技術頻道

      基于PLC的DOS系統在水處理中的應用

      摘 要:目前在水處理自動化領域廣泛使用的DCS系統硬件組成形式是PLC+通信系統+工業級微機,以下結合某自來水廠的具體要求進一步探討基于PLC的DCS系統的功能特點和設計過程。
      關鍵詞:PLC;DCS系統;水處理自動化
      我國水廠自動化技術經過幾十年的發展,其水平和應用范圍都得到了很大的提高。由于計算機產品質量的成熟,使水廠自動化進入了安全運行和經濟效益顯著的階段。特別是是隨著近年來半導體技術、網絡技術、軟件技術等高新技術的發展,使得PLC技術和現場總線技術都得到迅速提高,并被廣泛應用于DCS系統中,使DCS正在向著更加開放,更加標準化,更加產品化的方向發展。目前在水處理自動化領域廣泛使用的DCS系統硬件組成形式是PLC+通信系統+工業級微機,以下結合某自來水廠的具體要求進一步探討基于PLC的DCS系統的功能特點和設計過程。
      1 系統功能
      在市場經濟與信息時代的飛速發展中,企業內部之間以及與外部交換信息的需求不斷擴大,現代工業企業對生產的管理要求不斷提高,這種要求已不局限于通常意義上的對生產現場狀態的監視和控制,同時還要求把現場信息和管理信息結合起來。管理的集中性和控制的分散性這一實際需要推動了DCS系統的發展,其實質是利用計算機技術對生產過程進行集中監視、操作、管理和分散控制,該系統主要實現以下功能:
      (1)數據采集功能。各現場級儀表和控制設備完成現場數據采集工作,并通過控制網絡實現數據在整個控制系統中的傳輸和共享。
      (2)監視功能。系統各分站及中控室設置上位監控計算機,實時顯示現場工藝流程和工況,使操作人員能及日寸獲知現場情況。
      (3)控制功能。各分站設備通過PLC實現自動控制,使整個系統性能穩定,安全高效。
      (4)管理功能。上位監控機提供交互式人機界面,操作人員通過上位監控機可實現對現場設備的控制,完成特定的操作要求,也即實現了設備的管理;同時通過上位機提供的數據查詢顯示等功能,可了解實時及歷史生產情況,并可產生生產報表,實現了整個水廠的生產管理。
      2 水廠工藝要求
      某水廠供水能力為40萬噸/日,主要工藝流程如圖1所示:

      源水取自距水廠20公里處的江水中,經取水機泵加壓后通過源水管道送至水廠進行凈水處理。廠區內的生產流程可分為加藥、反應和平流沉淀、過濾、送水四個部分,其中加藥和濾池兩個工藝環節對出水水質的影響非常大,因此其設計是整個水廠自控系統的關鍵。加藥工藝采用源水流量和SCD值前反饋控制方案,既有效地保證混凝效果,使濾前水濁度保持在2—3NTU,又準確計算出投藥量,節約投藥成本。濾池共有6個濾格,每個濾格采用PID算法控制恒水位過濾,以及根據相關條件觸發反沖洗工藝,保證濾后水質。
      3 系統網絡設計
      水廠自動控制系統是一個分布式控制系統,按系統結構進行垂直分解,分為設備層、控制層、信息層,各層既相互獨立又相互聯系,每一層又可按水平分解成若干子集。設備層中的設備種類繁多,如傳感器、驅動器、變送器等,設備層網絡通常是一個開放的網絡,將底層各廠家的設備直接和車間級控制器相連,實現現場控制功能;控制層實現控制系統的網絡化,控制層是一種高速確定性網絡,對時間響應有苛刻要求,作為控制器之間和控制器和I/O設備之間的一條高速通信鏈路。
      信息層采用lOOM 環形光纖工業以太網,控制層采用MB+工業控制網,設備層采用開放現場總線協議Modbus,由于系統取水分站與廠區有約2O公里,還需考慮取水分站PLC與廠區系統的無線數據通信問題,無線通信采用MDS數傳電臺實現。
      4 系統硬件實現
      系統具體設備選型和硬件實現。各分站獨立運行,控制各分站現場設備,并通過網絡共享信息。上位機采用Intellution Dynamics自動化軟件產品家族中的監控制軟件iFix2.6,iFix監控軟件功能強大組態靈活,優化系統的管理。服務器數據庫管理系統采用Microsoft SQL Server 2000,Microsoft SQL Server 2000是性能優良、安全高效的網絡數據庫管理系統。PLC控制系統分為3個主站,即取水分站、加藥分站和送水分站。取水分站PLC控制4臺取水泵組的工作,并通過無線電臺與廠區的PLC通信;加藥分站分為加氯分站和加礬分站,分別用二套PLC控制加氯系統和加礬系統;送水分站PLC控制4臺送水泵組的工作,同時完成與取水分站的無線通信任務和濾池分站的協調控制任務,由于無線通信和控制協調任務的程序運行量并不是很大,考慮系統成本問題并沒有另設PLC分站,而是采用送水分站PLC兼負完成此任務的方案;6個濾池分站作為送水分站PLC的子站,控制各濾格的恒水位過濾和反沖洗。
      5 結束語
      工業自動化控制系統設計是一門綜合計算機技術、網絡技術、自動控制技術的綜合性工程技術,目前系統正向著更加標準化,更加產品化的方向發展。本系統設計緊密結合系統實際要求,又考慮了系統的標準化、可移植性、可伸縮性、可互操作性等,目前整體運行效果良好。其中加藥工藝中由于現場混凝效果受多種因素影響,依靠原水流量和SCD值進行投藥控制的方案認為還有待改進。
      參考文獻:
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