1 引言
核電廠非放射性污水處理系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著收集并處理核島各廠房和各區(qū)域的生活污水、常規(guī)島各廠房和BOP各廠房的生活污水、地面沖洗污水及廠前區(qū)生活污水的任務(wù)。本文以某核電廠非放射性污水處理系統(tǒng)為例,應(yīng)用Siemens S7-300系列PLC和智能檢測儀表組成下位機(jī),對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。上位機(jī)采用WinCC組態(tài)軟件,實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的畫面監(jiān)測、打印管理、參數(shù)設(shè)置和邏輯控制等功能。該P(yáng)LC控制系統(tǒng)具有可靠性高、控制性能優(yōu)越、便于管理等優(yōu)點(diǎn)。
2 工藝流程及概述
非放射性污水處理采用A/O生化處理和MBR膜生物處理相結(jié)合的處理方式。前置缺氧段,來達(dá)到生物脫氮目的。MBR膜生物反應(yīng)池中設(shè)置浸沒式膜生物反應(yīng)器,達(dá)到出水直接回用的目的。
主廠區(qū)及廠前區(qū)生活污水進(jìn)入污水處理站,首先經(jīng)自動(dòng)機(jī)械格柵去除污水中的雜物(雜物排至平臺小車內(nèi),定期清運(yùn)),隨后進(jìn)入調(diào)節(jié)池,調(diào)節(jié)池對原水水質(zhì)水量進(jìn)行均化和調(diào)節(jié)(為防止池內(nèi)污物沉積,池內(nèi)設(shè)曝氣管),調(diào)節(jié)池中設(shè)提升泵4臺(3用1備,其中一期安裝2臺,1用1備)將污水提升至缺氧池。污水在缺氧池內(nèi)進(jìn)行脫氮處理,隨后污水進(jìn)入MBR膜生物反應(yīng)池。為防止顆粒物堵塞MBR膜生物反應(yīng)器,在污水進(jìn)入缺氧池前設(shè)置毛發(fā)聚集器,在膜反應(yīng)池前設(shè)置提籃式格柵。MBR膜生物反應(yīng)池對污水進(jìn)行生物加過濾處理,設(shè)置膜在線清洗裝置,處理水經(jīng)抽吸泵抽吸后進(jìn)入回用水池。回用水池內(nèi)設(shè)置變頻供水泵,通過供水泵把中水輸送到所需區(qū)域。MBR膜生物反應(yīng)池的污泥排至污泥池,污泥池內(nèi)上清液溢流至調(diào)節(jié)池,剩余污泥定期清運(yùn)。調(diào)節(jié)池、缺氧池、MBR膜生物反應(yīng)器、污泥池內(nèi)設(shè)置曝氣裝置曝氣,曝氣裝置由羅茨風(fēng)機(jī)供氣。所有儀表信號和主要設(shè)備運(yùn)行信號在控制室顯示,設(shè)備的控制可在控制室和就地控制柜分別操作。
3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
3.1 設(shè)計(jì)原則
核電廠非放射性污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)首先應(yīng)保證其具有高可靠性和穩(wěn)定性,因此應(yīng)選擇具有工業(yè)高抗干擾性能的軟硬件設(shè)備;系統(tǒng)還應(yīng)具有良好的擴(kuò)展性和兼容性,并滿足生產(chǎn)工藝對自動(dòng)控制系統(tǒng)的各種要求;還要便于管理等[1]。
3.2 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
本工程采用Siemens S7-300系列PLC對全廠主要工藝設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控,并通過現(xiàn)場儀表采集液位、流量、壓力、溫度等信號和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息,由PLC控制現(xiàn)場設(shè)備的啟停以控制工藝參數(shù)。
控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,采用研華公司生產(chǎn)的兩臺工業(yè)計(jì)算機(jī),1臺操作員站,1臺工程師站,采用TCP/IP通信協(xié)議;工程師站配置1臺打印機(jī),可以對生產(chǎn)過程中的報(bào)警及報(bào)表進(jìn)行打印。PLC主要由中央處理器(CPU)、存儲器、輸入接口電路、輸出接口電路、通信接口、內(nèi)部電源等部分組成。PLC系統(tǒng)由CPU機(jī)架與I/O擴(kuò)展機(jī)架組成。機(jī)架間由IM365接口模塊實(shí)現(xiàn)內(nèi)部通訊鏈接,如圖1所示。
中央處理器選擇標(biāo)準(zhǔn)型CPU314,其主要技術(shù)參數(shù)為:工作存儲器內(nèi)置96KB,裝載存儲器是最大8MB的可插拔存儲卡MMC;數(shù)字量全部I/O點(diǎn)數(shù)為1024,模擬量全部I/O點(diǎn)數(shù)為256,最大機(jī)架數(shù)為4,每個(gè)機(jī)架的模塊數(shù)量最多為8個(gè);內(nèi)置RS485接口,MPI連接數(shù)為12;CPU編程語言為STEP7 V5.2 SP1以上。負(fù)載電源模塊PS用于將AC220V電源轉(zhuǎn)換為DC24V電源,供CPU和I/O模塊使用;選用PS307(5A)型電源模塊,其主要技術(shù)參數(shù)為:輸入電壓120V~230V,輸出電壓24VDC,輸出電流5A,具有防短路和開路保護(hù)功能,可向總線提供電流1.2A。數(shù)字量輸入模塊采用SM321(16×24VDC);數(shù)字量輸出模塊采用SM322 (16×24VDC/0.5A);模擬量輸入模塊采用SM331(8×16位);模擬量輸出模塊采用SM332(4×12位),接口模塊選用IM365。
污水處理PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)配有在線式UPS不間斷電源供電,負(fù)責(zé)給控制系統(tǒng)和儀表供電。采用山特CASTLE系列UPS,容量2KVA,電源備用時(shí)間30min。PLC機(jī)柜內(nèi)每種類型的I/O測點(diǎn)都有不少于10%的備用量;同時(shí)機(jī)柜內(nèi)留有10％的I/O模件插槽備用量;存貯器容量也考慮40%的備用量。
現(xiàn)場測量及分析儀表主要有超聲波液位計(jì)、電纜浮球液位開關(guān)、電磁流量計(jì)、壓力變送器、就地壓力表、在線PH計(jì)、在線COD分析儀等。污水處理系統(tǒng)的現(xiàn)場儀表設(shè)計(jì)選型時(shí)應(yīng)盡量選用高精度、高穩(wěn)定性、免維護(hù)或低維護(hù)的智能儀表,還應(yīng)盡量選擇非接觸式、電磁式的傳感器。由于污水處理中很多現(xiàn)場儀表在井下或露天環(huán)境,所以必須考慮安全防護(hù)手段。對于清洗、維護(hù)及更換時(shí)必須拆卸的管道式安裝儀表及其傳感器,應(yīng)在管道上設(shè)計(jì)安裝旁通閥,以免在其更換或發(fā)生故障時(shí),需要停止工藝運(yùn)行。另外,污水處理中儀表設(shè)計(jì)必須和工藝緊密結(jié)合,選取合適的測量或取樣位置[2]。
4 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
污水處理控制系統(tǒng)軟件分為上位機(jī)WinCC監(jiān)控軟件和下位機(jī)PLC現(xiàn)場控制軟件兩部分。
系統(tǒng)上位機(jī)運(yùn)行bbbbbbS XP操作系統(tǒng)和WinCC V6.3組態(tài)軟件,提供了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、流程控制、數(shù)據(jù)顯示、過程報(bào)警和連鎖、歷史記錄和報(bào)表以及數(shù)據(jù)查詢、打印等控制和管理功能。
圖形界面包括兩大部分:主畫面和各個(gè)工藝階段、參數(shù)曲線、報(bào)表、報(bào)警的分畫面。主畫面有各個(gè)廠房、設(shè)施設(shè)備和管道流向,分別用不同的顏色和形狀表示,用來展示全部的工藝流程;分畫面用來顯示各個(gè)工藝階段的詳細(xì)參數(shù)和測量值,報(bào)表分畫面用于打印和輸出各個(gè)時(shí)段各個(gè)設(shè)備的歷史數(shù)據(jù),報(bào)警分畫面用于設(shè)置報(bào)警級別和顯示報(bào)警原因等用途[3],各個(gè)畫面之間可以靈活地相互切換。
WinCC提供了所有最重要的通信通道,用于連接到SIMATIC S5/S7/505控制器的通信,以及如PROFIBUS-DP/FMS、DDE和OPC(用于過程控制的OLE)等非專用通道;也能以附加件的形式獲得其他通信通道。由于所有的控制器制造商都為其硬件提供了相應(yīng)的OPC服務(wù)器,因此實(shí)際上可以不受限制地將各種硬件連接到WinCC[4]。
系統(tǒng)下位機(jī)PLC編程軟件為STEP7 V5.3專業(yè)版,Siemens S7-300程序采用SIMATIC Manager的梯形圖(LAD)與語句表(STL)兩種編程語言相結(jié)合編寫,實(shí)現(xiàn)整個(gè)污水處理工作流程的運(yùn)行和監(jiān)控。正常生產(chǎn)時(shí),設(shè)備按照工藝要求的流程和順序由PLC自動(dòng)控制啟停,PLC程序運(yùn)行時(shí)完全獨(dú)立于上位機(jī),即便上位機(jī)出現(xiàn)故障或關(guān)機(jī),PLC程序仍可以繼續(xù)完成相應(yīng)的控制功能。當(dāng)現(xiàn)場設(shè)備需要檢修或出現(xiàn)故障時(shí),技術(shù)人員在現(xiàn)場設(shè)備附近的就地控制箱中,將設(shè)備工作狀態(tài)開關(guān)切換到手動(dòng)模式,設(shè)備不再接受PLC的控制,但PLC仍會采集設(shè)備的啟動(dòng)、停止及故障信號用于顯示。
5 結(jié)束語
該P(yáng)LC控制系統(tǒng)日處理非放射性污水900噸,系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠、故障率低、性價(jià)比高。由于軟硬件均采用模塊化結(jié)構(gòu),技術(shù)人員可以很方便地進(jìn)行安裝、調(diào)試和維護(hù)。提高了生產(chǎn)效率,降低了勞動(dòng)強(qiáng)度,運(yùn)行期間各項(xiàng)出水指標(biāo)穩(wěn)定,各方面性能都得到了廠方的好評。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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