2培训教材电气自控篇

I都匀市污水处理厂（一期）电气、自动化及仪表培训教材成荣焕2008年6月编制II第一篇自动化及仪表第一节城市污水处理厂自动化基本知识...........................3第二节城市污水处理厂自控方案................................10第三节城市污水处理厂需要在线测量的工艺参数..................12第四节城市污水处理厂测量仪表................................14第五节城市污水处理厂自动化系统运行管理......................23第六节仪表的校准和维护......................................27第二篇电气部分第一节高压开关柜............................................35第二节低压开关柜............................................35第三节电力变压器.............................................36附件附件一.......................................................38附件二.......................................................46附件三.......................................................50附件四.......................................................52附件五.......................................................563第一篇自动化及仪表第一节城市污水处理厂自动化基本知识一、概述1、污水处理过程特点与自动化要求污水处理自动化，是污水处理厂的污水污泥处理、介质或药剂等生产过程实现自动化的简称。污水处理厂的生产过程的特点是：各种物料在管道，构筑物，设备，容器中不停地进行着物理的变化、化学或生物化学的反应，各种工业参数时刻在变化。为了保证污水处理的运行效率高，需要运用自动化装置进行检测和调节。另外，污水处理厂生产过程涉及臭味、腐蚀、高温或寒冷、易燃易爆等，为改善劳动条件，保证安全生产，也需要实现自动化。污水处理厂自动控制系统的设计遵循“集中管理，分散控制，数据共享”的原则，设计选型不仅要使系统性能稳定、运行可靠、操作简单、维护方便，而且要求满足易于扩展、运行经济、维护方便性价比高等特点。而且自控系统应满足污水处理厂运行管理和安全处理的要求，即生产过程自动控制、自动报警、自动保护、自动操作、自动凋节，提高运行效率、降低运行成本、减轻劳动强度，对污水处理厂内各系统工艺流程中的重要参数、重要设备进行计算机在线集中实时监控，从而确保污水处理厂的出水水质达到设计排放标准。具体要求如下：有良好的适应性采用分布式结构，具有良好的通讯能力有友好的人机界面和良好的后备能力有良好的开放性采用自动检测设备对水质等参数进行在线测量在污水处理工艺过程中要用到大量的阀门、泵、风机及吸、刮泥机等设备，它们常常要根据一定的程序、时间和逻辑关系定时开、停。例如，在采用SBR工艺的污水处理厂，曝气、搅拌、沉淀、滗水和排泥应按照预定的时间程序周期运行；在采用活性污泥法的污水处理厂，初沉池的排泥，消化池的进、排泥也要根据一定的时间顺序进行；在自动调节4系统中，这种调节、控制方式称为程序调节，又常常称为顺序逻辑控制。另外，污水处理的工艺工程同其它工艺过程类似也要在一定的温度、压力。流量、液位，浓度等工艺设定值总会发生一些变化，与工艺设定值发生偏差。为了保持参数设定值，就必须对工艺工程施加一个作用以消除这种偏差而使回到设定值上来。例如，消化池的污泥温度需要控制在一定的范围内，鼓风机的出口压力需要控制在一个定值，曝气池内的溶解氧浓度要根据工艺要求控制在一定的范围内等等，类似这样的控制方式在自动调节系统中称为定值调节，又常常称之为闭环回路控制。2、自动化系统的组成自动化装置，就是指实现自动化的工具，归纳起来可以分为以下四类：（1）自动检测装置和报警装置污水处理一般是空间或时间上的连续生产过程。各种物料在管道、处理设施和容器内不断的变化，为了控制运行，利用自动检测装置，在工艺过程中，对生产中的各个参数自动、连续地进行检测并显示出来。自动报警装置是指用声光等信号自动地反映生产过程的情况及机器设备运转是否正常的情形。（2）自动保护装置当生产操作不正常，有可能发生事故时，自动保护装置能自动地采取措施（联锁），防止事故的发生和扩大，保护人身和设备的安全。（3）自动操作装置根据工艺条件和要求，自动地启动或停运某台设备，或进行交替动作。如在污水处理工艺过程控制中利用自动操作装置定时地对沉淀池进行排泥，则需要定时自动启动排泥泵前阀门、排泥泵等设备。（4）自动调节装置在污水处理过程控制中，有些工艺参数需要保持在规定的范围内，如污水处理过程中，曝气池内溶解氧含量需保持在2mg/L左右。当某种干扰使工艺参数发生变化时，就自动调节装置对生产过程施加影响，使工艺参数恢复到原来的规定值上。上面讲的四类自动化装置，均采用可编程控制器和计算机系统的现代污水处理过程控制。测量仪表和计算机监控系统和被控设备，即组成了现代污水处理厂的自动化系统。3、输入输出点的基本概念现代化的污水处理厂采用了大量的自动检测仪表，这些仪表的输出信号都送入了PLC和计算机组成的监控系统进行显示储存、打印、分析等。此外，计算机控制系统还可发出信号来控制某些连续动作装置如调节阀等。这种连续的信号，称之为模拟量信号（通常是4～20mA或1～5VDC）。来自于在线检测仪表的、进入计算机系统的模拟量信号，称之为模拟量输入信号；从计算机发出的模拟量信号，称之为模拟量输出信号；通常用它控制某些调5节阀门。还有另一种状态信号，如表示一台水泵的开或停、一台阀门的开或关，这种量称之为开关量输入信号。开关量输入信号通常是从控制继电器或中间继电器的辅助点上取得，一般都是无源触点。从PLC（或其它控制系统）系统发出的、用于控制设备开或停的信号，称之为开关量输出信号。开关量输出信号常用来触及一个继电器，使它按照预先编制的程序对设备进行控制。一个污水处理厂的输入输出点数的多少与处理能力有关，还与诸如处理工艺、对自动化要求的程度、设计思路、被控设备不同等有关。但是，污水处理厂的过程控制都有一个共同的特点，就是开关量多，模拟量少，以逻辑程序控制为主，闭环回路控制为辅。二、可编程控制器简介可编程控制器（简称PLC）的出现使自动化进入了一个新时代。它可以取代常规的继电器逻辑等这样硬接线的逻辑控制电路，实现生产的自动控制，由于可编程控制器的灵活性和可扩展性，它很快被其它行业采用。现在，PLC已作为通用的自动控制设备，可以运用于单一机电设备的控制，也可以用于工艺过程的控制，而且，控制的精度和可靠性都相当高。传统的顺序控制器如继电器控制逻辑、二极管矩阵逻辑以及硬件接线的数字逻辑等，正在被可编程控制器所代替。目前，PLC生产厂商的产品都已经系列化，产品从可以控制几十点到上千点的大型PLC，PLC的网络通讯能力也越来越强。随着我国自动化技术和仪表检测技术的发展，自动调节仪表逐渐被污水处理厂所采用。如国产的电动单元组合仪表在部分污水处理厂广泛应用。配合应用可编程控制器系统，提高我国污水处理厂自动控制的水平1．可编程控制器的硬件组成可编程控制器大都采用模块式结构，它由中央处理器模板（CPU）、电源模板、输入输出模板及其他用途的特殊模板组成，通常被安装在一个机架中。（1）中央处理器模板中央处理器是PLC的核心部件，它控制PLC的运行和工作。它在结构上同计算机中的CPU相同，一般也由控制电路、运算器和寄存器组成。CPU通过地址总线、数据总线和控制总线与存储单元、输入输出模板进行通讯。可编程控制器的CPU是以顺序扫描方式工作的，系统上电后，它按扫描方式开始工作，从第一条用户指令开始，逐条扫描并执行，直到最后一条用户指令为止。它不停的进行周期性扫描，每扫描一次，用户指令就被执行一次。PLCCPU模板的主要技术指标如下：程序扫描时间；输入输出(I/O)6点处理能力；编程方式；存储容量；最大定时器/计数器数量；通讯能力。(2)电源模板电源模板用来向CPU和输入输出模板所在的机架提直流电源。(3)输入输出模板来自现场的输入信号有开关量输入信号如按钮开关，行程开关，限位开关或代表设备状态的继电器触点，也有模拟量输入信号，如温度、压力、液位、流量或PH值，溶解氧浓度等。由PLC系统输出模板输出的信号有开关量信号去控制设备的启动或停车或触发某一报警装置，也有模拟量输出信号去控制调节阀或变频器等。(4)其他用途的特殊模板不同厂家PLC有各自的特殊用途的模板，如用于光纤通讯的专用通讯模板，用于扩展I/O机架用的适配器模板，用于闭环回路控制的PID回路控制模板，ASCII接口模板等。2．可编程控制器的指令系统PLC系统的编程语言一般可以分成这样几种：梯形逻辑图(类继电器语言)，逻辑功能块图和指令式语言。一般PLC基本都采用梯形图语言编程，并提供诸如逻辑功能块图方式编程。梯形逻辑图是类继电器语言，因此PLC能迅速得到推广和使用。PLC的编程工具目前可以有两种，即手持式或简易编程器和个人计算机(包括便携式计算机)，既可以在线编程，又可以离线编程。四、自动调节系统概述1．自动调节系统分类自动调节系统可以按多种方法分类，例如按工艺参数，可以分为压力调节系统，温度调节系统和溶解氧调节系统等，也可以按调节规律分类，每一种分类方法都只反映了自动调节系统的某一方面特征。按系统调节对象所要求调节指标的不同情况可以把自动调节系统分为以下三类：(1)顺序调节系统又称为程序调节系统，或顺序逻辑控制，这类给定值式变化的，但它是一个已知的时间函数，即工艺运行过程需按一定的时间程序来变化。例如：SBR工艺运行控制为顺序逻辑调节形式。(2)定值调节系统又称为闭环回路系统。所谓定值，就是工艺运行中要求调节对象的某一被调节参数保持在一个恒定的指标上不变。(3)随动调节变化系统又称为自动跟踪系统，这类系统的特征是，要求系统的调节机构跟随调节对象的某一参数的变化不断做出相应变化。例如，污水或污泥处理的自动投药系统，当污水或污泥种类，浓度发生变化时，系统能随时测定，并调节投药量。72．自动调节系统组成自动调节系统一般包括四个部分：(1)调节对象或简称为对象，是指生产工艺过程的装置。这些生产工艺装置需用调节的工艺参数称为被调对象，流量和曝气池溶解氧为被调参数。(2)测量元件和仪表是用来测定工艺装置某一工艺参数(例如管道流量、曝气池溶解氧)并能以某一特定信号表示和传送这一参数的测量元件和变送器。例如：电磁流量计、溶解氧测定仪。(3)自动调节器自动调节器是根据变送器送来的信号，与工艺上需要的给定值加以比较，按比较结果(偏差)以设计好的运算出结果，然后将此结果用特定的信号传送给执行机构。调节器是一个自动调节系统的核心部分。例如：位式调节器，比例调节器，比例积分调节器，比例微分调节器，积分调节器，微分调节器等。(4)调节阀又称为执行机构或机器。按调节阀的动力形式可分为：电动调节阀、气动调节阀和液压调节阀。在污水处理厂一般以电动调节阀和气动调节阀应用较多。自动调节系统的四个组成部分之间的相互联系和影响，可通过图1来表达。图1自动调节系统方块图三、都匀项目的自动控制系统控制系统选用SchneiderAutomation公司Quantum系列可编程序控制器，完成污水处理过程的数据采集，逻辑控制及工艺参数调节。上位计算机配置两台组态监控计算机，在中心控制室设置1套高亮度大屏幕投影设备以实现实时监控系统管理的功能。下位控制站设立3套现场控制站,现场控制站与上位监控计算机之间通过光纤以太网进行通讯联