The Besign of Oxidation Ditch Control System Based on PLC and Kingview
Jie SU
College of Mechanical Engineering, Ningxia University
Yinchuan, China
Xuejun Zhu
College of Mechanical Engineering, Ningxia University
Yinchuan, China
Abstract— With the exhaustion of water resources, the urban sewage circulation processing has become an indispensable way for the construction of an environmental-friendly, energy-saving and sustainable society. The key is directly determined by the superiority of treatment process and automatic level of control system. For instance, there is a sewage treatment plant in Yinchuan city, which has the sewage treatment capacity of 50,000 t/d and uses the oxidation ditch process. In this paper, we design an automatic control and monitoring system for the sewage treatment plant. In the system, Siemens S7-300 PLC is a slave station. It can be used to control field devices and collect variable data from sensors, including DO, PH, liquid level, flow, and MLSS, etc. The upper computer uses KingVIEW software to exchange data with slave station, thereby realizing the centralized management.
Keywords: Sewage treatment; oxidation ditch process; PLC; DCS; KingVIEW
INTRODUCTION
Water is a basis for the survival of human being, and is the foundation of all creatures. It plays an important role in regulating global climate. But with the rapid economic and social development and the further promotion of industrialization and urbanization, water resources have become an important factor of restricting economic development [1]. By the end of 2010, Chinese urban waste water quantity is 133.45 million m3 per day but urban sewage disposal capacity is only 102.62 million m3/d. The rate of urban sewage treatment is only 76.9%. The general situation of water resources is worsening, and improving the capacity of sewage treatment is extremely urgent.
In the sewage treatment process, oxidation ditch is the core of biological chemical method and influences the quality of effluent water directly. Using the PLC controller with a superior performance, a stable and reliable integrated automation system for sewage treatment can be designed and has great significance. The configuration monitoring system can help the sewage treatment process to realize fully automatic control. KingVIEW with industry is leading HMI and object oriented environment with strong graphic network function, can exchange data realtime with the machine and other computer application [2]. Through the communication protocol conversion interface I/O Server, it is convenient to connect other industrial control equipment. Due to KingVIEW, we can create the oxidation ditch process section efficiently by using computer interface.
INTRODUCTION TO THE OXIDATION DITCH PROCESS
At present, biological chemical method is a way most frequently used in urban sewage treatment. Compared with chemical treatment, biological treatment method for the sewage processing is more economical, efficient and mature. It is to absorb and transform the harmful substances in sewage water by the metabolism of microorganism. The oxidation ditch process is typical in biological treatment method. It is a kind of connections between the front and the cycle flow aeration ditch. It can also be called continuous circulating aeration which is a kind of activated sludge variant [3]. Considering the stability of sewage water and its treatment capacity between 30000 to 100000 m3 per day, we choose the Carrousel-3000 oxidation ditch. It can fully embody the good treatment effect and its energy-saving characteristic of oxidation ditch process [4], [5]. It has a thick grid, sewage pump room, ascension grid, aeration heavy fine sand pool, choose pool, anaerobic pool, oxidation ditch, eventually pond, contact disinfection pool, backflow sludge pump room, the sludge regulation ponds and sludge dewatering, etc. The Carrousel--3000 oxidation ditch process section is shown in figure 1 and its flow diagram type in figure 2. After primary treatment, urban sewage water flows into oxidation ditch with decomposition purification and finally gets to the stage of mud water processing. The oxidation ditch process section is the place for biological treatment, where waste water and the biological sludge are mixed; table aeration machine provides suitable dissolved oxygen levels for bacteria metabolism, help form alternately good oxygen, lack of oxygen and anaerobic conditions in the trench and undertakes the main task of biochemical treatment.
Figure 1 Carrouse-3000l oxidation ditch process section
Figure 2 Carrousel-3000 oxidation ditch process flow
Figure 3 DCS control system structure based on PLC and the KingVIEW
THE OVERALL DESIGN OF CONTROL SYSTEM
As an object for control, the demand for oxidation ditch process section mainly centers on data collection and its order and logic control. Thus, PLC is chosen as the slave station in automatic control system [6]. The system needs to realize monitoring and automatic control of the biochemical treatment process, which mainly includes the control of table aeration machine, propeller and water electric weir. The DO value is monitored and by the use of soft measurement technology, BOD is estimated and the flow of water is monitored based on the value of DO, PH, ORP. Table aeration machine realizes its control by taking dissolved oxygen aeration as a control variable; propeller adopts switch control; water electric weir takes BOD as a variable to realize its control. According to the characteristics of the Carrousel--3000 oxidation ditch process and its controlling requirements, we can design a DCS c
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
基于PLC的氧化沟污水处理控制系统设计
窗体顶端
谢苏
宁夏大学机械工程学院
银川，中国
Su5989703jie@163.com
朱学军
宁夏大学机械工程学院
银川，中国
zhuxuejunnxu@sina.com
窗体底端
摘要
伴随着水资源日渐枯竭，为了建设环保、节能和可持续发展的社会，城市污水循环处理已经成为一种不可缺少的方式。污水处理的关键是直接由过程的优势和控制系统的自动化程度决定的。例如,有一个在银川城市的污水处理厂,采用工业污水处理系统，污水处理的能力是50000 t / d。针对污水处理厂的自动化控制和监控系统，设计了一种自动控制和监控系统。在系统中,西门子s7 - 300 PLC是一个从站。它可以用来控制现场设备和从传感器收集变量数据，包括PH值,液位、流量、和mls,等等。上层计算机使用监控软件与从站交换数据,从而实现集中管理。
关键字：污水处理,氧化沟工艺;PLC;DCS;组态王
一 背景介绍
水是人类生存的基础，是所有生物的基础。它在调节全球气候方面发挥着重要作用。但随着经济和社会的快速发展,工业化和城市化的进一步推广,水资源已成为制约经济发展的一个重要因素[1]。到2010年底,每天中国城市废水量1.3345亿立方米，但是城市污水处理能力只有1.0262亿m3 / d。城市污水处理率仅为76.9%。总之，水资源的总体状况日益恶化，提高污水处理能力是当务之急。
在污水处理过程中，氧化沟工艺是生物化学方法的核心，直接影响污水的水质。采用PLC控制器优越的性能，设计一套稳定可靠的污水处理综合自动化系统，具有重要的意义。配置监控系统可帮助污水处理过程中实现全自动控制。组件与行业领先的人机界面和强大的图形网络和面向对象的环境功能,可以实时交换数据机和其他计算机应用[2]。通过通信协议转换接口输入/输出接口，连接其他工业控制设备是很方便的。根据全视图，我们可以通过使用计算机接口来有效地创建氧化沟过程。
二 氧化沟工艺简介
目前，生物化学法是城市污水处理中最常用的一种方法。与化学处理相比，污水处理的生物处理方法更加经济、高效、成熟。它是通过微生物的新陈代谢来吸收和改造污水中的有害物质。氧化沟工艺在生物处理方法中是典型的。它是前端和循环流气沟之间的一种连接。它也可以被称为连续循环曝气，是一种活性污泥变体[3]。考虑稳定的污水及其每天30000至100000立方米的处理能力,我们选择旋转木马- 3000氧化沟。它可以充分体现良好的治疗效果及其氧化沟工艺的节能特征[4],[5]。它有一个粗网格、污水泵房、提升电网,曝气沉重的细沙池,选择池、缺氧池、氧化沟、最终池塘,接触消毒池,回流污泥泵房、污泥调节池、污泥脱水等。旋转木马- 3000氧化沟工艺部分如图1所示,其流程图类型如图2所示。在初步处理后，城市污水经过分解净化，进入氧化沟，最终进入泥水处理阶段。氧化沟工艺部分是生物处理,废水和生物污泥混合;表曝气机提供了合适的溶氧水平细菌的新陈代谢,帮助形成交替好氧、缺氧和厌氧条件下沟,进行生化处理的主要任务。
图1 旋转木马- 3000 l氧化沟处理部分
氯室
流入 粗格栅 污水泵房 升水网格 细沙曝气池 厌氧池 氧化沟 末池 接触 流出
氯气 消毒池
回流污
选择池 泥泵室 污泥调节池 污泥脱水
博行泵室 泥饼外运
图二 旋转木马-3000氧化沟工艺流程
IPC
工程师站 操作员站
工业以太网
预处理 生物处理 污泥处理 供给
PLC1 PLC2 PLC3 PLC4
现场总线
粗 污 升 细沙 厌氧 氧化 末池 污水 污泥
格 水 天 曝气 池 沟 处理 处理
栅 泵 网 池
房 格
图三 基于PLC和KingVIEW的DCS控制系统结构
三 控制系统的总体设计
作为一种控制对象，对氧化沟工艺部分的要求主要集中在数据采集及其顺序和逻辑控制上。因此,选择PLC作为从站自动控制系统[6]。该系统需要实现对生化处理过程的监控和自动控制，主要包括表曝气机、螺旋桨和水电堰的控制。对DO值进行了监测，并利用软测量技术，对BOD进行了估计，并根据DO、PH、公司的价值对水的流动进行了监测。表曝气机器实现其控制通过溶氧曝气作为控制变量;螺旋桨采用开关控制;水电动堰以BOD作为一个变量来实现其控制。根据旋转木马- 3000氧化沟工艺的特点及其控制要求,我们可以设计一个DCS控制系统，,基于PLC和组态，符合“单独的控制和综合管理”的理念[7]。如图3所示,第一级是站点层,主要包括检验仪器、I / O接口设备,和本地控制柜;第二层是PLC可编程控制器,可实现逻辑控制基于网站收集的数据和设备运行的逻辑关系;第三层是远程监控中心(调度),主要使用工业控制计算机(IPC)监控过程的实时参数部分和设备的工作状态,自动调节设备运行,实现报警和联锁功能。它还可以直接显示动态实时图,趋势分析,显示和打印历史监控数据[8]。在监控系统中，我们使用燕华工业计算机IPC作为主站。在安装了KingVIEW配置软件之后，我们就可以建立一个数据库了。在氧化沟工艺过程中，根据现场采集的数据和设备运行的逻辑关系，实现了表曝气机、螺旋桨和水电堰的逻辑控制。如果需要的话，触摸屏将会被固定，主要用于显示工艺参数和配置控制参数，从而实现手动操作。中央处理单元选择CPU315-2 DP。具有较强的加工能力，采用模块化设计结构，结构简单，便于未来的扩展。配备CPU315-2 DP CPU模块,我们需要PS307电源模块1块,CP343-1沟通模块1件,2件32分SM321 DI模块,2块32分做模块,1块SM322 8路SM331 AI模块[9],SIMATICTP270-10触摸屏。数据传输主要是通过采用一个通用的、开放的、高速、可靠的工业以太网之间的主从站[10]。通过安装分布式I / O ET200,可能使字段下的机器之间的通信设备和智能仪器,构成profibus - dp底部。图4、图5和图6是PLC和设备之间的布线图,仪表,DI模块,模块和AI模块分别的接线图。
图四 氧化沟工艺剖面数字输入模块接线图
图五 氧化沟工艺剖面数字输出模块接线图
图六 氧化沟工艺段模拟输入模块接线图
注意:
IFTAAMC:工业频率表曝气自动机器转换;IFTAMMC:工业频率表曝气机器手动转换;
IFTAMSR:工业频率表曝气机软运行;
IFTAMMO:工业频率表曝气机器电机过载;
FCTAMAC:变频表曝气机器自动转换;FCTAMSR:变频表曝气机软运行;
FCTAMMC:变频表曝气机器手动转换;FCTAMMO:表曝气机变频电动机过载;
1 #PO：1 #螺旋桨操作；1 # PMO：1 #螺旋桨电机过载；
1 # PCC：1 #螺旋桨控制转换；2 #PO：2 #螺旋桨运行；
2 # PMO：2 #螺旋桨电机过载；2 # PCC：2 #螺旋桨CON 控制转换；
3 #PO：3 #螺旋桨操作；3 # PMO：3 #螺旋桨电机过载；
3 # PCC：3 #螺旋桨控制转换；4 #PO：4 #螺旋桨运行；
4 # PMO：4 #螺旋桨电机过载；4 # PCC：4 # P ropeller控制转换；
wewl：水电堰下降；wewc：水电堰上升；
EWCC：电堰控制转换；ewmo：电堰电机过载；
1 # PAC：1 #自动螺旋桨 控制；2 # PAC：2 #螺旋桨的自动控制；
3 # PAC：3 #螺旋桨的自动控制；4 # PAC：4 #螺旋桨的自动控制；
WEWR：水电堰上升；wewd：水电堰下降；
iftamsac：工业频率表曝气机软自动控制;
30hzfctamsac：30Hz的频率转换表曝气机软、自动控制；ORP米：ORP测量仪；
40hzfcta MSAC?40Hz频率转换表曝气机软、自动控制；做MI：做测量仪；
30hzfctamsac：30Hz的频率转换表曝气机和自动控制软 pH值控制；MI：pH测量仪表；
FMI：流量测量仪表；LMI：水平测量仪；
MLSS MI：污泥浓度测量仪器；
四 氧化沟工艺段PLC控制站软件设计
在氧化沟过程中，控制站主要负责表曝气机、螺旋桨、水电堰和设备的数据采集和监控。
在氧化沟过程中，我们安装了两台台式曝气机，其中一台采用变频控制，四个螺旋桨和一个水电堰。所有设备都能实现局部控制、远程控制和自动控制。我们安装了仪表、酸碱计和仪表，其数据以4-20标准信号的形式发送给PLC。氧化沟过程是通过微生物的新陈代谢来吸收和分解污水中的物质。由于溶解氧的浓度对生物活性有直接的影响，因此在过滤沟中保持适当的溶解氧水平是非常重要的。根据以往的经验,当溶解氧水平维持在1.0 - -2.0 mg / L,生物活性是最大的,治疗效果是最好的[11]。DO仪表以标准电信号的形式将溶解的氧传递给PLC。基于价值,股价调整的速度表增氧机机通过调节逆变器的频率,从而控制溶解氧的浓度在氧化沟[12]。图7显示了频率转换表曝气机的控制流程图。
开始
DO＜lmg/L？
是 否
Hz=50 DO＞lmg/L？
是 否
Hz=30 Hz=40
结束
图七 变频表曝气机有价值控制流程图的方法
流量计传输流的水以PLC的形式用标准电信号和基于流量数据,PLC控制的启动/停止螺旋桨以保持速度高于0.3米/秒。
五 视图监控系统的设计和实现
采用软测量技术,测量的数据酸度计,ORP计等以标准的电信号被发送到PLC的形式,然后PLC基于BOD5的估计控制电动水堰的兴衰。确认框架后,控制系统的硬件配置方案阶段的工艺,用于实时监控的人机界面设备状态和参数的氧化沟工艺部分设计使用KingVIEW6.53开发环境,结合数据库技术,命令语言,设备和系统配置。其具体功能包括:氧化沟处理界面,操作参数和设置,实时和历史数据查询、报警、操作权限等。运营商不仅可以学习设备操作参数、状态、警报,实时数据显示直接通过接口,还可以设置语言环境设备和操作参数。
六 结论
通过该控制系统的设计，可使水质指标稳定满足我国污水排放标准第二等级的要求，保证设备的运行稳定可靠。同时，该系统可以方便、方便地使用。它大大减少操作人员的工
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[138207]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
课题毕业论文、开题报告、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
