第一篇：基于Profibus總線的DCS系統(tǒng)在污水處理廠中的應用

基于Profibus總線的DCS系統(tǒng)在污水處理廠中的應用

摘要 本文以山西省某污水處理廠為例，論述了基于Profibus總線的DCS系統(tǒng)在污水處理領域的應用。對系統(tǒng)的硬件、軟件結構及工作原理進行了說明。運行表明，該系統(tǒng)能夠滿足污水處理的自動控制要求，并且具有先進、可靠、控制性能好等優(yōu)點。

關鍵詞 污水處理；現(xiàn)場總線；分布式控制前言

污水處理廠DCS系統(tǒng)是根據(jù)進入污水處理廠的水量、水質等變化指標對提升泵房、P－MSBR生化反應池、污泥脫水間、風機房、紫外線消毒池、排水泵房等進行控制，并把現(xiàn)場各子單元的工藝參數(shù)、報警參數(shù)、歷史數(shù)據(jù)等通過現(xiàn)場總線傳輸?shù)街锌厥业腜C機上，在中控室顯示器中反應出來，并能自動打印。通過工業(yè)以太網(wǎng)和廠長辦公室以及當?shù)丨h(huán)保部門相連，隨時監(jiān)視廠里的生產情況。綜合考慮投資、運行成本、處理效果、污水水質等因素，污水處理工藝可分為物理處理、生物處理和化學處理。典型的工藝流程如圖1所示：

圖1 典型工藝流程圖

污水經過粗格柵清除較大的固體懸浮物后進入曝氣沉砂池，在沉砂池側壁下部鼓人壓縮空氣，污水中的有機物處于懸浮狀態(tài)，而吸砂機則將沉砂吸出，送到砂水分離器，污水進人初沉池，至此，完成污水的物理處理工藝階段。污水進人曝氣池，保持好氧條件。對沉淀產生的污泥進行濃縮、消化、脫水等處理。大部分二沉池的污泥回流人曝氣池進口。完成生物處理階段工作后，根據(jù)需要選擇化學處理方法，最終使污水達到國家排放標準[1]。2 現(xiàn)場總線與分布式控制概述

2.1 現(xiàn)場總線的概念

現(xiàn)場總線是一種在工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境運行的、性能可靠、造價低廉的通信系統(tǒng)，可以完成現(xiàn)場自動化設備之間的多點通信，實現(xiàn)底層現(xiàn)場設備之間以及生產現(xiàn)場與外界的信息交換.它是應用在生產現(xiàn)場、在微機化測量控制設備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱為開放式、數(shù)字化、多點通信的底層控制網(wǎng)絡。簡單說，現(xiàn)場總線就是以數(shù)字通信替代了傳統(tǒng)4-20mA模擬信號及普通開關量信號的傳輸[2]。

2.2 現(xiàn)場總線技術的基本特征

開放性、分散化和低成本是現(xiàn)場總線最顯著的三大特征，它的出現(xiàn)將使傳統(tǒng)的自動控制系統(tǒng)，產生劃時代的變革，這場變革的深度和廣度將超過歷史上任何一次變革，必將開創(chuàng)自動控制的新紀元。

(1)開放性：現(xiàn)場總線是開放互連網(wǎng)絡?，F(xiàn)場總線標準、協(xié)議、規(guī)范是公開的，現(xiàn)場總線網(wǎng)絡是開放的，既可實現(xiàn)同層網(wǎng)絡互連，也可實現(xiàn)不同層次網(wǎng)絡互連，用戶可共享網(wǎng)絡資源。

(2)分散性：現(xiàn)場總線是結構與功能高度分散的系統(tǒng)。結構上采用了全分布式方案，設備之間可點對點、點對多點或廣播多種方式通信。連接到總線上的現(xiàn)場設備是智能化的，且具有按照現(xiàn)場總線協(xié)議、規(guī)范進行數(shù)字通信的能力，并且能夠實現(xiàn)分散的功能模塊，完成測量、控制、通信的一體化。

(3)低成本：現(xiàn)場總線開放的體系結構省去了中間的控制站，降低開發(fā)成本，且徹底分散的分布式結構，將一對一模擬信號傳輸方式變?yōu)橐粚Χ嗟臄?shù)字信號傳輸方式，節(jié)省了模擬信號傳輸過程中大量的D/A轉換裝置、布線安裝成本和維護費用。

2.3 Profibus現(xiàn)場總線技術

主流的現(xiàn)場總線技術有以下幾種：FF，CAN，Lonworks，DeviceNet，Profibus，Hart，CC-Link，WorldFIP，Interbus。下面主要介紹本文用到的Profibus。

Profibus是過程現(xiàn)場總線的縮寫，是20世紀80年代末興起的一種高可靠性、低成本、組態(tài)方便快捷、互換性高、互操作性強、便于運行、系統(tǒng)開放的總線系統(tǒng)，代號DIN19245。Profibus具體規(guī)定了串行現(xiàn)場總線的技術和功能特性，它可使分散式數(shù)字化控制器從現(xiàn)場底層到車間網(wǎng)絡化[3]。

Profibus系統(tǒng)以ISO7498為基礎，以開放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)（OS）I作為參考模型，包括Profibus－DP、Profibus－PA和Profibus－FMS。Profibus－DP是一種高速和便宜的通信連接，它專門為自動控制系統(tǒng)和設備級分散的I/O之間進行通信使用設計。其特點是快速、即插即用、效率高、成本低s。Profibus－PA是專門為過程自動化設計的，可用于爆炸危險區(qū)域，其特點是面向過程控制，總線供電，本征安全。Profibus－FMS是用來解決車間級通用性通信任務的，可用于大范圍和復雜的通信系統(tǒng)。其特點是通用、大范圍應用、多主通信。

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)對現(xiàn)場自動化設備的要求較高，而現(xiàn)間段由系列智能節(jié)點（控制器、傳感器、執(zhí)行機構等）構成的統(tǒng)一的現(xiàn)場總線系統(tǒng)價格昂貴且難以實現(xiàn)，所以由PLC、PC和現(xiàn)場總線組成與DCS相兼容的系統(tǒng)是比較經濟合理的選擇。

2.4 分布式控制

分布式控制系統(tǒng)(Distributed Control System)現(xiàn)已成為工業(yè)生產過程控制的重要手段，目前已廣泛應用到電力、石油、化工、制藥、冶金、建材等眾多行業(yè)。傳統(tǒng)的工業(yè)自動化系統(tǒng)中的現(xiàn)場層設備與控制器之間的連接, 是采用一個I/O 點對設備的一個測控點的連接方式,每一個數(shù)據(jù)至少需要一對雙絞線, 一般每個設備只能提供單一的過程信號，大量的相關數(shù)據(jù)很難得到。傳統(tǒng)的DCS 系統(tǒng)結構分為3層, 圖2為一個典型的傳統(tǒng)DCS 結構圖。

圖2 傳統(tǒng)DCS結構 圖 3引入現(xiàn)場總線后的DCS體系結構

雖然在FCS 系統(tǒng)中, 一對雙絞線或一條電纜上可以掛接多個設備, 使得硬件數(shù)量與投資大為降低。而且通信總線直接延伸到現(xiàn)場傳感器、變送器、控制器和伺服機構, 使操作人員在控制室就能實現(xiàn)主控系統(tǒng)對現(xiàn)場設備的在線監(jiān)視、診斷、校驗和參數(shù)整定,從而提高了系統(tǒng)的精度、可監(jiān)視性和抗干擾能力。但是在一些大型的控制系統(tǒng)中存在著許多比較復雜的閉環(huán)控制, 系統(tǒng)運行的模式變化也較多, 必須由運算能力強大的DCS 控制器來完成控制作用。所以, 即使出現(xiàn)FCS, 傳統(tǒng)的DCS 結構依舊具有其存在的必要。引入現(xiàn)場總線后的DCS 體系結構如圖3所示。

系統(tǒng)構成 3.1 DCS系統(tǒng)層次

根據(jù)本污水處理廠工藝特點和技術要求，整個污水處理廠的DCS系統(tǒng)分三個層次：現(xiàn)場控制層、車間監(jiān)控層、廠級監(jiān)控層。

車間監(jiān)控層包括：1＃PLC站（預處理系統(tǒng)）主要包括粗格柵、提升泵、細格柵、沉砂池設備等，主要檢測參數(shù)有水位、流量、液位差等；主要監(jiān)控設備有粗格柵、提升泵等。2＃PLC站（生化處理系統(tǒng)）主要包括P－MSBR生化反應池、風機房等，主要檢測參數(shù)有溶解氧、液位、電流、電壓、功率等，主要監(jiān)控設備有鼓風機、泵類等。3＃PLC站（泥處理系統(tǒng)）主要包括污泥濃縮池、污泥脫水機房、紫外線消毒系統(tǒng)出水等，主要檢測參數(shù)有液位、水量水質等，主要監(jiān)控設備有泥處理設備、消毒設備[4]。

現(xiàn)場控制層包括各子站、各分站及現(xiàn)場設備。廠級監(jiān)控層包括中控室及廠長辦公室。

PLC是整個DCS控制系統(tǒng)的核心，負責現(xiàn)場控制信號的處理、執(zhí)行機構的控制。在處理的關鍵環(huán)節(jié)設置現(xiàn)場控制站，本系統(tǒng)中的預處理系統(tǒng)、生化處理系統(tǒng)、泥處理系統(tǒng)分別用一個PLC控制系統(tǒng)，根據(jù)實際處理情況和要求，控制泵站系統(tǒng)、曝氣設備和排泥設備的啟停和工況，以達到設備的最優(yōu)運行狀態(tài)，保證污水處理效果。本污水處理廠40kW以上電機全部采用軟啟動，避免了電機突然啟停對電網(wǎng)和設備造成沖擊。下位機采用西門子公司的S7－300系列產品，它通過接口模板IM153－3及Profibus－DP網(wǎng)和上一級的PLC站相連進行數(shù)據(jù)交換和命令傳輸[5]。系統(tǒng)網(wǎng)絡結構如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)網(wǎng)絡結構圖 3.2 監(jiān)控軟件

上位機采用西門子公司的WINCC監(jiān)控組態(tài)軟件，實現(xiàn)對整個工藝流程的設備運行狀況的實時監(jiān)控，將工藝流程以直觀的畫面顯示出來，記錄在線檢測的參數(shù)、設備運行狀態(tài)和過程，分析參數(shù)的變化趨勢，及時發(fā)布和預告情況，實時診斷和報警[6]。中央控制室設置兩臺互備的上位機（IPC）冗余相聯(lián)，有兩個完全獨立的中央處理站（雙電源、雙CPU）用以對系統(tǒng)進行開發(fā)編程、在線調試和數(shù)據(jù)修改、存放各種歷史數(shù)據(jù)。值班員通過顯示器上顯示的各種曲線、報表、畫面和聲音，可以全面監(jiān)控工廠工藝參數(shù)變化情況、設備運行情況、故障發(fā)生情況，通過鍵盤和鼠標對各站進行遠程操作，通過設置的打印機打印所需要的各種資料，控制車間各站的工作狀況，根據(jù)要求對車間各站發(fā)布命令，并能將污水處理廠的各種信號經網(wǎng)絡管理層的服務器傳輸。

廠級監(jiān)控層作為系統(tǒng)的人機接口單元，可實現(xiàn)對污水處理廠的整個產生過程進行監(jiān)控，同時又可將污水處理廠的各種現(xiàn)場信號經以太網(wǎng)向上一級的管理服務器傳輸并執(zhí)行管理層下達的命令。本系統(tǒng)采用Windows NT4.0操作系統(tǒng)、西門子公司的控制系統(tǒng)組態(tài)軟件WINCC4.2。該軟件是工控界流行的Windows界面軟件，它支持TCP/IP協(xié)議，因而方便管理。利用它很容易開發(fā)各種監(jiān)控界面，顯示現(xiàn)場各種工藝參數(shù)、狀態(tài)、歷史曲線、故障發(fā)生情況等。并利用鍵盤操作來進行參數(shù)的設置及對現(xiàn)場設備的控制。

結論

將基于Profibus的分散控制集中管理的DCS系統(tǒng)成功地運用于污水處理廠，實現(xiàn)了全廠生產過程的自動化，達到了節(jié)能降耗、保護設備的目的，減輕了工人的勞動強度，提升了管理水平，提高了工作效率和處理效果，創(chuàng)造了良好的社會效益，改善了周邊環(huán)境，減輕了對下游水源的污染[8]。參考文獻

[1]劉均.基于PROFIBUS的污水處理自動控制系統(tǒng)[J].機電設備,2008(5).[2]劉愛英.淺議DCS與FCS控制系統(tǒng)[J].工程技術，2010(17).[3]張光杰.Profibus現(xiàn)場總線的結構及應用[J].寧夏機械，2009(2).[4]王小澄.集散控制系統(tǒng)在一級污水處理廠中的應用[J].計算機工程，2007（2）.[5]SIEMENS.SIMATIC S7-300 Programmable Controller Hardware and Installation Mannual，2008 [6]張航.基于現(xiàn)場總線的集散控制系統(tǒng)在水廠自動化中的應用[J].電工技術，2009（9）.[7]王小澄.集散控制系統(tǒng)在一級污水處理廠中的應用[J].計算機工程，2007（2）.[8]唐維，劉樹森.現(xiàn)代污水廠PROFIBUS總線的應用[J].科技探討，2010(6).

第二篇：PLC在污水處理廠中的應用

PLC在污水處理廠中的應用

作者：穆 杰

摘要：

PLC在現(xiàn)代工業(yè)控制領域中早己得到了廣泛的應用，污水處理項目的自控工藝相對于軋鋼等其他項目的工藝來說相對簡單，但它也有其自身的特點，如設備更為分散，功能則相對獨立等。本文依滁州某污水處理廠為例談一下PLC在污水處理廠中的應用，希望與大家分享。

關鍵詞：污水處理，Siemens S7 V5.4，Wincc 6.0。

一、污水處理工藝流程

從廠區(qū)外的主污水管道而來的污水進入格間，由2臺粗格柵和2臺細格柵將污水中體積較大的污物除去。通過格柵機的污水繼續(xù)前行流入進水泵房。該處為全廠區(qū)標高的最低處，進水泵房底部放置有6臺大功率潛水泵，主要用于將污水提升到高處的旋流沉砂池，以使污水只靠重力作用流經其余的處理階段。旋流沉砂池將污水中的砂子分離出來，防止其對后續(xù)工作的設備產生磨損，經過旋流沉砂池的污水靠重力進入生物池，生物池為厭氧/好氧生物反應池，經過生物作用，將有機物質分解。然后污水通過污泥泵池進入二次沉淀池，經過刮泥橋的運動，池上面的浮碴進入浮碴井中，池下部的污泥由真空泵吸出并送到污泥均質池。污泥泵池內的4臺回流泵根據(jù)需要將一部分污泥送回生物池，以保證厭氧池中含有一定量的污泥，另一部分被2臺剩余污泥泵送入到污泥均質池。經過二次沉淀處理后的污水通過管道自流到消毒渠道，經過紫外消毒已達標準，經過處理的污水經管道自流到附近的河流。污水處理工藝流程如圖1所示

圖1 污水處理工藝流程

二、系統(tǒng)的硬件組態(tài)

系統(tǒng)采用一套PLC控制系統(tǒng)，選用SIMATIC S7-319 CPU和WINCC6.0軟件包,采用PROFIBUS-DP 現(xiàn)場總線技術，ET200分站集中放置在PLC室。系統(tǒng)的硬件配置如下圖2。PLC通過光纖與綜合樓中控室的上位機監(jiān)控系統(tǒng)進行通訊。上位機監(jiān)控系統(tǒng)使用一臺工程師站和二臺操作員站，實時監(jiān)測各生產流程，采集生產信息，并且下達操作人員的每個控制指令。

系統(tǒng)組態(tài)如下圖：

圖2 系統(tǒng)組態(tài)示意圖

三、控制系統(tǒng)的功能實現(xiàn)

3.1 PLC控制系統(tǒng)的功能實現(xiàn)：

上位機的操作分為3種操作模式 手動操作，PLC遠程手動遙控操作和全自動操作三種方式。

前兩種方式一般只在設備調試或維修時使用，系統(tǒng)主要以全自動操作方式為主。在這種方式下，各類泵、風機等設備的開、停，各種工況的切換都由程序自動完成，不需要操作人員干預。每種工況的運行時間及各種測量參數(shù)均可以在線或離線調整，每臺設備和每種工況的運行情況也都可以由PLC系統(tǒng)進行監(jiān)視?，F(xiàn)場的泵類、風機、攪拌器等信號通過PLC的控制轉化也在上位機上顯示。這樣，既能對設備開關量，如各類泵、風機、攪拌器等的開停進行控制，又能對現(xiàn)場的模擬量（液位信號、溶解氧濃度、PH值、溫度等）進行調節(jié)，使全廠的工藝、設備運行得到全面的控制。3.2 提升泵房及的沉砂池自動控制

提升泵房共有6臺水泵，2大4小，液位的不同決定啟動水泵的大小和個數(shù)。當水位高于高水位時，啟動2大2小共4臺泵，另2臺小泵備用；當水位位于高水位和正常水位之間時，啟動2臺大泵；當水位位于正常水位和低水位之間時，啟動1臺大泵，1臺小泵；當水位位于低水位和停泵水位之間時，啟動1臺大泵；當水位低于停泵水位時，所有泵停開；正常情況下 2臺大泵互為備用，4臺小泵也互為備用，且輪換使用，每2小時自動輪換一次。沉砂池攪拌器連續(xù)24h運行。其它設備開始狀態(tài)為關閉，當沉砂池攪拌器連續(xù)運行時間達3h（沉砂階段，可調）時，自動啟動，啟動次序為：洗砂電磁閥自動打開，同時鼓風機啟動，6min（洗砂階段，可調）后，洗砂電磁閥關閉，同時提砂電磁閥和電動閘閥自動打開，砂水分離器隨即聯(lián)鎖啟動；該狀態(tài)持續(xù)20min（提砂階段，可調）后，鼓風機關閉，同時提砂電磁閥、電動閘閥關閉，5min（可調）后，砂水分離器關閉。沉砂池攪拌器繼續(xù)運行，直至再次連續(xù)運行3h（可調），進入下一個洗砂階段。提升泵房及旋流沉砂池監(jiān)控畫面如下：

圖3 提升泵房及旋流沉砂池監(jiān)控畫面

3.3生物池與鼓風機及污泥泵池的連鎖

生物池中的DO（溶解氧）一般控制在2～4mg/L之間，當池中的含氧量低，即DO低于2mg/L時要加開一臺鼓風機，以保證生物池的絲狀菌和細菌的存活量，鼓風機的啟動臺數(shù)太多使DO高于4mg/L時則造成資源浪費。鼓風機的啟停臺數(shù)要在正常的生產中進行調整，細菌的生存狀況與季節(jié)也有很大關系，因此程序為此專門設定了調整窗口。隨著時間的推移，生物池內的污泥會被水流沖到污泥泵池，要定期啟動回流泵，將污泥泵池里的含菌污泥回流到生物池，以保證生物池的污泥量。3．4 污泥泵池和污泥脫水間的連鎖

當中控室發(fā)出可排泥信號后，首先檢測污泥泵池內液位，若污泥泵池液位不高于停泵液位，則剩余污泥泵不接受可排泥信號，無操作；若污泥泵池液位高于停泵液位，則自動檢測污泥均質池內液位；若污泥均質池液位低于最高水位，剩余污泥泵啟動，開始排泥；若污泥均質池液位不低于最高水位，則等待，直至均質池液位低于正常水位時，再啟動剩余污泥泵。當中控室發(fā)出不可排泥信號時，則檢測剩余污泥泵運行狀態(tài)，若為停，則無操作，若為開，則關閉剩余污泥泵，直至再次發(fā)出可排泥信號。

污泥泵出泥管道流量計可累計每天的總剩余污泥量，當每天累計污泥量達到每天設定的污泥量（每天發(fā)出可排泥信號前在計算機上設定）時，剩余污泥泵自動關閉。

四、結束語

本系統(tǒng)在污水處理廠投入使用以來，降低了操作人員的勞動強度，并改善了操作人員的工作環(huán)境。設備具有調試簡單、操作方便、使用安全、運行可靠、效率高、故障率低，污水處理效果好的特點，同時由于軟硬件均采用模塊化結構，方便了工程技術人員的安裝、調試和維修。

參考文獻

[1] SIEMENS公司.SIMATIC S7-300 M7-300可編程序控制器模板規(guī)范參考手冊，2001.10 [2]SIEMENS公司.STEP-7-V5.4編程使用手冊.2001.10 [3] 謝克明, 夏路易主編.可編程控制器原理與程序設計.北京：電子工業(yè)出版社，2002 [4] 齊蓉主編.最新可編程控制器教程.西安：西北工業(yè)大學出版社，2000.9

第三篇：集智達PLC在污水處理廠自控系統(tǒng)中的應用

[鍵入文字]

集智達PLC在污水處理廠自控系統(tǒng)中的應用

一、系統(tǒng)概述：

污水處理廠的自控系統(tǒng)由PLC站與監(jiān)控操作站控制管理系統(tǒng)組成的自控系統(tǒng)和儀表檢測系統(tǒng)兩大部分組成。前者遵循“集中管理、分散控制、資源共享”的原則；后者遵循“工藝必需、先進實用、維護簡便”的原則。

為了滿足污水處理廠工程實現(xiàn)上述要求，必須保證控制系統(tǒng)的先進性和可靠性，才能保證本廠設備的安全、正常、可靠運行。

二、系統(tǒng)結構及特點：

2.1控制系統(tǒng)結構

污水處理廠自控系統(tǒng)采用分層分布式結構網(wǎng)絡控制方式。該控制系統(tǒng)共分為主控級(中控室)和現(xiàn)地控制層（分控站）。實現(xiàn)相應控制層設備的監(jiān)視、操作、控制和網(wǎng)絡通訊連接。網(wǎng)絡結構圖如下：

[鍵入文字]

2.2 中控室

中央控制室的監(jiān)控管理操作站系統(tǒng)完成全廠的自動控制。包括兩套互為熱備的監(jiān)控工作站、印機、UPS電源。中央控制系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)，采用光纜與各現(xiàn)場控制PLC站連接。這兩套工作站為熱冗余配備，可以分別側重監(jiān)測或組態(tài)功能，故障時互為備用，具有靈活的運行方式。

為觀顯示全廠工藝過程全貌，方便管理，在中控制室設立了電動投影屏幕和投影儀，顯示全廠工藝流程圖和主要參數(shù)及設備運行狀態(tài)。

通過大容量的UPS 為中央控制室的所有設備提供了高質量的電源。

2.3分控站

每個分控站配置一套PLC控制柜。柜內包括可編程序控制器、操作員界面HMI、24VDC電源裝置、冗余光纖交換機、電源防雷過電壓保護裝置、小型斷路器、接線端子、小型繼電器，安裝連接纜線和附件等。

根據(jù)污水廠工藝特點，構筑物的布置和現(xiàn)場控制的分布情況，設置四個PLC現(xiàn)場子站，PLC現(xiàn)場子站選用可編程序控制器（PLC），PLC為模塊化結構，硬件配置較靈活，易于擴展，軟件編程方便。并且PLC子站與相應的MCC置于同一地點，節(jié)省其間電纜。當中控室監(jiān)控工作站故障退出運行或通道故障使分控站控制單元和主控級監(jiān)控工作站通訊中斷時，各現(xiàn)地控制單元能獨立運行，進行控制和監(jiān)視，提高運行可靠性。

2.4 控制系統(tǒng)特點

? 由于控制設備的分布特點及控制的獨立性，采用現(xiàn)地元件層實現(xiàn)自動化儀表的數(shù)據(jù)采集，采用現(xiàn)地控制單元實現(xiàn)了相對獨立設備的本體控制；從而大大減輕了操作員工作站監(jiān)控操作站的負荷，有利于各級控制設備監(jiān)控功能的合理分配和利用；

? 由于各現(xiàn)地控制單元相對獨立，并且能夠脫網(wǎng)獨立運行，特別是在集控層總線網(wǎng)絡癱瘓時，能夠保證現(xiàn)地單元可靠地運行，大大提高了控制系統(tǒng)的可靠性；

[鍵入文字]

? 采用分層分布式控制方式，使得總線網(wǎng)絡的通訊負荷減少、通訊誤碼率大大降低，解決了數(shù)據(jù)通訊的瓶徑問題，同時使網(wǎng)絡結構更清晰、檢修維護更方便；

采用分層分布式控制方式，該控制系統(tǒng)具有更好的擴展性，若需對系統(tǒng)擴展，只要將接入相應的網(wǎng)絡層中即可，不會影響到集控層網(wǎng)絡的運行和操作。

第四篇：DCS系統(tǒng)在火力發(fā)電廠電氣設備中的應用分析

DCS系統(tǒng)在火力發(fā)電廠電氣設備中的應用分析

【摘要】智能電網(wǎng)的發(fā)展對火力發(fā)電廠電氣設備運行水平提出了更高的要求，本文基于此對火力發(fā)電廠的核心系統(tǒng)DCS進行了分析。首先介紹了DCS控制系統(tǒng)的相關概念，此后介紹了DCS系統(tǒng)在火力發(fā)電廠的應用，最后分析了DCS系統(tǒng)運行中的常見故障并提出了解決措施。

【關鍵詞】DCS系統(tǒng)；火力發(fā)電廠；電氣設備

引言

隨著智能電網(wǎng)的建設和發(fā)展，火力發(fā)電廠向著規(guī)?；?、高效化、復雜化發(fā)展，對機組控制系統(tǒng)的自動化水平要求不斷提高。分散控制系統(tǒng)（DCS）是控制機組生產運行的核心部分，其可靠穩(wěn)定的運行直接決定著整個運行機組生產過程的安全、經濟穩(wěn)定運行。

一、DCS控制系統(tǒng)的相關概念

DCS（Distributed Control Systems，分布式控制系統(tǒng)）是指：通過多個計算機來對火力發(fā)電廠生產過程中的多個回路進行控制，并可以進行集中數(shù)據(jù)管理。DCS系統(tǒng)因此又被稱為集散控制系統(tǒng)。DCS系統(tǒng)是火力發(fā)電廠機組的核心控制程序之一，它集成了控制（Control）技術、計算機（Computer）技術、通信（Communication）技術、顯示（CathodeRay Tube，CRT）技術的多級計算機系統(tǒng)，以通訊網(wǎng)絡為紐帶實現(xiàn)過程控制和監(jiān)控控制。

二、DCS系統(tǒng)在火力發(fā)電廠電氣設備中的應用

火力發(fā)電廠一般規(guī)模較大、占地面積廣、內部體系龐雜，這些特征決定了對其電氣設備的控制應該一方面注重全局調控，另一方面對其本地化問題不斷進行響應和處理，實施分散集中控制。DCS系統(tǒng)具有靈活的組態(tài)軟件、先進的控制算法、高度可靠性和開放的聯(lián)網(wǎng)能力，完全符合火力發(fā)電廠的發(fā)展要求，因此近年來逐漸占據(jù)了大中型火力發(fā)電機組機、爐主控的自動化領域。

以DCS在某火力發(fā)電廠煙氣脫硫控制系統(tǒng)中的應用為例，為確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，采用了西門子PCS7的DCS系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于過程自動化，實現(xiàn)了從傳感器、執(zhí)行器到控制器、上位機的全集成自動化，設置兩個操作員站和一個工程師站，對進行煙氣脫硫的兩套機組進行監(jiān)控，每套機組的脫硫島系統(tǒng)中，都設有一個控制站，通過I/O模塊采集和輸出現(xiàn)場參數(shù)。通訊方面，I/O模塊通過PROFIBUS現(xiàn)場總線與控制站相連，工程師站、操作員站、控制站通過工業(yè)級以太網(wǎng)相連，通過DCS系統(tǒng)能夠方面的控制各個參數(shù)，有利于提升煙氣脫硫的工作效率，降低現(xiàn)場人員的勞動強度。

隨著DCS技術的不斷發(fā)展，其硬件和軟件特性不斷升級，在火力發(fā)電廠的各個工藝過程中的應用日益深入。目前，F(xiàn)SSS、DEH、SOE等都可以由DCS組態(tài)實現(xiàn)，機爐的整套電氣設備均可以處于DCS系統(tǒng)的統(tǒng)一監(jiān)控之下，大型火力發(fā)電廠的機、爐、電一體化控制成為主流趨勢。近年來現(xiàn)場總線技術飛速發(fā)展，為DCS控制提供了新的發(fā)展空間，目前火力發(fā)電廠的第四代DCS系統(tǒng)中已經能夠支持多種標準的現(xiàn)場總線儀表。

三、火力發(fā)電廠DCS系統(tǒng)的常見故障和應對措施

火力發(fā)電廠DCS系統(tǒng)的常見故障主要包括硬件故障、軟件故障和人為故障三種，現(xiàn)將其常見故障及其應對措施歸納總結如下：

3.1硬件故障

火力發(fā)電廠運行環(huán)境相對復雜，受到高溫、高熱、粉塵等因素的影響，DCS系統(tǒng)中最常見的多為硬件故障。硬件故障常見的主要有DPU主控單元故障和I/O單元故障。

（1）DPU主控單元故障

DPU（Distributed Processing Unit，分散處理單元）用于執(zhí)行工程師組態(tài)的控制策略，用來實現(xiàn)系統(tǒng)的離散梯形邏輯控制、連續(xù)調節(jié)、過程控制算法，還具有數(shù)據(jù)的采集、變換、告警、記錄等功能，是火力發(fā)電廠DCS系統(tǒng)的核心軟件之一。DPU主控單元故障主要有DPU脫網(wǎng)、初始化程序異常、切換異常等。

其中，DPU脫網(wǎng)的可能原因包括元器件嚴重老化、端子接觸不良、主板故障、系統(tǒng)負載率過高等，DPU初始化程序異常的原因多為主DPU與從DPU之間的下位機程序出現(xiàn)問題，或是兩者之間的DOC芯片兼容問題導致的。一旦出現(xiàn)DPU主控單元故障，應該立即檢查報警日志，并對系統(tǒng)進行檢修，及時分析故障原因并排除，對于出現(xiàn)器件老化或主板故障的DPU主控單元，應該立即更換相應的故障器件。

（2）I/O單元故障

I/O單元是DCS系統(tǒng)的模擬量采集元件，在運行中出現(xiàn)的I/O單元故障可能原因包括通訊線路接觸不良、端子板接線虛焊、元器件特性不良、板卡因故損壞等。目前，I/O單元的故障率多與板卡的制造和安裝工藝密切相關，因為I/O單元質量不過關導致DCS系統(tǒng)被迫停運的故障屢見不鮮。此外，火力發(fā)電廠內部運行環(huán)境相對惡劣，空氣粉塵較大，I/O單元長期運行于高溫環(huán)境下，一旦散熱環(huán)境不佳，也很容易導致I/O單元出現(xiàn)接觸不良或元件老化。針對這種情況，火力發(fā)電廠I/O單元在進行配置時，應該盡量將重要信號分散配置在不同的板卡上，用于同一個保護或控制系統(tǒng)的信號避免完全集中在一個控制站內，為系統(tǒng)硬件進行充足的容錯處理，避免因某一塊I/O板卡故障，引發(fā)電氣設備整體失效，影響整個機組的整體運行。

3.2軟件故障

DCS應用軟件故障包括程序存在缺陷、控制模塊異常、軟件在線下載功能不完善、歷史數(shù)據(jù)記錄不全等，根據(jù)故障出現(xiàn)的原因，可以分為系統(tǒng)軟件故障和應用軟件故障兩種。其中，系統(tǒng)軟件故障主要是程序編寫時設計存在缺陷，必須返廠進行整改和升級，應用軟件故障主要是某一個具體應用存在待完善環(huán)節(jié)，可能是應用軟件編寫者的疏漏，導致圖形軟件畫面與火力發(fā)電廠實際情況不符合，設備的位置序列號與軟件不對應等。目前，火力發(fā)電廠DCS系統(tǒng)軟件還處于不斷的升級和優(yōu)化的過程中，有些DCS系統(tǒng)生產廠商為了迎合業(yè)主的要求，增加某些新功能或新特性，而經常給系統(tǒng)軟件打補丁或升級，軟件開發(fā)缺乏持續(xù)追蹤和系統(tǒng)性，可能會給軟件安全帶來較大隱患。例如，近年來安徽電網(wǎng)中發(fā)生的兩起火力發(fā)電大機組故障，就是由于DCS版本升級后，因系統(tǒng)軟件存在缺陷、軟件與硬件驅動不匹配、系統(tǒng)容錯性差等原因造成的。因此，火力發(fā)電廠在進行DCS系統(tǒng)升級和改造時，應該慎重考慮，必須經過嚴謹?shù)南到y(tǒng)驗證和技術檢測后才能進行，以確保DCS系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。

3.3人為故障

火力發(fā)電廠DCS系統(tǒng)操作內容龐雜、涉及技術多樣、對人員素質要求較高，對DCS熟悉使用需要一個逐步深入的過程。在火力發(fā)電廠的日常運行和維護過程中，因為對DCS系統(tǒng)特性不熟悉而導致的人為故障也時有發(fā)生，這種故障具有一定的偶發(fā)性，也容易被發(fā)現(xiàn)和解決。在實際工作中，火力發(fā)電廠應該經常對在崗人員展開技術培訓，尤其是對新上崗員工，要及時進行深入的專項培訓，使得員工真正能夠熟練掌握DCS系統(tǒng)特性。同時，建立健全相應的管理制度，降低人為誤操作導致的DCS系統(tǒng)故障概率。

結語

DCS系統(tǒng)目前已經在火力發(fā)電廠電氣設備中得到普遍應用，并處于不斷發(fā)展和完善的過程中?；鹆Πl(fā)電是我國最主要的發(fā)電形式，伴隨國家建設智能電網(wǎng)的進程不斷深入，各類火力發(fā)電廠將不斷興建和投產，火力發(fā)電企業(yè)應該不斷地引進新技術，完善電氣設備的控制，提升DCS系統(tǒng)的應用水平，推動我國電網(wǎng)持續(xù)健康發(fā)展。

參考文獻

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第五篇：BAF工藝在城市污水處理廠中的應用

BAF工藝在城市污水處理廠中的應用-污水處理

摘要：曝氣生物濾池簡稱BAF，它具有運行可靠、出水水質好、占地面積小及運行能耗低的特點，因此，在污水處理中得到廣泛的應用。本文結合了具體的工程實例，就BAF工藝在城市污水處理廠中的應用進行了探討，詳細介紹了BAF的工藝流程以及各處理單元設計參數(shù)，并對設計過程中著重考慮的問題以及調試運行情況進行了說明。以期能為BAF工藝更好地應用于城市污水處理廠中提供參考。關鍵詞：BAF工藝；城市污水處理廠；應用

隨著城市化進程的不斷加快和城市規(guī)模的不斷加大，城市人口也在不斷增長，并且城市工藝也得到了一定的發(fā)展，與之而來的是污水的排放量明顯增加。為了更好地處理城市污水，曝氣生物濾池在此方面得到了廣泛的應用。所謂的曝氣生物濾池，簡稱BAF，是20世紀80年代末90年代初在普通生物濾池的基礎上，借鑒給水濾池工藝而開發(fā)的一種污水處理新工藝。這種工藝具有運行可靠、出水水質好、占地面積小及運行能耗低的特點，在目前污水排放量增大的情況下，可以更好地處理城市污水。工程概況

污水處理廠設計總規(guī)模為，本期工程建設規(guī)模為，總占地面積3hm2。主要建構筑物包括進水泵房、污水處理間以及脫水機房和除臭間。其中，進水泵房1座，本期土建規(guī)模，設備安裝規(guī)模；污水處理間2座，單座規(guī)模，本期建設1座。脫水機房和除臭間1座，本期土建規(guī)模，設備安裝規(guī)模。設計進出水水質以及工藝流程

2.1 設計進出水水質

工程設計進水中，生活污水量和工業(yè)廢水量的比例為3：1，其中工業(yè)廢水水質達到CJ343―2010《污水排入城市下水道水質標準》后方可接入污水收集系統(tǒng)。工程出水指標按GB18918―2002《城鎮(zhèn)污水廠污染物排放標準》中一級A標準執(zhí)行。設計進出水水質詳見表1。

2.2 設計工藝流程

根據(jù)工程占地面積小，建設標準高、自動化程度要求高等特點，選用曝氣生物濾池工藝，其主要工藝流程見圖1。主要構筑物設計

3.1 粗格柵進水泵房

粗格柵與進水泵房合建，1座，土建規(guī)模。粗格柵共設2組，格柵前后設有閘門備作檢修和切換用。本期工程2組格柵，1用1備，待擴建至規(guī)模時，2組格柵同時使用。進水泵房選用5臺潛污泵，本期工程安裝3臺潛污泵，2用1備，其中1臺變頻。遠期增加2臺泵。主要設計參數(shù)：總變化系數(shù)：Kz=1.5；設計流量：Qmax=；過柵流速：Vmax=0.6m/s；柵條間隙：b=25mm。

3.2 污水處理間

設計污水處理間為旋流沉砂池、水解沉淀池、曝氣生物濾池以及紫外消毒渠的合建體。合建體共2座，其中一期工程1座。合建體采用封閉式，其各部分設計如下。

3.2.1 細格柵旋流沉砂池

細格柵2臺，旋流沉砂池2座，采用成套設備并配套砂水分離器。主要設計參數(shù)：總變化系數(shù)：Kz=1.5；單槽設計流量：過柵流速：Vmax=0.6m/s；柵條間隙：b=5mm；旋流沉砂池最大設計流量時停留時間：36s。

3.2.2水解沉淀池

水解沉淀池2格。每格設有機械混合區(qū)、絮凝反應區(qū)以及水解濃縮區(qū)。絮凝劑采用PAC，助凝劑采用PAM。有效水深為7.1m。主要設計參數(shù)：總變化系數(shù)：Kz=1.5；設計流量：Qmax=625m3/h；機械混合時間：2min；絮凝反應時間：12min；分離區(qū)表面負荷：

3.3.3曝氣生物濾池

曝氣生物濾池分為2段：DN生物濾池段以及N曝氣生物濾池段。另外，還有反沖洗清水池、反沖洗排水緩沖池以及鼓風機房等配套設施。

（1）DN生物濾池段

DN生物濾池共4格，池內承托濾板下部為配水室，使來水由配水室經承托濾板上的濾頭均勻布置于整個濾池截面；承托濾板上部填裝有輕質球型生物陶粒，作為微生物的載體；上部為清水區(qū)。

（2）N曝氣生物濾池段

N曝氣生物濾池共6格，池內承托濾板下部為配水室，使來水由配水室經承托濾板上的濾頭均勻布置于整個濾池截面；承托濾板上部填裝有輕質球型生物陶粒，作為微生物的載體；輕質球型生物陶粒層底部安裝有單孔膜空氣擴散器，以供給微生物氧分。上部為清水區(qū)。

（3）回流水池

回流水池1座，主要功能是儲存N曝氣生物濾池段的出水，以回流至DN生物濾池段。設置3臺回流泵，2用1備。

（4）紫外消毒渠

紫外消毒渠1座，1格，設計流量。單元格管道寬0.92m，設紫外模塊組，采用低壓高強紫外燈，模塊帶自動清洗裝置。

（5）清水池

清水池1座，主要功能為儲存反沖洗用水及中水回用用水。設置3臺反沖洗泵，2臺出水回用泵。

（6）反沖洗排水緩沖池

反沖洗排水緩沖池1座，主要功能為儲存反沖洗排水。內設2臺潛污泵，將反沖洗廢水由緩沖池提升至混凝沉淀單元。同時，設置2臺攪拌器以防止沉淀。

（7）鼓風機房

為降低土建費用，將鼓風機全部置于曝氣生物濾池的管廊內。主要設計參數(shù)：氧利用率EA=30%；空氣總量；濾池反沖洗氣量為。

3.3 脫水機房

脫水機房1座，土建規(guī)模，本期設備按規(guī)模安裝。污泥由污泥螺桿泵提升至離心脫水機，脫水干污泥由無軸螺旋輸送機直接裝車外運。建有污泥池2座，水解沉淀池產生的剩余污泥經污泥泵提升入污泥池。主要設計參數(shù)為污泥脫水機工作制為16h/d；污泥總量為7.10t/d（干污泥），其中近期3.35t/d；進泥含水率為98%；脫水后含水率為80%。

3.4 生物除臭

生物除臭間與脫水機房合建。本工程設計對粗格柵進水泵房、細格柵沉砂池、水解沉淀池、超細格柵、曝氣生物濾池缺氧段產生的臭氣進行收集處理。其中，對進水泵房地面以下廢氣收集，其余設備和構筑物加蓋收集。換氣次數(shù)按每小時3次計。來自不同廢氣源的廢氣經由通風管道，通過離心風機的抽送，進入一體化生物濾池。機械抽風，自然補風。在一體化生物濾池中，臭氣通過濕潤、多孔和充滿活性微生物的濾層，利用微生物細胞對惡臭物質的吸附、吸收和降解功能，將惡臭物質吸附后分解成CO2，H2O，H2SO4，HNO3等簡單無機物。關于部分設計的補充說明

4.1 關于預處理

運用曝氣生物濾池處理污水一般需要對原水進行預處理，其目的是為了使濾池能以較長的周期運行，減少反沖洗次數(shù)，降低能耗，否則原水中的大量雜質和SS都將進入曝氣生物濾池，這將會堵塞曝氣、布水系統(tǒng)，給系統(tǒng)的運行帶來嚴重的后果。本工程設計采用沉砂池+水解沉淀池+超細格柵作為曝氣生物濾池的預處理。

4.2 關于脫氮

本工程設計采用前置反硝化的方式進行脫氮，以滿足系統(tǒng)反硝化對碳源的要求。廢水首先經過濾池的缺氧段（DN段），然后通過好氧段（N段），好氧段出水回流至反硝化濾池。

由于在設計時本工程尚無實際進水的水質數(shù)據(jù)，進水水質存在一定的變數(shù)，為防止今后運行過程中反硝化碳源不足，在工程設計中，預留外加碳源投加系統(tǒng)。

4.3 關于除磷

曝氣生物濾池存在一定的生物除磷作用，但其除磷效果有限，去除率約在40%左右，完全依靠生物除磷很難達到排放標準，還必須輔以化學除磷才能解決磷的最終達標問題。

化學除磷藥劑投加點有2種選擇：①在水解沉淀池內以磷為控制指標決定加藥量；②在曝氣生物濾池中投加，實現(xiàn)同步絮凝過濾。為節(jié)省投藥量，水解沉淀池的投藥量以滿足其出水SS小于60mg/L為控制要求，磷的達標可在進入曝氣生物濾池前補充投加控制。

4.4 關于出水SS的達標

一般曝氣生物濾池出水ρ（SS）較難穩(wěn)定達到10mg/L以下。本設計氮曝氣生物濾池段采用2種粒徑濾料，下層3m高濾料粒徑采用3～～5mm，上層1m高濾料粒徑采用2～3mm，上細下粗，使得濾料層的厚度與濾料粒徑之比（L/d）大于1000，滿足給水濾池規(guī)范的要求。由此可使出水ρ（SS）小于10mg/L，從而節(jié)省深度處理設施。調試運行

工程完工交付后，于2012年5月4日開始進行調試運行。采用純培養(yǎng)掛膜方式，進行生物掛膜培養(yǎng)、馴化。首先對濾料進行沖洗及調試設備的運行及參數(shù)，后引進污水原水進行生物掛膜。此過程持續(xù)近2個月時間。完成生物掛膜后，逐步增大進水量，目前已接近調試工程尾聲，進水負荷已增至設計負荷的70%。

在調試運行期間，進水ρ（COD）維持在200mg/L左右，出水的ρ（COD）穩(wěn)定維持在40mg/L以下，去除率平均為84%；進水的ρ（NH3-N）維持在30mg/L左右，出水的ρ（NH3-N）為1～3mg/L，去除率平均為96.2%；進水ρ（SS）為100mg/L左右，出水ρ（SS）低于10mg/L，去除率平均85%；進水ρ（TP）在1.4～4.2mg/L，出水的ρ（TP）值低于0.5mg/L，去除率平均88.3%。

由此，污水處理廠調試運行自2012年5月4日開始至2012年8月30日基本結束，除生物濾池前期掛膜期間出水水質有所波動外，中后期出水水質指標基本穩(wěn)定達到一級A標準，滿足設計要求。結語

綜上所述，BAF工藝具有運行可靠、出水水質好、占地面積小及運行能耗低的特點，在如今城市污水嚴重污染的情況下，這種工藝得到了廣泛的應用。本文結合了具體的工程實例，詳細介紹了BAF的工藝流程以及各處理單元設計參數(shù)，并對設計過程中著重考慮的問題以及調試運行情況進行了說明。相信采用BAF工藝可以更好地應對城市污水的治理。

參考文獻：

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