武当山污水处理系统工程

武当山污水处理系统工程计算机自控系统方案一.设计目的:本自控系统适用于湖北十堰市武当山废水处理系统工程项目,设备控制系遵循《湖北十堰市武当山废水处理工程安装及设备技术条件》的要求，达到设备自动运行、上位机监控参数、简化设备操作的功能,使设备更稳定安全的运行。工程采用水解－AICS处理工艺。其具体流程为：污水首先分别经过粗格栅去除粗大杂物，接着污水进入泵房及集水井，经泵提升后流经细格栅和沉砂池，然后进入水解池，。水解池出水自流入AICS进行好氧处理，出水达标提升排入河流。AICS反应器为改进SBR的一种。其工艺流程如下图1所示：二.设计范围及内容:1.本工程范围包括:废水处理计算机自动控制系统和电气系统的设计、制作、安装、调试、培训、验收等工作。电气系统的接口为对方提供的电源进线柜(电压等级AC380V)。2.包括自控系统的详细设计、电气元器件的采购、运输、安装，应用软件的编制及调试,控制柜(含PLC柜、远程I/O柜、操作台等)的安装和连接、调试、培训、验收。3.废水处理工程项目控制系统是采用集中监视、远程和就地控制的模式。全车间设电气集中控制室，现场控制箱分散各设备旁。PLC负责采集现场实时数据、根据工艺调度要求控制现场设备,如泵、阀等。在控制室设有工业计算机和设在控制室的PLC通过以态网连接，用来显示整个工艺流程、主要数据和设备状态及实现远程控制要求。4.根据工艺条件，本系统主要是根据各水箱的液位、PH、浊度等信号,控制整个系统动力设备的全自动运行,主要是泵、阀设备的控制。也就是说系统是一个以开关量控制为主的系统;所以本控制采用可编程逻辑控制器(PLC)同时完成电器和仪表的自动控制。控制系统不仅完成对工艺系统的监控，还要对电机、电动阀门的监控。5.整个废水处理控制系统采用可编程控制器(PLC)进行数据采集和系统控制，控制系统应对整个工艺系统进行集中监视、管理、自动顺序控制以及一些其他控制，并可实现远方手动操作。6.各个系统单元的故障报警和一些重要设备的运行状态、过程参数应送PLC。7.按照国家、行业和业主所提供要求,进行电气设备的安装。三.设计标准及规范:本系统主要设计标准和规范:1.供配电系统设计规范，参照GB50092-95;2.低压配电设计规范,参照GB50054-95;3.通用用电设备配电设计规范,参照GB50055-93;4.电力装置的电测量仪表装置设计规范,参照GBJ63-90;5.化工自控设计规定,参照HG20500;6.自动仪表工程施工及验收规范，参照GB50093-2002;7.电力工程电缆设计规范，参照GB50217-1994;8.工业自动化仪表盘、柜、台、箱设计技术规程,参照GB7353-1999;9.气动仪表管路连接安装设计技术规程,参照HG-T21581-1995(HK11);备注:除以上设计标准和规范外控制设备、测量仪表和电气设备的设计、安装符合有关规定和标准。四.设计原则:废水处理电气自动化控制系统依据环保专业工程师所提及的工艺要求及相应的国家和行业标准进行;必须保证工艺参数控制准确，调整方便,工艺设备及动力装置运行安全、稳定、可靠。电气控制系统能实现工艺参数控制,包括压力、浊度、PH、电导、流量、液位等;电气控制系统元件充分考虑防火、防爆、防潮、高温、防腐等特殊环境要求;电器元件彩灵敏可靠,质量优异,性价比高的产品。安全可靠、技术先进、性能价格比高、操作简便、易于维护、系统开放易于升级是我们设计、制造追求的目标。1.设计应符合经济的要求:设计中一方面尽可能采用先进优质的产品，同时考虑合理配制来降低工程建设和运行成本；另一方面必须保证在工程建成投入使用后，取得最大的经济效益和社会效益以及使用效果；2.设计技术先进和合理性:设计中必须根据生产的需要，在经济合理的原则下,采用先进技术。在机械化、自动化及仪表化程度方面,根据用户需求和工程需要妥善确定;3.确保废水处理设施具有较大的灵活性和调节余地，以适应水质、水量变化；4.废水处理过程尽量简单，达到管理方便的目的。同时采用合理的自动化控制和仪表监控系统，达到其先进性；5.尽量减少工程投资及占地面积,降低运行费用,并严格控制二次污染发生处理设计原则。6.废水处理站工艺控制较复杂，为保证系统运行控制可靠、灵活、管理方便。该废水处理站设集中控制间，在控制间内设置的电控柜，根据需要设置现场控制柜、操作台,低压控制元件集中设置在电控柜内,柜面设有电流电压表及控制旋钮和人机界面,显示各用电设备的工作状况,在现场可以进行手动控制和自动控制的转换。控制系统采用可编程序控制器(PLC)及上位计算机监控系统对废水处理站用电设备实现自动控制,并实现对下位实时级的数据采集、数据处理、数据图形界面显示及控制等操作最终达到提高管理水平、工作效率的目的,保证废水预处理及水深度处理站的用电设备安全可靠的运行。五.配电室与自控室(包含机控室)环境要求:1.配电室:环境温度0~45℃,湿度10~75%，大气压86~106KPa,尘埃﹤5mg/m3,空气中无腐蚀性气体、无大量油雾、照明良好。2.自控室:参照HG/T20508-2000规范要求执行,如:温度22+/-2℃,湿度50%+/-10%,大气压不低于25Pa，大气流速不低于0.3m/s,尘埃﹤0.3mg/m3,电磁干扰﹤400A/m,机控室宜使用防静电地板,空气中无腐蚀性气体、无大量油雾、照明良好。控制室内应按需要设置不同用途的电话。六.自动化控制系统设计与介绍:1.设计依据本项目自控初步设计是依据工艺设计图条件进行的。2.设计范围根据本工程的工艺流程，除去设备成套所带的控制设备,本设计控制系统包括了现场计算机、PLC控制系统等设备。2.1系统结构本方案控制系统采用分布式I/O系统结构。整个网络系统共分为3层:监控层、主控制站、现场就地操作控制站。结合该项目工艺设备分布特性,其控制系统采用分布式I/O系统结构。整个网络系统共分为3层:监控层、主控制站、现场就地操作控制站。在工艺设备现场设置有仪表阀门控制箱,并将其各低压配电控制柜（包括低压开关柜、软启动动力控制柜）的控制信号,以硬接线方式将其各路信号传输给中央控制室内的PLC，而PLC选用所有硬件PLC是德国西门子(S7-300)的标准产品，完全符合UL、CUL、CE等安规标准,监控计算机(一台)与PLC机柜分别转置于电气控制室(MCP),上位机组态软件采用与以太网交换机通讯。各工艺软件Wincc6.0产品，与PLC程序自动控制;加药系统根据流量比例及水质跟踪自动加药;主控制站负责数据的采集、数据运算、连接上位机、连接分布式I/O控制柜及现场PLC站、实时控制等。所有的模块均采用DIN标准导轨;背板总线集成在模块上，模块间通过总线连接器相连,总连接器插在机壳的背后。本控制系统主要由CPU、电源模块、信号模块等几部分组成。监控层负责数据的采集和分析、记录、保存、打印等。若自控系统有故障暂不能投运,也可以通过现场设置的就地仪表阀门控制箱和泵旁操作箱及在线控制箱或操作箱的“程控/手动”选择开关置于“手动”位时，设备即可就地操作，不受PLC控制系统的任何约束。因此,当PLC控制系统异常时，可采用此操用模式操用工艺设备,保证工艺系统的正常制水。当PLC控制系统无异常时,建议将设备就地的“程控/手动”选择开关置于“程控”位，此时设备受PLC系统控制。在上位机上可看到各设备的“程控/手动”状态。设备“程控”位是设备受控的最基本条件，是后续高级程序方式的基础。2.2PLC模块介绍中央处理单元CPU:CPU主要承担系统的信号处理、控制运算与上位及其他单元的通讯等任务。本方案选用的高性能CPU具有较大的数据与程序存储容量,高速的指令处理系统,强大的浮点运算功能以及智能诊断功能。PLC电源可提供24V直流电源;既可对I./O模板供电，也可对现场二线制变送器供电。信号模块:信号模块负责现场信号的采集和控制输出。信号模块包括以下四种:8通道模拟量输入单元;4通道模拟输出单元;32点数字量输入单元;32通道数字输出量单元。其中模拟量输入、输出单元各通道均采用光电隔离,可以保证信号输入、输出的可靠性与稳定性。高性能的CPU、分布式I/O体系结构可以确保系统安全、快速、稳定、可靠的运行。2.3软件介绍本方案应用软件系统由西门子公司的STEP7编程软件和Wincc监控软件组成。它们既可以独立运行，也可组成一个全集成的自动化系统，为用户通过统一的开发和运行环境。通过该软件，可以创建将控制、通讯、监测、操作、诊断集成在一起的应用软件并且允许用户在线组态监控系统、修改控制程序。在系统不停止运行的情况下,即可以很容易地进行在线整定、程序修改,以迅速适应变化的需要。同时还可以实现图形组态、历史趋势显示、实时跟踪显示、消息报警以及数据打印等各种管理功能。在上位机可实现对现场控制设备(包括各类泵、阀门)的手/自动控制功能。编程软件的主要功能:硬件组态,参数设定;建立通讯;编程(梯形图、语句表、功能块等)调试,在线监控,强制输入、输出文件、文档处理操作、诊断2.4PLC功能时钟及日历中继传输、闭锁中继,作为输出和内部中继转移接触:延时,非延时,单步,保持,非保持记数器:上,下保持,非保持数据运算:加、减、乘、除，三角运算,平方根各数字系统之间的换算逻辑运算功能,与、或、非定时器和磁鼓开关逻辑、前移、后移或直接在任一步上定位移位寄存器、先进先出或后进后出寄存器数据对比数据转移中断进入子程序人工强制、非强制、输入、输出或内部中断、改变寄存器值比例、积分、微分、差值控制功能(PID)2.5系统的运行方式本控制系统有四种运行方式供用户选择,即:(1)全自动控制;(2)半自动控制;(3)手动控制;(4)软手动控制.用户选择运行方式可通过现场控制柜或中央控制室控制柜上的按钮开关或控制系统上的模拟转换开关进行.系统设定现场控制柜上操作按钮的优先级最高,控制系统的优先级高于中央控制柜上的按钮开关的优先级.2.5.1全自动控制当系统处于全自动控制方式时,控制系统将按照工艺的要求,自动完成各工艺设备的运行,无需要人工的干预。在自动状态下能自动完成污水处理的全部流程。在此控制方式下,所有的现场或中控室的操作按钮全部无效。2.5.2半自动控制当系统处于半自动控制方式时,可以要求某个工艺设备进行全自动方式而别的处于手动控制方式,且二者之间不会相互影响。这样当某个工艺设备有故障时,我们可以将其设定为手动控制,而别的仍处于自动控制。2.5.3手动控制手动控制是就地手动,只要将系统设为手动方式,我们只要按就地控制柜上的“启动”“停止”按钮,就可以对该工艺设备进行单步的手动控制。手动控制主要用于设备的调试和检修。系统对每一个工艺泵设一组自动和手动控制的转换按钮和现场操作控制柜。设备的手动操作优先级最高。当设备就地的“程控/手动”选择开关置于“手动”位时,设备即可就地操作,不受PLC控制系统的任何约束。当PLC控制系统异常时,可采用此操作模式操作工艺设备,保证工艺系统的正常制水。当PLC控制系统正常时,建议将设备就地的“程控/手动”选择开关置于“程控”位,此时设备受PLC系统控制。在上位机上可看到各设备的“程控/手动”状态。设备“程控”是设备受控的最基本条件,是后续高级程控方式的基础。2.5.3手动控制软手动控制是指通过上位机进行手动控制的一种工作方式,当系统处于软手动工作方式时,可直接通过触摸屏或上位机的键盘或鼠标直接对某个工艺的开关状态进行控制。即,在设备的PLC程序控制各模式中,“软手操”控制优先级最高。“软手操”模式通常用来检查设备的各自动部件受控的可靠性;某些不受更高级程序控制的设备(如:水泵)也在此模式下操作。首先点击“投运”按钮，投运指示灯会马上被点亮。软手操指示灯亮了之后，表示此单体系统已比进入了软手操控制状态。在这种状态下手动控制各个阀门、水泵电机的开关。看看是否正常。如果阀门“开/关”时出现报警现象,马上需要检修。如果自动运行过程中各个单体出现故障的话，该单体自动退出运行状态,转而进入软手