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大庆市肇源皮革工业园区污水处理厂控制系统(一期改造)
技 术 方
2012.06.25
案
目 录
一、前言............................................................ 3
1.1 背景 ........................................................ 3 1.2 目标 ........................................................ 3 1.3 设计规范 .................................................... 3 二、技术线路........................................................ 4
2.1 控制器部署 .................................................. 4 2.2 现场控制箱 .................................................. 4 2.3 传感器 ...................................................... 5 2.4 阀岛、阀门 .................................................. 5 2.5 主控器 ...................................................... 5 2.6 控制设备连接图 .............................................. 5 三、控制过程........................................................ 6
3.1 CAST反应池工作模式.......................................... 6 3.2 CAST反应组池工作模式........................................ 6
3.2.1 系统启动方案........................................... 7 3.2.2 阀门联动控制........................................... 7 3.2.3 控制模式............................................... 7 3.3 控制设备IO表 ............................................... 7 3.4 CAST反应池控制过程.......................................... 8 3.5 CAST反应池组位置图.......................................... 9 四、设备表......................................................... 10
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一、前言
1.1 背景
大庆市肇源皮革工业园区污水处理厂(以下简称污水处理厂)自动控制系统自2006年开始投入使用，由于设备故障以及软件厂商的维护问题，目前已不能正常运行，给生产、生活带来了严重的影响，为使污水处理厂恢复正常的自动控制程序，系统的改造势在必行。 1.2 目标
污水处理厂的自动控制系统庞大而又复杂，一期主要改造核心控制部分，即CAST池的自动控制系统，在改造过程中，尽量利用原有设备，不能再次利用的原有设备则更换，工艺控制过程，在结合原控制过程的基础上，参照污水厂技术人员提供的补充控制方法，形成新的控制过程，确保污水厂的核心控制部分正确、稳定的运行。 1.3 设计规范
系统设计遵循的标准及规范：
《计算机联锁技术条件》TB/T3027-2002 《信号微机监测系统技术条件》TB/T2496-2000 《电气集中各种结合电路技术条件》TB/T2307-1992 《低压配电设计规范》GB 50054-95 《工程网络计划技术规程》JGJ/T121-99 《工业计算机监控系统技术规范》CECS81:96
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二、技术线路
2.1 控制器部署
原系统采用Profibus协议，在每个CAST池处均部署一块PLC，用于控制CAST的撇水器电机的变频器，其原理图如下：
主控器PLC-APLC-BPLC-CPLC-D变频器变频器变频器变频器
拟改造的系统将收缩PLC至主控器位置，与主控器合二为一，使用多芯RVVP控制电缆直联变频器，这可以减少中间控制环节，降低故障点数，使系统维护更加容易，原理图如下：
主控器/PLC变频器变频器变频器变频器 2.2 现场控制箱
取消原现场控制箱PLC部分，保留其控制逻辑、设计方法，变频器采用污水厂自备的变频器，箱体、内置器件等重新设计、更换。
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2.3 传感器
溶解氧、温度传感器采用原E+H设备，现可以运转，液位计不能正确显示数据，需要更换。 2.4 阀岛、阀门
阀岛、阀门均可以运转，采用原设备。 2.5 主控器
原主控器不能正常运行，且控制器的部署改变了主控器的功能，拟更换为西门子S7-300系列PLC进行核心部分的全面控制。 2.6 控制设备连接图
风机风机风机变频器变频器变频器阀岛12个传感器主控器/PLC8个阀门变频器变频器变频器变频器CAST池电机CAST池电机CAST池电机CAST池电机
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三、控制过程
新的控制过程结合了原控制过程，由污水厂技术人员提供。 3.1 CAST反应池工作模式
CAST反应池工作在循环模式下，一个循环包含四个阶段，即按“进水→曝气→沉淀→撇水”，每阶段持续一小时，然后转换为下一阶段，完成后进入下一循环，重新开始。见下图：
四小时进水阶段(一小时)曝气阶段(一小时)沉淀阶段(一小时)撇水阶段(一小时) 3.2 CAST反应组池工作模式
CAST反应组池共四个，分别用A、B、C、D表示，四个池分别工作在“进水、曝气、沉淀、撇水”四个不同的阶段，系统启动后，各池即按下表进行阶段转换，24小时工作。工作阶段及转换见下表：
时 间 08:00-09:00 CAST 池 A C B D 进水 撇水 沉淀 曝气 曝气 进水 撇水 沉淀 沉淀 曝气 进水 撇水 撇水 沉淀 曝气 进水 09:00-10:00 10:00-11:00 11:00-12:00
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3.2.1 系统启动方案
软件控制系统启动时，可以指定某池子从某阶段开始，余下池子的阶段则系统自动给定，不能指定。见下图。
时 间 08:00-09:00 cast 池 A C B D 曝气 进水(指定) 撇水 沉淀 09:00-10:00 10:00-11:00 11:00-12:00 3.2.2 阀门联动控制
A、B由风机F1经同一管道通过各自的曝气阀门曝气，因此，在任何时刻，A、B的曝气阀门不能同时关闭。C、D与A、B的控制原理相同。
进水阀门必须保持始终有一个处于打开状态。
在阶段转换中，阀门保持“先开后关”的规则，打不开则不关。 3.2.3 控制模式
控制模式分自动、手动、现场三种模式。 自动模式：CAST池及风机按自动控制逻辑控制。
手动模式：任何一个CAST池的进水阀、曝气阀、撇水电机变频器、泵以及风机发变频器均可进入手动模式，在该模式下，该池或风机只执行自动检测，不再执行自动控制逻辑。
现场模式：撇水电机变频器、泵以及风机发变频器均可进入现场模式，在该模式下，现场控制设备，系统只执行自动检测，不再执行自动控制逻辑。 3.3 控制设备IO表
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IO数量 AI 4 4 4 4 3 19 AO 4 3 7 DI 8 8 4 4 4 4 4 8 8 3 3 58 DO 4 4 4 4 4 4 4 4 3 3 38 IO总计122 检测到联动曝气阀同时关闭时，风机自动关闭。 手动操作。 进水时自动启动，按设定时间运转(0-60分)，然后关闭。 按固定频率下降，满频上升。 备注 数量 分类 传感器 阀门 设备 溶解氧 液位 温度 进水阀 曝气阀 上限位开关 下限位开关 正转 反转 进水阶段开启，4个池子联动。 进水、曝气阶段开启，AB池联动、CD池联动。 4 撇水器 开关 启动 运行状态 故障状态 频率调节 频率显示 现场控制 淤泥提升泵 泵 污泥回流泵 开关 启动 运行状态 故障状态 频率调节 频率显示 2 风机 合计 3.4 CAST反应池控制过程
A、进水阶段：进水阀、曝气阀同时打开，撇水器满频上升。 B、曝气阶段：进水阀门关闭。 C、沉淀阶段：曝气阀门关闭。
D、撇水阶段：撇水器以固定频率(设定)下降撇水。 E、风机频率：设定。
F、污泥回流泵进水阶段启动(运行时间：自定义，小于1小时)。 G、淤泥提升泵：手动控制。
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根据以上规则，总结控制表如下：
设备、阶段 进水阀 曝气阀 撇水器电机(变频器) 淤泥提升泵 污泥回流泵 风机电机(变频器) 进水 开 开 手动 开 开 曝气 开 手动 开 沉淀 手动 撇水 开 手动 3.5 CAST反应池组位置图
撇水器现场控制箱撇水器现场控制箱回流泵A液 位温 度溶解氧进水阀进水阀C液 位温 度溶解氧回流泵提升泵曝气阀曝气阀提升泵风机风机回流泵B液 位温 度溶解氧进水阀进水阀D液 位温 度溶解氧回流泵提升泵曝气阀曝气阀提升泵撇水器现场控制箱撇水器现场控制箱主控室
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四、设备表
根据上述设计与目前设备状况，系统所需设备列表如下：
设备 溶解氧传感器 温度传感器 液位传感器 阀门 变频器 现场控制柜 淤泥提升泵 污泥回流泵 风机变频器 主控制柜 主控器 控制电缆 数量 4 4 4 8 4 4 4 4 3 1 1 是否更换 否 否 是 否 否 是 否 否 否 是 是 是 备注
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