安亞琴

河北鋼鐵集團(tuán)宣鋼公司企業(yè)管理處，河北張家口 075100

自動(dòng)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(tuán)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(dòng)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(chǎng)層，具有設(shè)計(jì)先進(jìn)、易于擴(kuò)展和運(yùn)行安全可靠等特點(diǎn)，實(shí)際運(yùn)營(yíng)效果明顯。

自動(dòng)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(shí)流量2 000m3/h。污水處理廠分為預(yù)處理和深度處理兩個(gè)單元，預(yù)處理單元處理出水一部分進(jìn)入深度處理站進(jìn)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(chǔ)水池混合，達(dá)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(duì)于宣鋼東區(qū)污水處理系統(tǒng)自動(dòng)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(duì)污水廠能否高效、自動(dòng)化運(yùn)行至關(guān)重要，自動(dòng)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(yùn)行，從而保證污水廠的穩(wěn)定順行。

1 工藝流程簡(jiǎn)介

根據(jù)污水處理廠的進(jìn)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(jī)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(jìn)一步去除SS和有機(jī)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(jī)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(gè)現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(jí)自動(dòng)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(duì)污水處理過程各部分的管理和監(jiān)控，并可實(shí)現(xiàn)廠級(jí)辦公自動(dòng)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(gè)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(shí)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(jī)，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(tái)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(jī)，互為備用，實(shí)現(xiàn)冗余，裝有WinCC運(yùn)行版的PC機(jī)作為監(jiān)控主站。該層通過上位監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)主要工藝設(shè)備的控制和調(diào)度，對(duì)污水處理全過程中的工藝參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、優(yōu)化和調(diào)整，對(duì)主要工藝流程進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬和趨勢(shì)分析、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和實(shí)時(shí)控制，在控制組態(tài)上實(shí)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(jìn)的智能控制。污水廠中控室控制站還利用信息中心、便攜計(jì)算機(jī)與及廠外泵站進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端對(duì)實(shí)時(shí)畫面的訪問控制。

2.2 控制層

控制層是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵，也是管理級(jí)與現(xiàn)場(chǎng)級(jí)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(duì)污水處理生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，同時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)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(shí)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(duì)進(jìn)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?cái)嚢杵鞯倪\(yùn)行、污泥泵的運(yùn)行、通過對(duì)進(jìn)水的水質(zhì)在線檢測(cè)，自動(dòng)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(duì)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(duì)污水進(jìn)行深度過濾，并通過控制器網(wǎng)絡(luò)總線串接到鼓風(fēng)機(jī)房、加氯間，控制風(fēng)機(jī)起停，從而保證濾池用氣進(jìn)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(shí)還通過fibway總線串接到其下四個(gè)濾池（PLC3-1、PLC3-2、PLC3-3、PLC3-4），實(shí)現(xiàn)更細(xì)化的分層，達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)分別直接控制四個(gè)濾池的目的，每個(gè)濾池還有

一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)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(duì)多介質(zhì)過濾器、保安過濾器的控制，在進(jìn)行中水初級(jí)過濾后，通過反滲透對(duì)水質(zhì)進(jìn)行除鹽過濾，并自動(dòng)控制反滲透的反沖洗及定期的強(qiáng)酸、堿的膜清洗步驟。同時(shí)，廠外提升泵站也是網(wǎng)絡(luò)建設(shè)期的一個(gè)難點(diǎn)，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(chǎng)層

現(xiàn)場(chǎng)層是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)。主要用于PLC與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、遠(yuǎn)程I/O端子及現(xiàn)場(chǎng)儀表之間的通訊。將輸入/輸出模塊轉(zhuǎn)換成就地監(jiān)測(cè)器和執(zhí)行器可就地轉(zhuǎn)換和處理過程信號(hào)，對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的狀態(tài)、傳感器參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。污水處理流程中的各檢測(cè)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(cè)量變送器、濁度儀、泥位機(jī)、溫度、PH計(jì)、電磁流量變送器、液位傳感器、超聲波液位計(jì)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(hào)，從而達(dá)到把監(jiān)測(cè)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(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行管控。

3 結(jié)論

宣鋼東廠區(qū)污水處理廠系統(tǒng)的運(yùn)行改善了水環(huán)境，保護(hù)了地下水資源，增強(qiáng)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(cè)、分散迅速的現(xiàn)場(chǎng)控制的總體思想設(shè)計(jì)，使得污水處理廠自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行良好。在污水處理自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中采用的現(xiàn)場(chǎng)總線改變了傳統(tǒng)的全模擬量傳輸?shù)姆绞?，在現(xiàn)場(chǎng)層實(shí)現(xiàn)了數(shù)字量傳輸，達(dá)到了提高信號(hào)傳送精度，增強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)控制靈活性，達(dá)到易于維護(hù)和擴(kuò)展的目的。該網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在宣鋼投入運(yùn)行1年多時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了污水處理的自動(dòng)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(jì)效益與社會(huì)效益。

[TU992.3]

A

1674-6708（2010）22-0225-02

安亞琴，現(xiàn)從事于自動(dòng)化系統(tǒng)的維護(hù)及管理工作