU分別使用施耐德、西門子的產(chǎn)品，該層采用工業(yè)以太網(wǎng)Ethernet實現(xiàn)了不同廠家不同設(shè)備間的信息傳輸。各分控主站和中央控制室通過赫斯曼網(wǎng)交換機，組成100M光纖以太環(huán)網(wǎng)，向監(jiān)控主站傳送數(shù)據(jù)和接受監(jiān)控主站控制指令。

廠中心控制室中設(shè)備包括：兩臺安裝Siemens公司W(wǎng)inCC監(jiān)控組態(tài)軟件的冗余服務(wù)器作為上位機，互為備用，實現(xiàn)冗余，裝有WinCC運行版的PC機作為監(jiān)控主站。該層通過上位監(jiān)控軟件實現(xiàn)對主要工藝設(shè)備的控制和調(diào)度，對污水處理全過程中的工藝參數(shù)進行數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、優(yōu)化和調(diào)整，對主要工藝流程進行動態(tài)模擬和趨勢分析、實時數(shù)據(jù)處理和實時控制，在控制組態(tài)上實現(xiàn)各種常規(guī)與復(fù)雜的優(yōu)化控制、專家控制、模糊控制等先進的智能控制。污水廠中控室控制站還利用信息中心、便攜計算機與及廠外泵站進行遠程通訊，實現(xiàn)遠端對實時畫面的訪問控制。

2.2 控制層

控制層是實現(xiàn)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵，也是管理級與現(xiàn)場級之間的樞紐層。其主要功能是接受管理層設(shè)置的參數(shù)或命令，對污水處理生產(chǎn)過程進行控制，同時將現(xiàn)場狀態(tài)輸送到管理層。為確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，控制層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用環(huán)網(wǎng)的方式組成。

本系統(tǒng)中，實現(xiàn)的控制思想主要依靠本層的程序控制。調(diào)節(jié)池系統(tǒng)分控主站PLC1采用Siemens的CPU300系列，主要控制攪拌泵起停、通過提升泵的起停對進水流量的控制；高密沉淀池分控主站PLC2采用施耐德的Premium PLC系列，主要控制沉淀池攪拌器的運行、污泥泵的運行、通過對進水的水質(zhì)在線檢測，自動控制混凝劑、石灰等藥劑的添加量；V型濾池分控主站PLC3采用施耐德的Premium PLC系列，通過對V型濾池的沖洗順序控制濾池的反沖洗、正沖洗、過濾等過程，對污水進行深度過濾，并通過控制器網(wǎng)絡(luò)總線串接到鼓風(fēng)機房、加氯間，控制風(fēng)機起停，從而保證濾池用氣進行的反沖洗、正沖洗、過濾過程。該網(wǎng)絡(luò)與普通3層網(wǎng)絡(luò)區(qū)別是，V型濾池同時還通過fibway總線串接到其下四個濾池（PLC3-1、PLC3-2、PLC3-3、PLC3-4），實現(xiàn)更細化的分層，達到現(xiàn)場分別直接控制四個濾池的目的，每個濾池還有

一個現(xiàn)場控制柜，分別有自己的PLC控制器，采用的是施耐德的micro PLC系列，程序已被固化在PLC中，從而保證濾池的正確沖洗順序。

由于宣鋼的水質(zhì)特殊性，預(yù)處理后的水質(zhì)含鹽量較高，含鹽量1 500mg/L左右，特增加深處理工藝，通過反滲透技術(shù)的應(yīng)用保證除鹽率≥95%。具體包括水質(zhì)過濾系統(tǒng)、反滲透預(yù)脫鹽系統(tǒng)，通過對多介質(zhì)過濾器、保安過濾器的控制，在進行中水初級過濾后，通過反滲透對水質(zhì)進行除鹽過濾，并自動控制反滲透的反沖洗及定期的強酸、堿的膜清洗步驟。同時，廠外提升泵站也是網(wǎng)絡(luò)建設(shè)期的一個難點，由于距離約800m，單模光纖的連接應(yīng)用成為該網(wǎng)絡(luò)的特殊性。具體見通訊網(wǎng)絡(luò)圖：

通訊網(wǎng)絡(luò)圖表

2.3 現(xiàn)場層

現(xiàn)場層是實現(xiàn)系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)。主要用于PLC與現(xiàn)場設(shè)備、遠程I/O端子及現(xiàn)場儀表之間的通訊。將輸入/輸出模塊轉(zhuǎn)換成就地監(jiān)測器和執(zhí)行器可就地轉(zhuǎn)換和處理過程信號，對系統(tǒng)設(shè)備的狀態(tài)、傳感器參數(shù)進行監(jiān)測。污水處理流程中的各檢測儀表均為在線式智能儀表，涉及到的傳感器數(shù)量大、種類多，包括在線式固體懸浮物測量變送器、濁度儀、泥位機、溫度、PH計、電磁流量變送器、液位傳感器、超聲波液位計均帶有數(shù)字顯示裝置并通過可編程序控制器（PLC）的接口傳送標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號，從而達到把監(jiān)測到的數(shù)據(jù)上傳，并作為工藝的控制參數(shù)，接受控制層的指令對執(zhí)行機構(gòu)進行管控。

3 結(jié)論

宣鋼東廠區(qū)污水處理廠系統(tǒng)的運行改善了水環(huán)境，保護了地下水資源，增強了可利用水總量，有效地緩解了宣化缺水的城市現(xiàn)狀。污水處理廠監(jiān)控系統(tǒng)按照最大限度的集中監(jiān)測、分散迅速的現(xiàn)場控制的總體思想設(shè)計，使得污水處理廠自動化系統(tǒng)運行良好。在污水處理自動化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中采用的現(xiàn)場總線改變了傳統(tǒng)的全模擬量傳輸?shù)姆绞?，在現(xiàn)場層實現(xiàn)了數(shù)字量傳輸，達到了提高信號傳送精度，增強現(xiàn)場控制靈活性，達到易于維護和擴展的目的。該網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在宣鋼投入運行1年多時間，實現(xiàn)了污水處理的自動在線控制，提高了污水處理的效率，降低了綜合能耗，取得了良好的經(jīng)濟效益與社會效益。

[TU992.3]

A

1674-6708（2010）22-0225-02

安亞琴，現(xiàn)從事于自動化系統(tǒng)的維護及管理工作