可编程控制器在膜法工艺水处理的应用.docx
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可编程控制器在膜法工艺水处理的应用
目前,由于水环境的越来越恶劣,在人们增强环保意识,尽量减轻污染物排放的同时,水处理技术及效率就愈加重要。
膜法工艺被认为是当前最先进、性价比最高的水处理工艺。
下面结合日处理360吨,采用MF+NF工艺的移动集装箱水车的PLC控制应用。
一、膜法水处理工艺简介
膜过滤是指液体在透过膜状物时,其中的部分物质被截留的现象。
水处理行业通常所指的膜是指过滤孔径0.0001微米到10微米的固体膜。
从制造材料上,膜可分为有机膜和无机膜;从几何形状上,可分为平板膜、卷式膜、管式膜、中空纤维膜;从构成结构上,可分为单皮层膜和复合膜;从过滤流向上,可分为均向(对称)膜和非均向(非对称)膜。
由若干单位的膜组成的一个过滤单元,被成为膜组件。
由于切割分子量的区别,膜被分成反渗透(RO)、纳滤(NF)、超滤(UF)、微滤(MF)。
其大约如下图所示:
一直以来,混凝沉淀过滤法和混凝过滤法作为前处理,被广泛用于自来水、工业用纯化水、半导体电力的超纯水、医药食品用的精制水、海水淡化等领域。
上述处理方法是经过多年技术累积确立起来的,可以去除河水、井水、湖泊沼泽水和海水等原水中的悬浮物质。
但是同时也逐渐产生了很多问题,例如:
雨天水质的变动增加了絮状凝剂添加的复杂化;处理水中因使用絮状凝剂增加了铝、铁离子和污泥的产生量;絮状沉淀槽,沉淀池、沙过滤设备等设备占地面积大等等。
针对上述问题,膜法水处理工艺应运而生。
大型MF膜组件不仅可以代替混凝沉淀过滤法和混凝过滤法,而且还可以通过过滤(除菌、清澈)工业用水,使取代一直以来使用纯化水作为工序用水的作法成为可能,工序水的成本也由此有望得到降低。
与传统水处理工艺相比,膜法工艺具有以下优势:
1)、可以得到高品质的产水
不管进水水质如何变动都可过滤出浊度小于0.01NTU的高品质水。
2)、可自动运行、运行简单
3)、不用絮凝剂、即使使用也只需要少量絮凝剂
4)、装置面积小
5)、建设工期短
6)、使用寿命长
在通常使用中,无需考虑化学药品腐蚀或生物分解等产生的膜破裂。
图一、膜过滤法与传统砂滤方法比较
二、膜处理系统流程
膜处理系统流程分为过滤、反洗及空气擦洗及冲洗三个过程。
图二显示了膜处理系统的过滤工艺流程。
本系统为外压式循环过滤系统,原水无需混凝前处理(但是,要去除单独使用膜处理无法去除的成分例如色度等,需要依靠添加混凝剂达到目标去除率的情况,也可以添加混凝剂。
),可以通过预过滤去除原水中所含的大块垃圾(特别是容易纠缠住中空纤维难以排出的纤维状垃圾)供给膜组件。
图二、过滤工艺流程
为了运行的长期性和安定性,加入次氯酸钠(NaClO)溶液进行反洗和同时进行空气擦洗的设备也需要同时备好。
见图三。
图三、反洗及空气擦洗工艺流程
图四显示了膜处理系统的冲洗工艺流程。
图四、冲洗工艺流程
三、PLC控制系统
应外方要求,PLC采用MITSUBISHIFX2NM80RCPU,及4个4AD和1个4DA扩展模块。
触摸屏采用PRO-FACEGP2500T10.4寸彩屏(带TCP/IP接口)。
变频器采用ABBACS350系列。
采用SCHNEIDER低压电器。
实际使用过程中觉得用SIEMENSS7-200PLC加TP270触摸屏更有技术及功能优势。
PLC的控制功能
1)、采用步进程序编写过滤、反洗及空气擦洗及冲洗流程的逻辑顺序控制
2)、PID功能。
利用FX2N内置PID功能块通过4DA控制变频器的输入给定,调节过滤泵的频率,从而达到恒流量控制。
3)、各设备的运行、故障状态信号及温度、压力、流量和液位信号的采集及各种泵、空压机和气动阀的控制。
触摸屏的控制功能
1)、通过触摸屏实现手/自动控制
2)、工艺流程显示
3)、手动操作
4)、工艺参数显示和设置
5)、PID参数设置
6)、膜泄露检查操作
7)、手动CIP清洗操作
8)、报警显示、存储及查询、打印功能
9)、模拟量趋势显示,查询、打印功能
10)、数据记录,显示,查询、打印功能
11)、可选的通过TCP/IP远程监控
图五、工艺流程主画面
图六、工艺参数设置画面
图七、趋势曲线画面
图八、膜处理系统
参考文献:
AsahiKASEI膜设备技术资料
SCADA系统在水处理中的应用
广东省恩平市水处理厂使用的SCA本文来自中华环评网,DA系统以罗克韦尔自动化公司的A-BSLC500及MicroLogix1000为可编程控制器,以ControlNet网、DFl无线电通讯方式和以态网为通讯网络,以RSView32及RSView32ADS为监控组态软件,实现了水处理厂的自动监控和供水管网压力的检测以及整个水厂的管理调度。
广东省恩平市水处理厂是广东省恩平重点工程项目,它的胜利竣工使恩平市民喝上了优质的自来水,出厂水达到了欧共体标准。
通过建立一套完整的SCADA系统,并综合考虑与无线电调度系统、公司企业内部网络的衔接而建立的自控系统、调度系统、企业内部网(Intranet)系统三位一体的综合管理与控制系统,实现了整个水处理生产过程的自动控制。
通过无线电调度系统在城市管网压力的检测,可以实现城市管网调度,同时将水处理厂的生产运行数据和管线监测数据实时送回公司内部网络。
在公司内部网上任何一个终端在授权情况下可监视水处理厂的运行和城市管网压力情况。
通过该系统的使用,动态掌握水处理厂和城市管网压力的运行情况,做到心中有数、合理调度、降低了生产成本、提高了生产效率、提高了公司的生产管理水平。
SCADA系统构成1系统总体结构如图1所示,
恩平水处理厂SCADA系统由水处理厂的自动控制系统、城市管网测压点、供水集团公司办公大楼内部网构成。
以太网用于系统的管理层,ControlNet网和无线通讯用于各PLC控制器及计算机操作站之间的控制层通讯。
管理层与控制层通过基于客户/服务器HMI
组态软件RSView32活动显示系统(ActiveDisplaySystem,ADS)服务器实现信息交互。
ControlNet网采用屏蔽同轴电缆进行通讯,具有连接方便、通讯距离远的特点,是PLC通讯广泛应用的、稳定的工业网络。
无线通讯采用具有SCADA功能的DF1主从通讯协议,PLC通过其标准RS232与数传电台实现无线通讯,通讯速率可达960Obps。
2.水处理厂自控系统组成
制水厂布置图根据水处理厂设备分类和控制要求,
水处理厂自控系统包括:
取水泵站PLC1、加药站PLC2、滤池站PLC3(包括公共反冲洗)、送水泵站PLC4和中心控制室组成。
水处理厂自控系统由管理层、控制管理层、现场控制层三层组成,控制系统结构采用集散型控制系统,以便于实现“集中管理,分散控制"的三级控制。
指挥权集中、控制权分散、注重功能分散,以求控制灵活,提高整个系统的可*性。
PLC1用于监控取水泵房取水泵运行和操作的,包括检测泵运行温度、电量参数,以及原水的pH、浊度、温度等水质参数。
PLC2加药站用于监控加矾计量泵、石灰泵以及加氯机的运行和操作的,包括检测加药混合后水质的SCD、pH、余氯,通过反馈,PLCPID调节设备的加药量实现自动控制。
这样使水能达到更好的沉淀和杀毒消菌的效果,并且保证水的pH。
这是制水厂最关键的控制环节。
PLC3是控制滤池自动恒水位过滤、自动公共反冲洗的。
PLC4是监控送水泵房送水泵运行和操作的。
包括检测泵运行温度、电量参数,以及出厂水的pH、浊度、余氯、压力、流量等参数,保证城市供水量和水质。
水处理厂的PLC通过屏蔽同轴电缆在全厂组成一个ControlNet网。
水处理厂中心控制室配置两台HMI操作站,互为热备,是由两台各装有一块1784KTCX15卡的电脑运行RSView32系统做成了人机界面,监测和控制整个制水厂的生产和运行情况以及监测城市管网的压力情况。
配置打印机打印报警、生产报表和曲线等。
3城市管网测压点组成在SCADA系统中,用于城市管网压力监测的PLC5-PLC12采用最为经济可*的微型可编程控制器MicroLogix1000,采集监测点的参数数据并作为SCADA系统的DF1从站。
4公司监视站的组成公司监视站包括供水集团公司大楼内部网络和装有1784PCIC卡的SCADA系统的服务器电脑。
由于制水中心控制室和供水集团公司大楼相距较远,采用了同轴电缆组成的ControlNet网相连,装有1784PCIC卡,服务器电脑安装了RSView32及RSView32ADS为监控组态软件,用于监视制水厂和城市管网的压力实时数据,也实现了公司内部网络与控制网络的通讯。
从而,通过ControlNet网、无线电调度系统、公司内部网络将水处理自控系统、城市管网调度系统和公司内部网络联成了一体化网络。
在经理室等有关职能部门配置了监视终端,作为系统的客户机和公司网络上的其他任何终端一样只需安装ADS工作站或者WebBrowser,在授权的情况下均可以监视制水厂和城市管网压力的运行情况。
系统具有Internet/Intranet接口,可方便实现在任何地点、任何时候通过拨号上网的方式监视生产运行情况,即远程监视。
5系统软件的组成系统软件是整个系统的核心,直接关系到整个系统的成败。
系统软件主要包括操作系统、监控软件平台等。
制水厂中控室操作站采用WindowsNT操作系统和RSView32人机监控组态软件。
供水集团公司大楼ADS服务器电脑安装Windows2000Server作为内部网上的独立服务器,运行RSView32人机监控组态软件和RSView32ADSServer。
RSView32是罗克韦尔自动化软件公司采用开放的技术,以MFC(微软基础级)、DCOM(分布元件对象)组件技术为基础的人机监控软件,这个在图形显示中利用ActiveX、VBA、OPC的HMI产品,提供了监视、控制和数据采集等全部功能,是一个使用方便、可扩展性强、监控性能高的监控组态软件。
RSView32ADS将RSView32HMI软件扩展为客户/服务器结构。
ADS服务器不仅可以在现场,而且可以通过国际互联网在世界任何地方接入。
客户端可以采用ADSStation软件或InternetExplorer作为监控软件平台。
系统安全策略利用Windows2000和RSView32提供的双重安全功能,Windows2000在内部网络系统层负责管理操作人员或系统管理员的登录,而RSView32通过设置不同的安全级别在应用层对各用户的操作权限进行控制,从而保证系统的正常操作,防止越权操作。
SCADA系统协议ControlNet网是罗克韦尔自动化公司新推出的全新的工业控制网络,是一个开放的高速确定性网络,他可用于传输对时间有苛刻要求的信息,通信速率可达到5Mbps,提供实时的控制和对等的通信服务。
采用生产者/客户方式,将传统的网络针对不同站点需多次发送更改为一次发送多点共享,减少了网络发送次数,从而使网络实时、有效。
用RSNETworx软件完成ControlNet的网络组态。
由于历史的原因我们采用的是SLC5/03PLC,所以要上ControlNet网每个PLC机架上增加了1747-SCNR通信模块,在送水泵站PLC4上另外还增加了1747-KFC15通信模块,以满足1784KTCX15和1784PCIC卡与PLCcpu的通信。
罗克韦尔自动化公司的A-BSLC5/03、SLC5/04和MicroLogix1000可编程控制器具有内置的多功能标准RS232接口通道,该接口的系统方式支持DFl通讯协议。
DF1协议是A-B公司PLC系统广泛支持的通讯,各系列PLC及装有RSLinx通讯软件的计算机均支持DF1协议,通过该协议可以构成基于PLC的调度系统。
恩平城市管网调度系统采用点对多点半双工通讯模式,PLC4作为主站采用DFl半双工主通讯方式,其他PLC5-PLC12控制器作为从站采用DFl半双工从通讯方式,主站PLC采用对各站轮询方式实现数据交换。
SCADA系统功能与特点1集中管理、分散控制在制水厂中心控制室能集中对全系统各种设备和生产运行数据进行监视和控制。
能实现三级控制。
即:
就地手动控制,分站PLC控制,中控室集中控制。
在控制室具有自动控制和远程手动控制(遥控)两种方式。
(1)就地手动控制:
就地通过控制箱或柜上的按钮或控制器对设备进行手动控制。
(2)分站PLC控制:
各分站的PLC执行自己的控制程序,处理该站现场I/O信号。
在与中心控制室脱机或通讯出现故障时各分站能独立利用自己的PLC进行控制及PLC之间的通讯。
(3)中控室集中控制:
就是在中心控制室对全厂生产过程和城市管网压力进行监测控制和数据处理,对所控设备进行自动或遥控控制。
在自动控制方式下能对制水厂的相关设备进行联动控制,如开泵过程为先开泵后开阀,停泵过程为先关阀后停泵。
若吸水井水位高于泵轴,直接开泵;若吸水井水位低于泵轴,开泵之前先抽真空,真空形成后,停真空泵,开泵(泵阀联动);通过闭环反馈PID对进行自动投加处理;以及滤池的PID恒水位自动过滤,自动进行反冲洗等,在遥控方式下能对各控制设备进行独立控制。
2通讯能力强
制水厂
工艺流程监视图水处理的整个PLC组成一个ControlNet网络。
无线电通讯速率可达960Obps。
DF1轮询时间可以根据实际需要在监控画面上设定,以达到数据的实时有效。
公司采用10OM以太网,保证了整个系统可以快速稳定和可*地运行。
3系统可扩展性和开放性强该系统采用的硬件和软件都是符合国际标准、世界范围内应用广泛的产品,例如:
监控系统是基于微软公司的WindowsNT、2000或9X平台,支持各种规范的协议如OPC、ODBC、ActiveX、DDE等。
为过程控制系统与管理信息系统交互信息实现管理控制一体化提供了接口基础。
4丰富的画面显示功能计算机操作站显示的画面有管网监控图、制水厂各个分站的动态模拟图、高压配电图、设备操作画面、趋势图、报警画面等。
操作人员通过调用这些画面可以全面的掌握整个系统的运行情况,并且很方便地对设备进行操作。
5报警和保护处理功能系统记录设备和软件报警发生时的有关信息,如故障标签名称、报警信息、故障报警时间等,并可以对报警信息进行管理。
系统还提供了对重要设备的保护功能,如过载、超温及三相电流不平衡等保护。
6报表功能本系统输出报表
有生产日志、生产日报表、月报表、季度报表、年报表与管网压力报表等。
7远程监视功能基于客户/服务器HMI组态软件
RSView32ADS,可实现对整个系统的远程监视。
操作人员可在中心控制室对生产过程进行监控,公司领导甚至出差在外也可以监视和查询制水厂及城市管网压力的运行情况,及时掌握生产情况,以便更快作出决策和调度,提高生产效率。
使用效果与实际存在问题
恩平水处理厂自2001年11月调试完毕,正式投入使用以来,系统运行比较稳定,自动化控制效果良好。
但是由于特定的原因我们采用的是SLC5/03PLC,而没有选用A-B的ControlLogix5000系列PLC,虽然每个机架上增加了1747-SCNR通信模块组成了一个ControlNet网,但是电脑上的1784KTCX15和1784PCIC卡是没有办法直接和SLC5/03PLCCPU通信的。
为了解决这个问题我们在送水泵站PLC4上另外还加了增块1747-KFC15通信模块,这样送水泵站SLC5/03PLCCPU通过RS232串口可以先和1747-KFC15通信,电脑上的1784KTCX15和1784PCIC卡通过ControlNet网和1747-KFC15进行通信,从而解决了1784KTCX15和1784PCIC卡与SLC5/03PLCCPU的通信的问题,由于只有一块1747-KFC15通信模块,对于其他的取水、加药和滤池站的SLC5/03PLC,我们通过ControlNet网,先把要处理的PLC地址传送到各自的1747-SCNR通信模块M地址中,然后把取水、加药和滤池站1747-SCNR的M数据传到送水泵站1747-SCNR上,这样再把所有的送水泵站1747-SCNR上的传送来的M地址送到送水泵站SLC5/03PLCCPU上,从而实现了对整个水处理厂的各个分站的监控。
虽然问题是解决了,也存在不足之处,SLC5/03PLCCPU通过RS232串口和1747-KFC15通信的速率最大只能设到19200bps,这样电脑上的1784KTCX15和1784PCIC卡与SLC5/03PLCCPU最多也只能是19200bps,而ControlNet网是一个开放的高速确定性网络,通信速率可达到5Mbps。
这样,ControlNet网的高速、实时和有效性难以体现出来。
HOLLiASPLC系统在水厂中的应用
2007-12-2816:
15:
00 网络转载 供稿
1水厂简介
山东省引黄济青工程棘洪滩水库配套水厂是山东省引黄济青工程管理局青岛分局2004年度“211”重点工程之一,是为进一步促进棘洪滩水库周边城镇经济发展而建设的重点项目。
该水厂设计规模为日供水量4万立方,其主要建筑物有:
一级泵房、斜管沉淀池(缓建)、V型滤池、清水池、二级泵房及加药加氯间等,水处理工艺较先进。
2水厂自动化控制系统组成
该水厂自动化监控系统为监控中心与HOLLiAS-PLC构成的集散型工业以太网实时网络控制系统,其中监控中心由一个工程师站、两个操作员站组成,两个操作员站同时又作为一主一从服务器用来存储实时运行数据;PLC系统由三个PLC主控制站、八个子PLC控制站及一个远程I/O站等单元组成,其中,三个PLC主控制站与监控中心之间由光纤环网交换机组成环网,以提高网络可靠性,各控制站与其子站间由PROFIBUSDP现场总线组成现场总线控制系统。
水厂自控系统网络图如图1所示。
3水厂自动化控制系统实现的功能
该水厂设计采用三种控制方式,即监控中心远程控制、现场PLC控制、设备现场手动控制等,其优先级别分别为:
现场手动控制最高,其次为现场PLC控制,最低为监控中心远程控制。
各自动控制单元实现的功能分别是:
图1水厂自控系统网络图
3.1一级泵房控制站(2#RI/O)
采用HOLLiAS-PLCFM214-2BP02CPU模块,是加氯加药控制站的DP从站,主要实现的功能有:
采集取水电动机、电动蝶阀及现场仪表的状态信号及数据信号并对以上设备发送控制信号,通过预装PID调节程序自动调节电动机运行频率和电动调节蝶阀的开度。
3.2加药加氯间PLC(1#PLC)站
采用HOLLiAS-PLCFM214-2BT02CPU模块,是一级泵房控制站的DP主站,主要实现的功能有:
采集现场设备和仪表的状态信号和数据信号,并对其发送控制信号,通过自动控制程序实现加氯和加药设备的自动运行控制:
根据原水流量自动控制加矾量和前加氯量;根据滤后水余氯反馈信号控制后加氯投加量。
3.3滤池主站(3#PLC0)
采用HOLLiAS-PLCFM214-2BT02CPU模块,是V型滤池的控制主站,主要实现的功能有:
作为主控制器与三个子控制站联系,监控6个滤池及反冲洗系统设备的运行状态,控制根据该水厂实际供水情况,自动实现滤池的恒水位过滤(正常工作状态),并实现对滤池的自动、定时或强制反冲洗三种控制方式。
3.41#~6#滤格(3#PLC1~3#PLC3)从站
采用HOLLiAS-PLCFM115-6BL21CPU模块,是V型滤池的控制从站,主要实现的功能有:
根据该水厂生产的实际情况,进行滤池的恒水位过滤(正常工作状态),并可实现滤池的自动、定时或强制反冲洗控制;根据滤池水位,通过预装PID调节程序调节清水阀的开启度,实现滤池恒水位过滤;根据滤池水头损失和过滤周期,与设定值相比较,达到冲洗条件时向3#PLC0发出“请求冲洗”信号,得到允许后,自动完成本格滤池的反冲洗。
3.5二级泵房(4#PLC)站
采用HOLLiAS-PLCFM214-2BT02CPU模块,是二级泵房控制主站,与五个子控制站组成现场控制系统,主要实现的功能有:
采集现场设备和仪表的运行状态和数据信号,并根据用户实际的用水情况,通过预装PID调节程序自动调节电动机运行频率,达到恒压供水的目的;根据出水总管实际压力自动开启或关闭水泵运行台数,并通过预装PID调节程序调节2#或3#电机变频器的运行频率,达到恒压供水的目的。
3.6监控中心
该水厂计算机监控系统采用SmartPro3.1.2系统,该系统提供了友好的人机界面,具备如下功能:
(1)实现了工艺流程监控
该系统实现了水厂整体工艺流程、各主要工艺设备运行状态、过程控制及各生产环节生产数据的实时采集与显示,主要画面有:
全厂工艺流程图、一级泵房工艺流程图、滤池工艺流程图、二级泵房工艺流程图、加药加氯间工艺流程图及在线仪表实时参数显示表、生产数据历史趋势图等。
实现的工艺生产设备监控功能有:
所有被监控制设备的运行状态、启停控制、设备与设备之间的连锁控制、工艺参数的PID设定以控制设备开启度,以及设备温度、电流、压力、液位、流量等参数的显示、报警、记录、趋势以及累积量计算等。
报表打印所有受控设备的工作情况、工作状态,仪表测点设备的温度、流量、压力、液位等参数的定时记录打印,以及各种管理报表、班报表、日报表。
(2)系统的安全管理
对重要设备的操作、重要参数的修改均会自动记录,包括登录的操作员、对设备进行的操作、时间以及修改前的参数值、修改后的参数等,以利于进行管理及事故分析。
另外,系统设置为多用户、多区域方式,各类用户均有自己的用户名和密码,对应着不同的安全级别,决定了操作员可观察的范围、可使用的功能、可修改的参数等。
最多可以设置为8级用户、8级区域。
4该套水厂自动控制系统的主要特点
(1)实现全过程自动调节
该水厂自动调节由预设PID程序控制,主要调节点是:
利用折板反应池预设水位自动调节进水管道电动调节碟阀开启度,以保证按需取水;
利用预设清水池安全运行水位自动调节滤池投入运行个数,当清水池水位较低时逐个增加滤池投入个数,当清水池水位较高时,逐个减少滤池投入个数;
利用进水量大小并结合滤池水位设定值自动调节清水阀门开启度,实现按需制水;
利用预设供水压力自动调节水泵电机运行频率,达到按需供水;
根据进水流量自动调节加PAC计量泵运行频率、一次加氯投加量,利用SCD仪所测量加PAC后水中游动离子含量自动调节计量泵冲程,达到自动投加PAC;利用滤后水余氯含量自动调节二次加氯投加量,以保证出厂水含有一定的余氯,杀除出厂水管道中的细菌防止二次污染等。
(2)系统网络冗余性强
该水厂自控系统主网络采用了光纤环网。
中央控制室、加氯加药控制站(1#PLC)、滤池控制站(3#PLC)、出水泵房控制站(4#PLC)组成了环形的光纤网络,这样保证了一旦在环形网络的任意点意外断开的情况下,不会影响系统通讯功能,同时又实现了对电气信号的隔离,避免了雷电信号、浪涌信号在网络间的传输。
(3)系统性价比高
该系统所采用的HOLLiAS-PLC系统设备性能稳定可靠、扩展性强、通讯协议开放、具有较高的性能价格比;所采用软件人机界面友好、实时性强、监控性能优越、执行时间快捷。
5运行效果
该系统自2005年8月下旬投入试运行以来,设备运行稳定可靠,其投用率一直保持在98%以上,实现了水厂的全自动化运行,达到了设计要
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