自來水廠污水處理自動控制系統(tǒng)解決方案
發(fā)布日期：2017-09-16 08:55 瀏覽次數(shù)：
自來水廠污水處理自動控制系統(tǒng)
自來水生產(chǎn)過程中，沉淀池排泥、濾池沖洗等工藝會產(chǎn)生大量污水。過去，通常對這些污水做直接排放處理。隨著環(huán)保要求的提高，以及水資源成本的不斷增加，越來越越多的水廠建立了污水處理系統(tǒng)，對生產(chǎn)過程產(chǎn)生的污水進(jìn)行回收利用。根據(jù)康卓科技了解我國目前超過半數(shù)的城市自來水廠的污水處理都依賴于觀察法，依靠工人手動調(diào)節(jié)，很難實現(xiàn)完全自動化處理。污水處理不能完全自動化，一方面降低了污水處理的效率，造成了水資源不能充分利用；另一方面也容易對自來水廠供水的水質(zhì)造成影響。
鑒于此，南京康卓環(huán)境科技有限公司研發(fā)設(shè)計了一套污水處理的自動化處理技術(shù)，以PLC技術(shù)為載體設(shè)計基于以太網(wǎng)的遠(yuǎn)程自動化處理控制系統(tǒng)，以期能夠?qū)崿F(xiàn)污水處理的全過程自動化，并各大城市自來水污水處理中廣泛應(yīng)用。
基于以太網(wǎng)的污水自動處理系統(tǒng)總體設(shè)計
1.1 系統(tǒng)功能
基于以太網(wǎng)的自來水廠污水自動處理控制系統(tǒng)，其主要功能包含以下幾個方面。
1.1.1 污水處理工藝監(jiān)測
污水處理是一套復(fù)雜的工藝過程，要實現(xiàn)污水處理質(zhì)量達(dá)標(biāo)，就必須要對各個工藝環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)測，例如對含泥量、加藥量、脫水機(jī)運行等工藝過程的監(jiān)測。
1.1.2 設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測
污水處理需要眾多機(jī)電裝備的運行，需要整個自動控制系統(tǒng)能夠自動監(jiān)測設(shè)備運行狀態(tài)，包括設(shè)備的環(huán)境參數(shù)和運行狀態(tài)參數(shù)。
1.1.3 遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)管理
包括遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)調(diào)度機(jī)電設(shè)備的運行、遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)控制污水處理工藝以及遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測污水處理水質(zhì)等全過程自動化管理。
1.1.4 系統(tǒng)故障管理
自來水污水處理自動控制管理系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備一定的智能性，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，能夠自動實現(xiàn)故障定位，并給出可能的故障原因以及故障解決建議。
1.1.5 數(shù)據(jù)管理
污水處理自動控制系統(tǒng)要能夠自動記錄污水處理的相關(guān)數(shù)據(jù)，包括原料的耗用情況，水質(zhì)的檢測數(shù)據(jù)，以及各個機(jī)電設(shè)備的運行功率、投人和產(chǎn)出數(shù)據(jù)等。
1.1.6 安全管理
污水自動控制系統(tǒng)支持安全預(yù)警機(jī)制，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常時能夠自動報警，并切斷系統(tǒng)的運行，保證生產(chǎn)車間的安全運行。
1.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有很多種，選擇合適的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對于污水自動處理控制系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)運行的可靠性具有重要影響。目前主要有以下幾種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：
1.2.1 總線型
總線型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單靈活，組網(wǎng)成本低；但是總線型結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)故障診斷較為困難。
1.2.2 網(wǎng)型
網(wǎng)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的容錯性較好，可靠性非常高，但是組網(wǎng)成本非常高昂，后期管理維護(hù)成本較高。
1.2.3 環(huán)型
環(huán)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，組網(wǎng)成本低，同時后期維護(hù)成本較低，對組網(wǎng)空間距離不敏感。
綜上所述，自來水廠污水處理控制系統(tǒng)適合采用環(huán)型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)建遠(yuǎn)程自動控制系統(tǒng)，并且遠(yuǎn)程控制實時性較好，易于后期功能的擴(kuò)展升級。
污水處理自動控制管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)
2.1 系統(tǒng)運行模式
基于以太網(wǎng)的遠(yuǎn)程自動控制系統(tǒng)，目前主要有兩種系統(tǒng)模式，分別是B/S模式和C/S模式。
2.1.1 B/S模式
所謂B/S模式，就是瀏覽器/服務(wù)器模式，這種模式無需開發(fā)專用人機(jī)交互軟件，借助于瀏覽器實現(xiàn)人機(jī)交互，但是服務(wù)器負(fù)荷較大。
2.1.2 C/S模式
所謂C/S模式，就是客戶端器/服務(wù)器模式，需要專門設(shè)計的人機(jī)交互軟件，開發(fā)工作量較大，但是大大減輕了服務(wù)器的負(fù)荷，系統(tǒng)的穩(wěn)定性有所提高。
鑒于上述兩種系統(tǒng)模式各有優(yōu)缺點，本自動化控制系統(tǒng)采用兩種模式的結(jié)合模式，即系統(tǒng)前端借助瀏覽器實現(xiàn)人機(jī)交互，以此減輕整個系統(tǒng)的開發(fā)工作量；同時系統(tǒng)后臺增加一臺服務(wù)器，用于程序的響應(yīng)與控制，將數(shù)據(jù)集中在另一臺服務(wù)器上，這樣既可以減輕服務(wù)器的負(fù)荷，同時又提高了系統(tǒng)的健壯性，提高了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性。
2.2 系統(tǒng)硬件電氣設(shè)計
基于PLC的污水自動處理控制系統(tǒng)，較主要的硬件就是PLC，這里選用以可靠性高出名的西門子S7-200系列PLC，核心CPU選用S7-224，該CPU具有14個數(shù)字量輸入和10個數(shù)字量輸出，能夠滿足中小型污水處理的應(yīng)用需求。
除了選擇PLC外，還需要設(shè)計配電柜，選擇熔斷器、空氣開關(guān)等電氣設(shè)備，將配電柜安置在污水處理設(shè)備車間內(nèi)，通過環(huán)型以太網(wǎng)組網(wǎng)的設(shè)計，實現(xiàn)底層機(jī)電設(shè)備與控制器的聯(lián)網(wǎng)。
關(guān)于主電路的設(shè)計，應(yīng)當(dāng)考慮到污水處理的日產(chǎn)量，以及實際的電機(jī)數(shù)量、水泵數(shù)量進(jìn)行合理設(shè)計。通常主電氣回路使用交流接觸器KM1、KM2、KM3分別接回流泵、風(fēng)機(jī)和進(jìn)水泵，以此構(gòu)成污水處理的閉環(huán)控制。
2.3 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計
污水處理自動控制系統(tǒng)的架構(gòu)，主要從以下三個層次進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計。
2.3.1 傳感器檢測層
傳感器檢測主要布置在較低層，也就是直接利用傳感器檢測污水處理設(shè)備的工作狀態(tài)參數(shù)以及環(huán)境參數(shù)，利用傳感器采集到的數(shù)據(jù)對污水處理的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，實現(xiàn)對污水處理工藝的自動化監(jiān)測。
2.3.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸層
傳感器將采集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用環(huán)型以太網(wǎng)進(jìn)行傳輸，傳輸給PLC控制器。環(huán)型以太網(wǎng)采用光纖結(jié)構(gòu)布置，在提高網(wǎng)絡(luò)通信實時性的同時也能夠提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能的穩(wěn)定性。
2.3.3 PLC控制器
PLC控制器的主要任務(wù)是接收來自底層傳感器傳輸?shù)谋O(jiān)測數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)的分類分析和計算整理，將相關(guān)數(shù)據(jù)信息發(fā)送給頂層--數(shù)據(jù)信息管理層。
2.3.4 數(shù)據(jù)信息管理層
數(shù)據(jù)信息管理層主要是通過基于Windows系統(tǒng)開發(fā)的可視化人機(jī)交互界面實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的顯示、存儲、分析和打印等需求；另一方面，當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常或者機(jī)電設(shè)備出現(xiàn)故障時，該控制中心也能夠發(fā)出報警，同時依靠專家系統(tǒng)給出故障診斷結(jié)論和建議。
以康卓科技施工的某水廠污水處理系統(tǒng)為例，其結(jié)構(gòu)如下：系統(tǒng)設(shè)一PLC主站和遠(yuǎn)程10子站，采用施耐德Quantum系列PLC，現(xiàn)場設(shè)操作員站負(fù)責(zé)所有設(shè)備的監(jiān)控。PLC主站通過光纖冗余MB+環(huán)網(wǎng)連接至控制主網(wǎng)。PLC主站、遠(yuǎn)程IO子站以及現(xiàn)場單元之間通過MB+協(xié)議實現(xiàn)通訊，如圖2所示。
2.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計
系統(tǒng)的軟件設(shè)計，主要包含兩個方面。
2.4.1 PLC程序的設(shè)計
PLC的程序設(shè)計主要是利用梯形圖進(jìn)行程序開發(fā)。由于選用的是西門子的S7-200系列的PLC，因此在程序設(shè)計上可以選用STEP7軟件進(jìn)行梯形圖的繪制，這里不予贅述。
2.4.2 數(shù)據(jù)管理層的可視化程序設(shè)計
數(shù)據(jù)管理層是基于Windows實現(xiàn)的可視化界面，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的人機(jī)交互。在程序開發(fā)商，主要是利用可視化軟件(如Visua1Basic)設(shè)計人機(jī)交互界面，利用計算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)通信能力實現(xiàn)與PLC的聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)交換，從而將較底層的傳感器檢測數(shù)據(jù)在可視化界面上顯示出來，以實現(xiàn)良好的人機(jī)交互的目的。
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