基于WinCC的现代化水厂自控系统的设计与应用.docVIP

基于WinCC的现代化水厂自控系统的设计与应用 　　【摘 要】德州市第四水厂一期规模为10万吨/天，生产工艺为常规处理―臭氧+生物活性炭深度处理，生产水质达到了直饮水水质标准，且污泥处理过程采用了先进工艺，保护了生态环境。本文阐述了水厂自控系统的构成，对生产流程中重点环节的自控过程进行了说明，并对组态软件WInCC进行了详细介绍。 　　【关键词】深度水处理 WinCC PLC 　　1 项目简介 　　德州市第四水厂于2014年5月建成通水，第一期规模为10万吨/天。第四水厂是一座现代化水厂，为了满足人们对环境保护和饮用水质量的需求，其工艺流程除取水、加药、平流沉淀、V型滤池、加氯、配送水等常规工艺环节，还增加了臭氧+生物活性炭深度处理工艺以及污泥浓缩处理等控制环节。该水厂对所有工艺环节都实现了自动控制和对系统主要参数的在线监测；污泥浓缩处理系统对滤池反冲洗水进行回收浓缩处理，节约水资源，保护水体不受污染，符合现代化水厂的要求。 　　2 自控系统构成 　　目前国内采用的自动控制系统结构，就其形式可划分为SCADA系统、DCS系统、IPC+PLC系统、总线式工业计算机构成的系统[1]。根据德州第四水厂的工艺特点以及主要构筑物的结构，设计采用了由工业计算机（IPC）和可编程序控制器（PLC）组成的IPC+PLC分布控制系统。 　　系统设置6套PLC-300总站分布于加氯间、臭氧控制间、污泥处理间、加药间、滤站和送水泵房，位于污泥处理间的3#PLC控制总站同时监测平流沉淀池刮泥机的PLC-300子站。每个PLC-300总站都备有3KVA30min不间断电源（UPS）。中心机房设置有上位监控计算机、主服务器和网络交换机，并配有6KVA30min不间断电源（UPS）。控制系统主干网络采用主流100Mb/s的环型光纤工业以太网，每个控制总站配置具有环网管理功能的2光口6电口的100Mb/s工业光纤交换机。在加氯间、臭氧控制间、污泥脱水间、加药间、滤站和送水泵房配有6台HMI_Touch，可供现场人员了解现场数据和全厂概况。 　　自控系统基于组态软件WinCC开发平台，使用CP5611通讯卡通过PROFIBUS连接西门子S7-300 进行数据通讯，实现数据采集、设备控制、实时曲线显示、历史记录、故障报警等功能，可以在中央监控室对整个生产工艺流程进行实时监控，实现了真正意义上的监控管一体化。 　　3 生产过程控制要点 　　3.1 加氯系统 　　加氯系统采用真空加氯机，采用前加氯结合后加氯的杀菌处理工艺。前加氯系统的投加方式根据进水流量采用比例控制，净水工通过计算机给控制系统设定加氯比例系数，自动控制系统按这个设定比例自动控制加氯机投加氯气，当进水流量变化时，系统会自动调整加氯量，自动保持系统按比例投加氯气。后加氯系统的投加方式采用余氯结合流量闭环反馈控制，净水工通过计算机给控制系统输入出厂水余氯指标系数，例如每立方清水余氯含量要求保持在0.5mg，通过余氯分析仪检测到清水中余氯实际含量后送给自动控制系统进行比较运算，控制后加氯机投加氯气，使出厂清水中余氯含量恒定保持在0.5mg[2]。 　　3.2 加药系统 　　净水厂目前使用的净水药剂为聚合氯化铁铝药液，加药控制过程是通过控制计量泵的频率及冲程来控制加药量，加药系统采用针对药基数的PID闭环控制方式。药基数是指在千吨水中需投加药液的量，其值应该根据在原水中投加絮凝剂，经过平流沉淀处理后水的浊度控制在10NTU 以内来标定。滤前浊度过小将造成药剂浪费，相反浊度过大则会加重滤池负荷，导致滤池频繁反冲，浪费水源。系统将该值作为控制过程的目标设定值，通过PID调节算法调节计量泵频率及冲程大小，将实际药基数控制在目标值允许范围以内，保证平流沉淀池出水水质稳定。 　　3.3 臭氧投加 　　前预臭氧投加基数为0.5～1.5mg/L，投加过程根据进水流量进行比例控制。主臭氧接触池出水要求余臭氧浓度为0.2～0.4mg/L，后臭氧根据进水量、出水余臭氧采用PID闭环控制臭氧投加量。臭氧发生器是臭氧系统的核心设备，通过控制臭氧发生器的出口调节阀开度来调节出口流量，保证所需的臭氧量等于实际产生量。 　　3.4 滤站 　　该站主要监控10格炭滤池和8格砂滤池的过滤、反冲洗过程及相关参数。 　　3.4.1 滤池过滤 　　炭滤池和砂滤池采用恒定水位控制原理，滤池的清水阀为无级可调比例阀（开启度为0～100%），根据滤池的液位、水头损失值、清水阀现有开度的反馈信号通过PID闭环控制系统自动调整阀门的开度，从而确保滤池恒水位过滤。 　　3.4.2 滤池反冲 　　炭滤池根据水头损失、反冲周期及人工强制3个条件按优先权进行气水两阶段反冲。砂滤池根据水头损失、反冲周期及人工强制3个条