小型水厂净化水处理DCS控制系统设计.doc
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小型水厂净化水处理DCS控制系统设计.doc
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目录
1绪论 3
1.1课题的背景 3
1.2研究目的和意义 3
2自来水厂净化水处理自动控制 4
2.1控制系统的选择 4
2.2控制系统的结构 4
3净化水处理的工艺流程 5
3.1主要设计参数 5
3.2水厂监控中心 6
3.3负荷情况 7
3.4水厂净化水流程 7
4设计方案 8
4.1程序设计前的准备工作 8
4.2系统的控制流程图 8
4.3控制系统的工艺要求 10
4.4程序设计原理图 11
4.5系统控制的设计要求 12
4.6PLC选型 12
4.7电气控制系统原理图 13
4.8系统程序设计 16
4.9系统仿真 22
5监控系统的设计 24
5.1组态王6.53简介 24
5.2监控界面的设计 24
5结论 31
参考文献 32
谢辞 33
小型水厂净化水处理DCS控制系统设计
作者:
刘汗青指导老师:
申红军
摘要:
随着科技的发展,供水企业需要建立一套全集成的、开放的供水信息综合自动化的平台。
现结合实际详细分析净化水厂DCS综合管理系统。
文章主要任务是设计一套符合污水处理工艺要求、采用DCS技术、SiemensS7-200和组态软件‘组态王6.53’实现监控功能的PLC控制系统。
此系统不仅能降低能耗、节约成本、减少维修维护工作强度、提高管理水平、确保供水质量,还能推进我国给水工艺的发展,对减小与先进水平的差距都具有现实意义。
关键词:
DCS系统;水厂;网络
SmallwaterpurificationandwatertreatmentdesignofDCScontrolsystem
Authors:
LiuHanqingInstructstheteacher:
ShenHongjun
Abstract:
Withthedevelopmentofscienceandtechnology,watersupplyenterprisesneedtoestablishafullyintegrated,openwaterinformationintegratedautomationplatform.IsactualadetailedanalysisofDCSintegratedmanagementsystemforwaterpurification.Thearticleismainthetaskistodesignasettoconformtothesewagetreatmentprocess,usingthetechnologyofDCS,SiemensS7-200andconfigurationsoftware'Kingview6.53'realizethemonitoringfunctionofPLCcontrolsystem.Thissystemnotonlycanreduceenergyconsumption,costsavings,reducemaintenanceandrepairworkintensity,improvethelevelofmanagement,ensurethequalityofwatersupply,butalsotoadvanceourcountrywatersupplytechnologydevelopment,toreducethedifferencewithadvancedlevelhastherealmeaning.
Keywords:
DCSsystem;waterworks;network
1绪论
水与人的生活息息相关,特别在现代社会生活及生产中人们对水的需求量与日俱增。
然而,水资源是有限的。
据报道我国人均拥有淡水量为2400吨,为世界平均值的1/4,在全球149个国家(参与统计国家中),我国人均淡水资源位居110位,属于淡水资源贫乏的国家。
而且我国水资源时空分布极不均衡,全国500多个城市缺水,其中多个严重缺水,北方地区缺水现象尤其严重,人均拥有淡水量仅有240吨。
令人担忧的是淡水总量日益减少,用水成本不断升高,淡水的浪费非常严重。
我国北方地区水资源的超采,己形成漏斗地势、水位下降、湖泊干涸、河水断流、生态恶化。
淡水资源的短缺己经成为我国急需解决的问题。
1.1课题的背景
未来10年,中国工业污水处理项目工程建设投资将超过2500亿元,其中工业污水处理设备投入约300亿元。
采用先进、实用的技术改造传统工艺,在环保工程中广泛采用先进的自动控制技术,是推动环保产业升级,实现环保发展战略的重要环节。
在这种形势下工业污水处理自动化控制系统无疑是一个具有巨大的社会效益、环境效益及经济效益的研究课题。
对于环境保护问题,国务院明确规定所有工业污染源都必须达到排放标。
其中处理过的污水还可以循环再利用,由于我国是一个水资源匮乏的国家,而且时空分布上极不均匀,许多地区和城市严重缺水。
所以水资源也是一种保护。
因此,从环保、注水等多方面的因素考虑,对于工业污水处理非常有必要。
因此,有效的结合目前最新的工艺状况、计量自控检测仪表使用、PLC控制系统技术,将为当前工业污水处理控制系统提供有效的自控方法。
1.2研究目的和意义
世界任何国家的经济发展,都会推进社会进步、促进工农业生产能力,使人民生活得到进一步改善,但是也随之带来不同程度的环境污染,污水也是造成环境污染的来源之一。
这个污染源的出现引起了世界各国政府的关注,治理水污染环境的课题被列入世界环保组织的工作日程。
我国是一个严重缺水的国家,虽然我国年平均水资源总最为28000亿m2,居世界第6位,人均水资源量为2220m2,居世界第110位,已经被联合国列为世界上13个缺水国家之一。
目前我国约300个城市缺水,其中严重缺水城市有50个。
据中国经济信息网分析统计,全国按目前正常需要,年缺水总里约为300亿~400亿立方米,因缺水造成的经济损失每年达2300亿。
超过洪涝灾害。
水资沟的匮乏和水资源的污染,己经严重的影响了人民的日常生活,严重的影响了我国的经济建设和发展。
因此建设符合我国国情的污水厂自动控制系统对降低工业污水处理成本、改善环境、建立可持续发展社会和和谐社会、保持我国经济高速发展具有重要意义。
2自来水厂净化水处理自动控制
2.1控制系统的选择
在自控系统的设计上,一般水厂选择了集散型控制系统(DCS:
DistributedControlSystem),是由于以下一些原因:
(1)现代化的生产工艺系统日趋大型化,复杂化,需要检测和控制的参数大量增加,使得传统的仪表控制系统显得难以胜任,势必得另辟蹊径。
(2)传统的仪表控制系统通常使用多个生产厂家提供的产品,使得工艺生产所需的备品备件品种繁多,为此而化费大量人力物力。
(3)数字电路技术的迅猛发展,尤其是大规模集成电路技术的应用,集成度以及成品率大幅度提高,使得在过程控制中大量使用微处理器在成本上成为可能。
(4)自动化控制理论的发展,特别是连续系统离散化理论,采样理论,这些理论大大地推进了过程控制从传统的仪表控制系统向DCS系统变革的进程。
2.2控制系统的结构
系统以微处理器为基础,集中型控制系统的主控机通过管路和线路与现场一次仪表和执行机构连接,它的全部监测和控制任务,都是由一台主控机完成的。
这样考虑主要是看它的优,即投人少、操作方便。
但随着系统规模更大,一次仪表的执行结构的数量增加,电缆、电线数量增多,也会暴露出一些缺点,即可靠性差、系统扩展不灵活。
水厂的DCS系统可分三层来描述。
第一层为现场设备层,第二层是网络链路层,第三层是管理控制层。
各部分不管哪一级出现故障,影响的仅限于它本身,不会影响其它部分的正常工作。
第一层:
现场设备层,由取水泵站、一期滤池、二期滤池、西区滤池、加药问、出水泵站和污水泵站各PLC子站和现场监测仪表构成。
第二层:
网络链路层,第二层包括现场PLC和现场计算机、管理机之间的高速以太网和NP-WAY网络。
正常睛况用以太网通讯,一旦出现一种通讯故障,整个水厂仍然可以保持运行,各生产点上的现场计算机与现场PLC可用Ethernet协议通信,各生产点上的操作者可操作现场计算机来控制现场PLC。
各点的生产信息通过PLC的串行连接网络(NP-WAY)传递到中控室模拟屏。
第二层的通讯连接主要采用了基于光纤的以太网,这样可以避免电信号的干扰,增强工业环境下的可靠性。
另一种采用了基于同轴电缆的Ethernet网络。
第三层:
管理控制层,第三层作为人机交互界面,包含生产数据的收集,命令的发送,事件的记录以及实时和历史曲线的记录。
这一层设备由中控室PLC6和两台互为热备用的管理机WSG1和WSG2组成。
一但WSG1出现故障,WSG2将提供第三层的功能,整个水厂自动运行不受影响。
3净化水处理的工艺流程
3.1主要设计参数
(1)进水阀门井:
两趟管路进水,阀门井两座,单座尺寸3.25m×3.25m×2.9m。
(2)进水控制井:
一座,尺寸:
12.2×8.4×11.0m。
(3)管道混合器:
规格DN600,不锈钢材质,过水流速1.0m/s,水头损失不大于0.5m。
(4)加药间:
加药装置投加量7mg/l,污泥加药系统投加量5mg/l;尺寸:
20.85×12.84×8.25m。
(5)网格絮凝池:
设计水量4375m3/h,分为两组,每组5.25万m3/d,每组分2座絮凝池;网格絮凝池每个阶段的设计上升流速为0.12m/s、0.09m/s、0.06m/s,絮凝时间为31.8分钟。
(6)斜板沉淀池:
设计水量4375m3/h,分为两组,每组5.25万m3/d,每组分2座沉淀池;斜板沉淀池的设计表面负荷为9m3/m2.h,沉淀时间为34min。
(7)D型滤池:
滤池分组:
共12池,24格,每格宽B=2.0m,长L=6.0m,每池单独反冲。
每池有效过滤面积为:
24m2,设计滤速:
17m/h。
水冲洗气强度:
q水=6L/s.m2,t=4min;气冲冲洗强度:
q气=30L/s.m2,t=4-6min;气水冲洗,t=8-10min;水冲洗气强度:
q水=6L/s.m2,t=2min。
进水控制井
网格絮凝池
水库水
絮凝剂
斜板沉淀池
D型滤池
清水池
污泥调节池
絮凝剂
上清液
污泥浓缩
污泥脱水
污泥外运
图3-1水工艺处理图
3.2水厂监控中心
水厂监控中心包括:
服务器、供水调度工作站、企管工作站、打印机、集线器、网关、电台、UPS电源等几个部分。
其系统结构如图1所示。
这里存在一个实时数据库,存储水厂分控中心通过Ethernet连线和网关采集的水厂监控分站的数据,或是通过无线电台采集进出水和管网监控站的数据。
这些数据将通过服务器被企管]作站和供水调度工作站所分享,同时通过通讯媒体以联网的方式上传给水司控制中心。
图3-2监控中心网络图
3.3负荷情况
主要用电设备为反冲洗水泵3台,2用1备,单台容量为18.5KM;反冲洗风机3台,2用1备,单台功率为45KW;加药间搅拌机7套,单台功率4KW;计量泵9套,单台功率0.37KW6套,单台功率0.25KW3套;污泥调节池搅拌机4套,单台功率4KW,提升泵4套,单台功率5.5KW,上清液回流泵4套,单台功率11KW;螺旋泵3套,单台功率4.0KW;排水提升泵3台,单台功率1.5KW;其余为电动阀门120KW。
3.4水厂净化水流程
(1)沉淀处理
混凝阶段形成的絮状体依靠重力作用从水中分离出来的过程称为沉淀,这个过程在沉淀池中进行。
水流入沉淀区后,沿水区整个截面进行
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