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PLC在万吨/日净水厂的应用

2016-11-01 04:08:00.0   |    作者:   |   浏览:98
摘要:本文介绍的是在沈阳大伙房输水配套工程沈阳西部净水厂的应用,分别对其应用的硬件、软件和网络等方面,分析其特点、功能及应用效果。

  1 引言

  沈阳大伙房水库输水配套工程是辽宁省乃至东北地区一次性建设规模最大的供水工程项目之―。该项目由原水管线、净水厂、输水管线、配水厂及相配套的辅助设施组成,分两期建设,设计总规模为210万m3/d,一期工程90万m3/d,其中东部水厂万40万m³/d,西部净水厂50万m³/d。

  2 总体框架

  2.1 工艺流程

  参见图1所示,净水厂工艺流程:辽宁省大伙房水库输水工程沈阳1号配水站或沈阳2号配水站→稳压配水井→机械混合池→波形板絮凝池→侧向流斜板沉淀地→V型滤池→清水池→送水泵房→用户。

  沈阳大伙房水库输水配套工程东、西部净水厂工艺一样,本文以西部净水厂为例介绍GE的PLC系统在该净水厂的应用。

图1 净水厂工艺流程.jpg

  图1 净水厂工艺流程

  2.2 系统结构

  全厂自动控制系统采取“集中监测、分散控制”的方式。按照工艺流程要求,全厂系统设计采用分布式控制系统,系统分三层,分别为:过程设备层、现场控制层(分控站)、操作监控层(中心控制站)。

图2 净水厂监控系统架构.jpg

  图2 净水厂监控系统架构

  其中过程设备层由设置在各单体内的远程旧和部分工艺机组自带的控制器组成:现场控制层由设置在净化问、加药间、脱水间和送水泵房内的可编程逻辑控制器系统组成:操作监控层由设置在中心控制室内操作站计算机组成,参见图2所示。

  水厂控制系统由中心控制管理站和4个冗余分控站组成。全厂的生产情况通过冗余的工业以太网将全厂的生产情况传送至中央监控站的计算机系统。

  2.3 中心控制管理站

  在中心控制室采用的IFIX组成的服务器和客户机架构,配置1台数据服务器用于数据的通讯,3台客户机用于全厂数据的监控,把PLC采集到的实时工况、水质指标、工艺参数、生产数据实现动态画面显示。中控室还配置了4x2的67寸的DLP大屏幕显示墙,操作员可通过大屏幕上高亮度、高分辨率的监控画面显示了解整个系统运行概貌,设备状态,工艺流程;同时大屏幕系统还支持弱点视频信号的分屏显示,极大了提高了系统的可视性和美观度参见图3所示。

图3 中控室大屏幕.jpg

  图3 中控室大屏幕

  3 分控站设计

  3.1 现场分控站

  现场分控站分别为:净水间分控站、投药间分控站、污泥处理问分控站、送水泵房控站。每个分控站采用冗余PLC对各自工艺段的生产过程进行监测控制管理,同时净水问车间设置5台沉淀池就地操作站和7台就地操作站。

  3.2 投药间分控站

  设在投药间控制室内,负责的投药间、稳压配水井等设备的控制和数据采集,同时现场配置上位机用于现场设备的监控。投药间分站由一对冗余的PAC31系列的CRU320的PLC,带两套NIU子站组成。冗余的PLC和NIU子站通过EGD通讯的方式进行通讯。在投药问分控站,储液池液位、溶液池液位、投药泵的电流及频率信号、低压柜参数、聚丙烯制备装置、粉末炭投加系统等第三方设备的数据通过DP通讯的方式和分控站实现的数据交换。

  水厂碱式氯化铝加药是通过计量泵实现的,计量泵的调节有频率调节和冲程调节种信号共同实现。通过计量泵的频率调节采用进水流量的变化自动控制实现的。冲程的控制是通过采用游动电流自动控制和数学模型计算机优化自动控制的。移动电流检测仪的移动电流量程+100.0到-100.0,在此间设定移动电流工艺值。根据移动电流设定值和检测值,优化调节投药计量泵冲程。经过水厂近二年的运行,都可以实现混凝处理的最佳工况。

  3.3 净水间分控站

  设在的净水间控制室内,负责的净化间沉淀池、滤池和鼓风机、反洗水泵房等设备的控制和数据采集,现场监控计算机负责现场设备的监控。净水间分站由一对冗余的PAC31系列的CRU320的PLC,带一套NIU子站组成。净水间还配置了5套沉淀池就地操作站和7套滤池就地操作站。就地操作站采用的是GE的VersaMax系列PLC,同时配置触摸屏实现设备的就地控制。

  每套沉淀池就地操作站分别对应着一个系列的沉淀池。沉淀池操作台主要控制沉淀池部分的排泥,整个操作台可以实现单个排泥阀手动开关,自动状态下实现强制自动排泥、按周期控制自动排泥、按污泥界面计自动排泥以及根据污泥界面计和污泥浓度自动排泥等各种控制方式。

  每套滤池就地操作站分别对应的3个滤池的控制。滤池操作站具有恒水位控制过滤控制和自动反冲洗控制。滤池过滤时,通过调节滤后出水阀的开度,使滤池的液位的波动在设计范围内。滤池按过滤周期、滤料层阻力压差计及人工强制反冲洗三种控制方式进行自动反冲洗,当滤池过滤周期达到设定值,滤池按过滤周期控制方式进行反冲洗:当滤料层阻力达到设定值,滤池按滤料层阻力控制方式进行反冲洗,当滤池过滤周期未达到设定值,且滤料层阻力尚未达到设定值时,人工强制一键反冲洗,按照气洗+气水洗+水洗的顺序自动完成。同一时间只能有一个滤池执行反冲洗过程。

  净水间主站和沉淀池操作台、滤池操作台通过以太网通信,实现全部沉淀池排泥阀的排泥排队,滤池反冲洗的排队以及滤池反冲洗时反洗风机、反洗水泵的轮询控制。

  3.4 污泥处理间分控站

  设在污泥处理间控制室内,负责污泥处理间、废水回收水池、污泥贮池及加氯间等设备的控制和数据的采集,现场监控计算机负责现场设备的监控。污泥处理分站由一对冗余的PAC31系列的CRU320的PLC,带一套NIU子站组成。在污泥处理分站、排水泵房液位、回收水池液位、调节池液位、低压柜、脱水机系统和加氯机系统等第三方设备的数据通过DP通讯的方式和分控站实现的数据交换。

  加氯系统采用DP通讯的方式和分控站进行连接。水厂的加氯分为前加氯和后加氯。前加氯控制方式一般采用原水流量配比加氯方式,加氯控制器根据原水流量的变化以及设定的投加率自动调节加氯量。后加氯常采用复合环自动加氯方式,即根据滤后水流量及出厂水余氯反馈控制方式构成复合环控制调节控制加氯量,形成一个闭环控制,使余氯值向设定值逼近,确保出厂水余氯指标。

  3.5 送水泵房分控站

  设在送水泵房控制室,负责送水泵房、清水池及变电所等设备的控制和数据采集,现场监控计算机负责现场设备的监控。送水泵房分站由一对冗余的PAC31系列的CRU320的PLC,带一套NIU子站组成。清水泵房分站采用Modbus通讯方式把电力后台的数据集成到水厂控制系统中了。

  4 项目评估

  沈阳大伙房输水配套工程西部净水厂自控系统自2011年投产以来,至今已运行近三年,表现了良好的稳定性、可靠性和先进性,系统运行状况良好,具体表现在:

  4.1 自动化程度

  沈阳大伙房输水配套工程西部净水厂自控系统采用先进的集散型控制系统,实现了净水工艺的全自动生产。整个自控系统结构合理,技术先进。通过计算机对生产过程进行24h实时监控,重要信号采用声光报警的方式,警示作用明显;功能丰富的生产分析报表,记录并显示着用户最关心的能耗损耗情况和产量、设备使用台时等,使用户可以一目了然的了解整个生产状况和能源损耗情况,可以轻松地计算生产成本和产量,从而更好的指导生产。

  4.2 出厂水水质

  自控系统自投入运行以来,对稳定水质起了关键作用。出厂水的浊度均低于0.5NTU,远远优于国家标准。出厂水余氯合格率为100%。

  4.3 药耗

  投加药控制是以流动电流为主要参数、出水浊度信号为目标值、以原水流量及原水浊度值为参考值形成控制模型,全系统中心控制器采用PID和智能模糊控制算法,消除大惯性系统的不利因素,保证清水浊度。同时某个投药泵故障,程序会自动投切备用泵。这种控制方法经过实践证明比常规控制方法控制精度高、控制效果稳定、药耗降低显著。

  5 结束语

  由于该系统具有较高的可靠性、稳定性及灵活的扩展性,大大地提高了水厂的自动化程度。目前系统运行稳定,其性能完全满足运行的要求,为企业创造了良好的经济效益和社会效益。

关键字:净水,水处理
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