Profibus在移动污水处理中试车上的应用

战德志 孙美芹

摘要 主要介绍移动污水处理中试车自控系统中采用的Profibus-DP现场总线技术,并结合西门子S7系列PLC,着重分析其基本特性和相关产品在污水处理中的应用。

关键词Profibus-DP;PLC;人机界面

中图分类号:TP273 文献标识码:B 文章编号: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是德国于20世纪90年代初制订的国家工业现场总线协议标准,代号DIN19245。它是一种国际化的开放式现场总线标准,即EN50170欧洲现场总线标准。该标准为供应商和用户的投资提供了最佳的保护并确保供应商的独立自主性。Profibus具体规定了串行现场总线的技术和功能特性,它可使分散式数字化控制器从现场底层到车间及网络化。Profibus分为主设备(主站)和从设备(从站)。主站决定总线上的数据通信,当主站得到总线控制权时,不用外界请求就可以主动发送信息。从站为外围设备,典型的从站包括输入/输出装置、阀门、驱动器和测量变送器,它们没有总线控制权,仅对接收到的信息给予确认或当主站发出请求时向它发送信息。

1 移动污水处理中试车工艺简介

水处理系统的核心是美国剑桥水处理公司发明的CoMag™工艺。CoMag™是用于去除水中杂质及沉降颗粒的专利工艺,其出水水质与超滤工艺相当,而其投资和运行成本仅是传统过滤工艺的一小部分。CoMag™系统具有可靠、快速、简单但紧凑的工艺,无疑在市政和工业污水及工业用水处理方面是高效能、低投入的方案。

剑桥水技术结合它的CoMag™技术运用到移动污水处理中试车上。按照客户要求所定制加工的处理系统的固体去除和沉淀效果非常好,这些在路上移动行驶的中试系统可以解决工业污水的紧急处理、军事供水和农场供水、临时废水处理应用。

美国剑桥CoMag™工艺采用增强型化学助凝剂和絮凝剂相结合的方式,除具有高速的加载沉降之外,还拥有高梯度磁分离的细微颗粒过滤性能。

CoMag™工艺优化传统加载沉淀方式,使得表面溢流率大大提高,沉降速度很快,优点自然显而易见:快速沉降即意味着水力停留时间缩短,这样就可以在流量一定的情况下使用更小的沉淀池;小沉淀池占地面积小,因此安装费用也低。

当污染物去除率要求较高时,CoMag™工艺的高梯度磁过滤是另外一种杂质去除机理。CoMag™工艺不像传统过滤系统易堵塞和形成污垢,其磁过滤系统是一个“开气孔”,可以捕获直径为26纳米大小的颗粒。

CoMag™工艺的颗粒去除效果及整体价值是显而易见的:以CoMag™工艺为基础的系统成本低廉,但处理的出水水质与超滤工艺相当。处理效果如表1所示。

CoMag™工艺的优点与好处优于其他技术。

1)投资/安装成本低。CoMag™工艺的快速加载沉淀意味着可以使用小型沉淀池,使得建设成本相对较低。由于CoMag™系统中没有需要经常清洗的斜板和斜管,因此其维护费用也很低。

2)运行成本低。CoMag™工艺零部件简单易得,耗电低,药剂量适中,系统操作可靠,不存在堵塞和产生污垢的问题,使得运行成本比其他技术要低得多。

3)加载物无需研磨。CoMag™工艺的加载物比沙砾重(加载物比重 5.2,沙砾比重2.7～3.0),而且也无需研磨,降低搅拌器、泵和其他组件的磨损。

4)可靠性高。CoMag™的设备部件和基础工艺已经在40多年的工业实践中得到验证,自1999年开始不断地发展和试验,CoMag™工艺在水和污水处理方面的确为可靠的技术。

5)操作灵活。CoMag™工艺抗水力负荷冲击能力较强,污染物去除率始终维持在较高水平,而且运行稳定。该优势使得DAF与CoMag™相比逊色很多,这是由于DAF系统的砂滤池对流量和负荷的波动较为敏感。

6)消除冗余。CoMag™系统还有一个高速磁过滤器用于精细处理。该磁过滤器流速高,较紧凑,能耗小,占地面积较砂滤池小,而且在去除杂质方面更为有效,安装费用和运行成本更低。

7)低水压压头要求。虽然系统中含有高效的高速磁分离器,但CoMag™仍无需高液压压头。CoMag™工艺通常在不额外添加价格不菲的高压泵情况下,良好地适应厂区的当前状况。

8)可靠性。在二级处理系统排放多余的固体杂质时,CoMag™工艺的处理效率实际上大大提高。随着内部固体的不断循环,生物性颗粒就有机会变成更多的胶核,提升沉淀的动力因素(提高沉淀几率),同时促进絮体杂质的去除。这样就会得到良好的污染物去除效果。

9)絮凝剂的灵活多样性。CoMag™工艺通过添加明矾、氯化铁、硫酸铁或PAC等絮凝剂最终使得出水清澈透明。系统可以在确保处理效果的同时确定哪种絮凝剂的处理效果最好。

10)节省紫外线消毒费用。由于CoMag™出水透明度好,透射率高,因此可以使用清洁无毒的紫外线技术进行污水的最终净化。

11)快速启动和恢复时间。从冷启动或调整系统后恢复到正常运行,CoMag™工艺达到全面运行大约需要10分钟。

2 控制系统配置及说明

2.1 总体控制要求及功能移动污水处理中试车自控系统的最终要求是对污水处理过程进行自动控制和自动调节,使处理后的水质指标达到客户要求的范围,并使经济最节约化。

1)控制操作。通过中心控制室人机界面能对被控设备进行在线实时控制,如启停某一设备,利用S7-300系列PLC内部的PID自动调节被控设备转速的快慢,并可在线设置某些工艺控制参数,如进水流量、PAM加药浓度、PAC加药浓度、混合池回流流量、磁鼓回流流量、过滤时间、反洗时间、正冲时间等。

2)显示功能。用棒图、饼图、动画、文本实时地显示现场被控设备的运行工况及状态参数。

3)数据管理。在人机界面上安置CF卡,依据不同运行参数的变化快慢和重要程度,建立生产历史数据库,存储生产原始数据,供统计分析使用。利用实时数据库和历史数据库中的数据进行比较和分析,得出一些有用的经验参数,有利于优化参数的闭环控制,并把一些必要的参数和结果显示到实时画面和报表中去。

4)报警功能。当某一模拟量(如流量、液位、浊度、溶解氧等)测量值超过给定范围、某一开关量(如电机启停、液位开关、阀门开关)发生变化时,可根据不同的需要发出不同等级的声光报警,并在报警画面弹出相应的报警文本。维护人员根据信息寻找故障点,较传统方法变得易如反掌。

2.2 控制系统网络结构如图1所示,移动污水处理中试车的空间只有一个标准集装箱大小,预留给中央控制室的空间更是狭小,如果采用常规PLC集中控制方式,将现场信号通过电缆连接到中央控制室内的PLC上,需要敷设大量的电缆及大尺寸的桥架,由于空间有限,其施工难度非常大。采用西门子S7-300系列PLC,主站采用CPU315-2DP,其带有一个DP通讯口和一个MPI口,就能有效地解决这个问题。

3 系统软件

主控单元S7-300PLC的控制程序采用Step7 V5.4软件进行编写,STEP7是西门子开发的应用于S7-300/S7400PLC的编程软件,运行在Windows XP或Windows2000操作系统中,在自动化工程各方面具有友好的用户功能。该程序采用模块化编程结构,便于系统维护和扩展。

4 结束语

此控制系统于2006年7月调试完毕,迄今运行稳定、可靠。不但极大地提高劳动生产率,而且有效地解决生产中的许多问题,如减少生产过程中的突发故障,缩短生产准备时间和抢修时间,减少工人的劳动强度,为污水处理创造可观的经济效益和社会效益,达到节能、降耗的目的,同时在生产管理也上了一个新台阶。

参考文献

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