污水处理厂自控系统改造方案剖析

污水处理厂自动化方案地址：电话：网址：-1-自动化改造方案项目名称xxx污水处理厂控制系统升级改造方案周飞污水处理厂自动化方案地址：电话：网址：-2-一、前言随着科技水平的不断发展和提高，采用计算机系统对生产的管理越来越深入到各行各业的应用之中。因此，采用计算机为核心建立一个对污水厂进行全面管理的自动化控制系统，不但切实可行，而且能够全面提升企业的管理水平和生产效率，从而提高企业的生产效益。污水处理厂工程监控系统包括了对厂区内部整个污水处理工艺流程的监测和控制。在整个生产厂区内，包括了粗格栅间、污水提升泵房、细格栅间、沉砂池、生化池、沉淀池、回流及剩余污泥泵房、贮泥池、污泥浓缩脱水间、出水流量计井、紫外消毒渠以及总变配电室等，通过本监控系统能够对这些过程进行全面监测和控制；同时，通过本监控系统，使得这些控制既能够通过监控中心进行，还能够采用闭环控制方式进行。二、简介三、系统综述1、项目概述xxx污水处理厂控制系统由中央控制室操作站、现场控制站和闭路视频监控组成，用于该厂的过程控制和全厂监控管理，采用集散型控制结构。由于现系统部分功能不能实现，部分功能需要加强。其中中控部分监测数据与中控室数据不匹配，上位机组态软件对监控数据的历史曲线、实时曲线部分显示不正常(曲线根本就没有，有30多组需要显示曲线)；自控部份信号不正常；部分视频监控不能正常显示等。现在系统需要全面升级，修复原有问题。2、原系统存在问题汇总（1）、自控部分a、D型滤池PLC触摸屏显示缺少出水流量显示，多了一个液位显示b、脱泥机房1#2#加药机运行信号相反，需要进行互换恢复c、进水流量计无计量故障恢复（2）、中控部分污水处理厂自动化方案地址：电话：网址：-3-a、出水在线监测数据（流量、COD、TP、TN、NH3-N）与中控数据不匹配（只有出水监测数据，且不准，进水数据需要重新做）b、进水在线目前中控无程序c、生化池仪表（DO、MLSS）现场与中控数据不匹配d、上位机组态软件中历史曲线与时实曲线部分显示不正常e、目前数据不能发送到昆明监测网上（3）、监控部分a、大部分监控已经无法正常显示、少部分摄像头已经拆除（4）、其它a、系统布线，没有强弱电分开，造成信号干扰严重b、系统慢c、风机需要工作人员到现场调节挡风板，噪音大，能源浪费3、原系统组成从系统功能方面看，本污水厂计算机监控系统由三层构成：管理计算机子系统、监控计算机子系统、现场控制站。管理计算机子系统、监控计算机子系统属于上级系统，通过以太网相连，监控计算机子系统、现场控制站通过工业以太网进行数据交换，而现场控制站属于下级系统。原中控系统采用计算机＋PLC方式构成的分布式控制系统，设1个中央控制室，3个监控主站，18路视频监控。采用一个二级管理的计算机监控系统，其上级系统位于中控室，用于对全厂的所有站点设备进行监控；下级系统位于3个PLC站点，通过以太网实现上下级数据交换；上下级均可通过网络对系统内的设备进行监测和控制；下级系统只能对本地站点设备进行监控，采用威纶触摸屏实现人机信息互换；而上级系统可以对所有站点设备进行监制。系统网络由工业以太网组成，环型拓扑结构，通讯介质为多模光纤，两台计算机，设在中控室内。中控计算机采用西门子wincc组态软件实现整个系统的监控，PLC采用西门子s7300系列产品。组成如下图：污水处理厂自动化方案地址：电话：网址：-4-图1.1系统组成四、解决方案根据我们在污水处理厂自控系统改造方面的经验以及该项目技术文件中的描述，我们将改造工程分为两部分：原来系统问题修复和系统升级优化改造。原系统问题修复改造在升级现有系统的同时保持原有功能，完善原来系统遗留问题。系统升级改造目的在于提升数据采集、自动报表、设备管理、数据管理和成本管理等功能，提高污水处理厂的管理运行效率，使系统自动化程度更高，切实实现节能降耗的目的。综合解决目前系统中存在的问题。为方式使用习惯，最终中控系统画面基于原来画面进行修改增补。污水处理厂自动化方案地址：电话：网址：-5-1、原系统问题修复（1）问题：D型滤池PLC触摸屏显示两个调节池液位，少了出水流量。问题分析：在流量计正常，接线正常的前提下，此类情况原因是程序内部流量采集异常，数据地址分配不正确。解决方法：检查流量计是否完好，在流量计完好的前提下重新做触摸屏程序，重新分配数据地址，如果流量数据采集不正常，需要重新修改PLC程序，必要时更换流量计。（2）问题：脱泥机房1#2#加药机运行信号相反。问题分析：plcDO点接线相反或plc程序内部运行指令相反。解决方法：检查plc接线，如果plc接线正确，修改plc内部程序。（3）问题：进水流量计无计量故障恢复。问题分析：确认流量计故障恢复方式，是自恢复还是通过plc信号给定恢复，还是程序内部检测故障确认恢复。解决方法：如果为plc信号给定恢复方式，或者程序做的故障检测，则需要重新做plc程序。（4）问题：出水在线监测数据（流量、COD、TP、TN、NH3-N）与中控数据不匹配；生化池仪表（主要为DO、MLSS）现场与中控数据不匹配。问题分析：出现此种问题，原因是多方面的，干扰问题，程序问题，仪表自身问题，接线问题都有可能造成以上故障。现系统采用以太网进行数据传输，以太网抗干扰性能较强，数据传输受干扰可能性不大。仪表显示数据和采集到数据不匹配，多出现在程序对信号的处理不正确，如信号的转换，滤波的处理等，其次是仪表到plc模块的信号线存在干扰问题。解决方法：首先对系统现在存在的强弱电走线不分情况进行纠正，进行重新布线，将干扰降到最低。检测仪表信号输出信号是否正常，仪表输出信号类型和plc模块信号类型是否匹配，如果都正常，问题就出在程序对信号的处理问题上，需对程序进行修改。（5）问题：中控室上位机组态软件历史曲线、实时曲线部分无法正常显示等。问题分析：历史曲线，实时曲线为组态软件内部的一类通用控件，此问题纯为系统组态程序问题，系统最初就没有做好。解决方法：中控室软件是整体的，并且没有源代码，无法对原来的程序做修改，只污水处理厂自动化方案地址：电话：网址：-6-能重新组态中控室监控软件。（6）问题：需要具备与环保部门联网传输的接口；新增网络查询系统，实现厂领导随时随地地查询设备运行情况；问题分析：这几项问题都是中控上位软件的问题，虽然上位机目前采用Wincc组态软件，有网络访问功能，但是现在没有应用此功能。解决方法：更换该软件，采用在国内应用较为广泛组态王软件。该软件具有良好的扩展性，支持国内大部分工控产品的驱动程序，具有开放的接口，便于与环保联网，支持冗余热备功能。（7）问题：现场存在多个视频通道无信号无法使用的情况，部分摄像头已经拆除解决：对原有系统要进行全面检查，包括线路通断测试、防雷系统检验等，更换摄像头，恢复系统。（8）问题：系统运行缓慢问题分析：机器硬件老化，系统配置低等原因解决方法：系统运行慢问题单独从系统和软件进行优化比较有局限，运行速度提升小，本方案暂时不考虑更换工控机，继续沿用原来的，在系统和软件上面进行优化。但是如果不升级硬件系统，速度的提升非常有限，甚至无法提升。2、系统节能升级改造由于采用变频调速后，风机、泵类负载的节能效果最明显，节电率可达到20%～60%，这是因为风机水泵的耗用功率与转速的三次方成比例，当用户需要的平均流量较小时，风机、水泵的转速较低，其节能效果也是十分可观的。而传统的挡板和阀门进行流量调节时，耗用功率变化不大。由于这类负载很多，约占交流电动机总容量的20%～30%，它们的节能就具有非常重要的意义。污水处理厂的设备是全天候运转的，而且曝气机和提升泵是污水处理的核心设备，对曝气机的鼓风机和提升泵进行节能改造，有很大的节能空间。(1)、鼓风机变频节能改造鼓风机将压缩空气通过管道送入曝气池，让空气中的氧溶解在污水中供给活性污泥中的微生物。鼓风机在正常状态下起动时，电流冲击较大，容易引起电网电压波动，而鼓风机风压一定，风量只能靠工作台数及出气挡板来调节，实际生产运行中往往是通过调节挡污水处理厂自动化方案地址：电话：网址：-7-板来控制，即增加管道阻力。因而许多能量多浪费在挡板阀门上。随着节能设备的广泛应用，利用节能设备调速范围宽，机械特性硬等特点，在风机上应用，变频启动功能大大的减小了电机起动时对电网的冲击，而且在正常运行的时候，将出挡板门开到最大，根据工艺和参数的要求，适当的调节（通过控制系统的电位器）电机的转速来调节管道的风量，从而来调节污水中的氧气含量。可以实现在中控室远程调节电机转速，达到调节风量的目的，而且可以根据溶解氧传感器反馈的信号很方便的实现闭环自动控制。免去了许多繁琐的人工操作，并且具有明显的节电效果，以下是风机的节电率统计。用两台节能设备控制两台风机，其中一用一备，电机的功率P=55KW，设计风量为Q。空载损耗为10%，转速1250转/分。若风机正常在970转/分以下连续可调，污水处理每天所需的供风量为1.5Q。a、一台正常运行，一台节能设备运行；则全速P0=（55-55*10%）=49.5KWP1=55KWP2=5.5+49.5*（50%）3=11.7KW总消耗的功率为67KWb、两台节能设备运行时每台的平均供风量为75%Q；P1+P2=5.5+（75%）3*49.5=26.4KW总消耗的功率为52.8KW可见两台风机全投入节能设备运行时效果最好。假定每月工30天，每天工作24小时，按每度0.7元计，则方案二可以节省电费5000元左右。（2）、提升泵变频节能改造提升泵起动时的电流冲击及调节压力/流量的方式与鼓风机相似。潜水泵起动时的急扭和突然停机时的水锤现象往往容易造成管道松动或破裂，严重的可能造成电机的损坏，且电机起动/停止时需开启/关闭阀门来减小水锤的影响，如此操作一方面工作强度大，且难以满足工艺的需要。在潜水泵安装节能设备以后，可以根据工艺的需要，使电机软启/软停，从而使急扭及水锤现象得到解决。而且在流量不大的情况下，可以降低泵的转速，一方面可以避免水泵长期工作在满负荷状态，造成电机过早的老化，而且节能设备的软启动大大的减小水泵启动时对机械的冲击。并且具有明显的节电效果。而且可以根据液位传感器反馈的信号很方便的实现闭环自动控制，维持水的液位基本恒定，免去了许污水处理厂自动化方案地址：电话：网址：-8-多繁琐的人工操作，并且具有明显的节电效果。3、自动化升级改造（1）、自动化系统实现的以下基本功能：a、具有实时监测全厂的生产过程参数（如流量、液位等）、水质参数（如PH值、COD、TP、DO等）、电量参数（如电流、电压、功率因数、有功电度、无功电度等），并对其进行采集、处理、储存、显示和打印；实时监测全厂主要设备的运行状态（如格栅机、提升泵、鼓风机、阀门等），并对其信号进行采集显示。对污水厂重要设备（如提升泵、鼓风机、阀门等）的开/关次数和运行时间进行累计并生成设备管理报表，使用户能够科学合理的安排生产设备检修时间。b、全自动控制现场设备（如格栅机、提升泵、鼓风机、阀门等）。c、在中控室可以实现对全厂设备和仪器仪表的监测和控制。d、上位机采用全中文操作界面。界面友好美观，操作简便易学，响应迅速，可以实现实时动态显示过程参数、水质参数、电气参数的趋势图；可以动态显示全厂生产工艺流程图和各工艺单元流程图，并且可以在流程图上选择弹出多级细部详图。具有自动生成各种生产统计报表。e、具有自动进行越限报警和设备故障报警，并可根据相应的报警数据进行分析。具有故障追忆功能，能够自动记录系统或某台设备故障前和故障过程中的状态信息。f、本自控系统具有以下三种控制方式手动模式：通过就地控制箱或MCC上的按钮实现对设备的启停操作，这种操作模式主要在单机调试、单机检修或非正常情况下常用。遥控模式：操作人员通过操作面板或中控系统操作站的监控画面用鼠标器或键盘来控制现场设备，也称为“半自动控制”，主要是指操作人员通过对受控对象（系统或过程）的某一环节或设备进行简单的参数设定或发出控制指令，这一环节或设备即按照控制要求执行控制，操作人员只需查看其状态以及有无报警显示等。如鼓风机远