Profibus在移動污水處理中試車上的應用

戰德志 孫美芹

摘要 主要介紹移動污水處理中試車自控系統中采用的Profibus-DP現場總線技術,并結合西門子S7系列PLC,著重分析其基本特性和相關產品在污水處理中的應用。

關鍵詞Profibus-DP;PLC;人機界面

中圖分類號:TP273 文獻標識碼:B 文章編號:1671-489X(2009)33-0071-02

Application of Profibus in Mobile Sewage Treatment//Zhan Dezhi, Sun Meiqin

Abstract This paper introduces the application of Profibus in mobile sewage treatment. The concrete automation control project is introduced about S7 PLC of SIEMENS, in details. And the design role is presented about the system. At last, the results of operation show that the control system has achieved the performances and satisfied the demands of factory, and it works steadily.

Key words Profibus-DP; PLC; HMI

Authors address

1 College of Automation and Electronic Engineer, Qingdao University of Science & Technology, Qingdao, Shandong, 266042, China

2 The Soda Plant, Shandong Haihua Stock Co., Ltd, Weifang, Shandong, 262737, China

Profibus-DP是德國于20世紀90年代初制訂的國家工業現場總線協議標準,代號DIN19245。它是一種國際化的開放式現場總線標準,即EN50170歐洲現場總線標準。該標準為供應商和用戶的投資提供了最佳的保護并確保供應商的獨立自主性。Profibus具體規定了串行現場總線的技術和功能特性,它可使分散式數字化控制器從現場底層到車間及網絡化。Profibus分為主設備(主站)和從設備(從站)。主站決定總線上的數據通信,當主站得到總線控制權時,不用外界請求就可以主動發送信息。從站為外圍設備,典型的從站包括輸入/輸出裝置、閥門、驅動器和測量變送器,它們沒有總線控制權,僅對接收到的信息給予確認或當主站發出請求時向它發送信息。

1 移動污水處理中試車工藝簡介

水處理系統的核心是美國劍橋水處理公司發明的CoMag?工藝。CoMag?是用于去除水中雜質及沉降顆粒的專利工藝,其出水水質與超濾工藝相當,而其投資和運行成本僅是傳統過濾工藝的一小部分。CoMag?系統具有可靠、快速、簡單但緊湊的工藝,無疑在市政和工業污水及工業用水處理方面是高效能、低投入的方案。

劍橋水技術結合它的CoMag?技術運用到移動污水處理中試車上。按照客戶要求所定制加工的處理系統的固體去除和沉淀效果非常好,這些在路上移動行駛的中試系統可以解決工業污水的緊急處理、軍事供水和農場供水、臨時廢水處理應用。

美國劍橋CoMag?工藝采用增強型化學助凝劑和絮凝劑相結合的方式,除具有高速的加載沉降之外,還擁有高梯度磁分離的細微顆粒過濾性能。

CoMag?工藝優化傳統加載沉淀方式,使得表面溢流率大大提高,沉降速度很快,優點自然顯而易見:快速沉降即意味著水力停留時間縮短,這樣就可以在流量一定的情況下使用更小的沉淀池;小沉淀池占地面積小,因此安裝費用也低。

當污染物去除率要求較高時,CoMag?工藝的高梯度磁過濾是另外一種雜質去除機理。CoMag?工藝不像傳統過濾系統易堵塞和形成污垢,其磁過濾系統是一個“開氣孔”,可以捕獲直徑為26納米大小的顆粒。

CoMag?工藝的顆粒去除效果及整體價值是顯而易見的:以CoMag?工藝為基礎的系統成本低廉,但處理的出水水質與超濾工藝相當。處理效果如表1所示。

CoMag?工藝的優點與好處優于其他技術。

1)投資/安裝成本低。CoMag?工藝的快速加載沉淀意味著可以使用小型沉淀池,使得建設成本相對較低。由于CoMag?系統中沒有需要經常清洗的斜板和斜管,因此其維護費用也很低。

2)運行成本低。CoMag?工藝零部件簡單易得,耗電低,藥劑量適中,系統操作可靠,不存在堵塞和產生污垢的問題,使得運行成本比其他技術要低得多。

3)加載物無需研磨。CoMag?工藝的加載物比沙礫重(加載物比重 5.2,沙礫比重2.7～3.0),而且也無需研磨,降低攪拌器、泵和其他組件的磨損。

4)可靠性高。CoMag?的設備部件和基礎工藝已經在40多年的工業實踐中得到驗證,自1999年開始不斷地發展和試驗,CoMag?工藝在水和污水處理方面的確為可靠的技術。

5)操作靈活。CoMag?工藝抗水力負荷沖擊能力較強,污染物去除率始終維持在較高水平,而且運行穩定。該優勢使得DAF與CoMag?相比遜色很多,這是由于DAF系統的砂濾池對流量和負荷的波動較為敏感。

6)消除冗余。CoMag?系統還有一個高速磁過濾器用于精細處理。該磁過濾器流速高,較緊湊,能耗小,占地面積較砂濾池小,而且在去除雜質方面更為有效,安裝費用和運行成本更低。

7)低水壓壓頭要求。雖然系統中含有高效的高速磁分離器,但CoMag?仍無需高液壓壓頭。CoMag?工藝通常在不額外添加價格不菲的高壓泵情況下,良好地適應廠區的當前狀況。

8)可靠性。在二級處理系統排放多余的固體雜質時,CoMag?工藝的處理效率實際上大大提高。隨著內部固體的不斷循環,生物性顆粒就有機會變成更多的膠核,提升沉淀的動力因素(提高沉淀幾率),同時促進絮體雜質的去除。這樣就會得到良好的污染物去除效果。

9)絮凝劑的靈活多樣性。CoMag?工藝通過添加明礬、氯化鐵、硫酸鐵或PAC等絮凝劑最終使得出水清澈透明。系統可以在確保處理效果的同時確定哪種絮凝劑的處理效果最好。

10)節省紫外線消毒費用。由于CoMag?出水透明度好,透射率高,因此可以使用清潔無毒的紫外線技術進行污水的最終凈化。

11)快速啟動和恢復時間。從冷啟動或調整系統后恢復到正常運行,CoMag?工藝達到全面運行大約需要10分鐘。

2 控制系統配置及說明

2.1 總體控制要求及功能移動污水處理中試車自控系統的最終要求是對污水處理過程進行自動控制和自動調節,使處理后的水質指標達到客戶要求的范圍,并使經濟最節約化。

1)控制操作。通過中心控制室人機界面能對被控設備進行在線實時控制,如啟停某一設備,利用S7-300系列PLC內部的PID自動調節被控設備轉速的快慢,并可在線設置某些工藝控制參數,如進水流量、PAM加藥濃度、PAC加藥濃度、混合池回流流量、磁鼓回流流量、過濾時間、反洗時間、正沖時間等。

2)顯示功能。用棒圖、餅圖、動畫、文本實時地顯示現場被控設備的運行工況及狀態參數。

3)數據管理。在人機界面上安置CF卡,依據不同運行參數的變化快慢和重要程度,建立生產歷史數據庫,存儲生產原始數據,供統計分析使用。利用實時數據庫和歷史數據庫中的數據進行比較和分析,得出一些有用的經驗參數,有利于優化參數的閉環控制,并把一些必要的參數和結果顯示到實時畫面和報表中去。

4)報警功能。當某一模擬量(如流量、液位、濁度、溶解氧等)測量值超過給定范圍、某一開關量(如電機啟停、液位開關、閥門開關)發生變化時,可根據不同的需要發出不同等級的聲光報警,并在報警畫面彈出相應的報警文本。維護人員根據信息尋找故障點,較傳統方法變得易如反掌。

2.2 控制系統網絡結構如圖1所示,移動污水處理中試車的空間只有一個標準集裝箱大小,預留給中央控制室的空間更是狹小,如果采用常規PLC集中控制方式,將現場信號通過電纜連接到中央控制室內的PLC上,需要敷設大量的電纜及大尺寸的橋架,由于空間有限,其施工難度非常大。采用西門子S7-300系列PLC,主站采用CPU315-2DP,其帶有一個DP通訊口和一個MPI口,就能有效地解決這個問題。

3 系統軟件

主控單元S7-300PLC的控制程序采用Step7 V5.4軟件進行編寫,STEP7是西門子開發的應用于S7-300/S7400PLC的編程軟件,運行在Windows XP或Windows2000操作系統中,在自動化工程各方面具有友好的用戶功能。該程序采用模塊化編程結構,便于系統維護和擴展。

4 結束語

此控制系統于2006年7月調試完畢,迄今運行穩定、可靠。不但極大地提高勞動生產率,而且有效地解決生產中的許多問題,如減少生產過程中的突發故障,縮短生產準備時間和搶修時間,減少工人的勞動強度,為污水處理創造可觀的經濟效益和社會效益,達到節能、降耗的目的,同時在生產管理也上了一個新臺階。

參考文獻

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