El estado actual del sistema de control automático de las plantas depuradoras de aguas residuales
Y tendencias de desarrollo
1 Descripción general del estado actual del sistema de control automático de una determinada planta de tratamiento de aguas residuales
Ciertas aguas residuales en una determinada ciudad El sistema de control automático de la planta de tratamiento es un sistema de automatización integral compuesto por tecnología de automatización, tecnología informática, tecnología de redes, tecnología de gráficos, etc. que convierte las aguas residuales en aguas residuales con la premisa de garantizar que se cumplan los requisitos técnicos especificados, que el proceso de tratamiento de aguas residuales funcione con alta calidad y confiabilidad, y que la descarga cumpla con los estándares de gestión, despacho, control in situ de la planta de tratamiento y otras funciones. integrado en un entorno de red A través de PLC y tecnología de red, se construye una plataforma de información para realizar la gestión y el control integrados del proceso de tratamiento de aguas residuales y el procesamiento integral de la información. De acuerdo con la situación real y los requisitos del proceso de la planta de tratamiento de aguas residuales, el sistema de control automático de la planta de aguas residuales adopta un modelo de sistema que combina control distribuido y bus de campo. Consta de un nivel de gestión y un sistema de control secundario de control de campo. El nivel de control está conectado a través de comunicación Ethernet 10/100M, es decir, el sistema de control automático, es un sistema de control distribuido (DCS) de dos niveles compuesto por una computadora de sala de control central y unidades de control PLC a nivel de campo. El sistema de control distribuido es un dispositivo de control de alta tecnología que integra tecnología de control automático, tecnología informática, tecnología de comunicación y tecnología de visualización CRT. Es un nuevo tipo de control a la vanguardia de las nuevas tecnologías para la gestión de producción, recopilación de datos y varios. sistema de controles de proceso. La estación central de monitoreo y varias estaciones de control en el sitio están conectadas a través de la red de comunicación para formar un sistema de gestión de control y medición por computadora con gestión centralizada y control descentralizado, denominado sistema de control distribuido. El sistema DCS supera las deficiencias de los sistemas de control centralizados, como riesgos concentrados, poca confiabilidad, dificultad en la expansión del sistema y gran consumo de cables de control, y logra una verdadera centralización de la información, la gestión y el despacho, al tiempo que descentraliza funciones y riesgos, como Fallo informático en la sala de control central en varios sitios. La subestación aún puede funcionar de forma independiente y estable, lo que mejora fundamentalmente la confiabilidad del sistema. La estructura jerárquica del sistema de control automático de una planta de tratamiento de aguas residuales se muestra en la Figura 1, y la composición del sistema de control automático se muestra en la Figura 2.
1.1 Capa de control in situ
La capa de control in situ consta de unidades de control PLC a nivel de campo e instrumentos y equipos de control de medición y control in situ. El nivel de control consta de cuatro estaciones maestras en el sitio: estación PLC n.° 1 en el sitio, estación PLC n.° 2 en el sitio, estación PLC n.° 3 en el sitio y estación PLC n.° 4 en el sitio. El nivel de gestión utiliza una computadora industrial. Esta capa funcional utiliza PIC para realizar la configuración preestablecida de todos los parámetros del proceso, la recopilación de datos del estado operativo del equipo y los parámetros eléctricos, y el control del equipo en cada sección del proceso de la planta de tratamiento de aguas residuales. Y transmitir datos a la capa de control central y recibir sus instrucciones de control a través de Ethernet industrial. En esta capa, el sistema realiza el control y la protección de los parámetros del proceso y los equipos eléctricos en los principales eslabones de producción, como rejillas gruesas/finas, estaciones de bombeo elevadoras, tanques de arena, tanques anaeróbicos, zanjas de oxidación y salas de máquinas de deshidratación, garantizando la seguridad y Seguridad del proceso de producción. Operación estable, razonable y eficiente. De acuerdo con los requisitos de control de proceso, parámetros como diferencia de presión antes y después de la rejilla, nivel de líquido en la piscina de bombeo, concentración de oxígeno disuelto en la piscina anaeróbica y zanja de oxidación, valor de pH, flujo de agua de entrada y salida y nivel de líquido en El tanque de almacenamiento de lodo fue monitoreado y controlado simultáneamente. Las funciones de cada estación PLC son las siguientes:
1) Estación de control de la sección de preprocesamiento PLC1. Esta estación de trabajo PLC está ubicada en la sala de control de la sala de bombas elevadoras de entrada de agua en el área de la fábrica y es responsable de monitorear la sección de pretratamiento de la planta de tratamiento de aguas residuales. Sus principales objetos de control son las rejillas gruesas entre las rejillas gruesas y la puerta eléctrica de entrada de agua, la bomba elevadora de aguas residuales en la sala de bombas de entrada de agua, el dispositivo de descarga de arena de la cámara de arena y el equipo de separación de arena y agua. También es responsable del volumen de agua entrante y la calidad del agua, como la detección en línea de parámetros como DQO, pH, SS (medición de turbidez).
Los principales métodos de control del equipo son los siguientes:
Rejilla gruesa y rejilla fina: el PLC controla automáticamente el rastrillo para eliminar los residuos de la pantalla según el intervalo de tiempo al mismo tiempo. el nivel de agua delante y detrás de la rejilla excede el valor dado. El PLC también puede controlar automáticamente el rastrillo de la pantalla para eliminar los residuos de la pantalla. Además, la máquina ralladora y el transportador de tornillo deben funcionar en conjunto. La secuencia de inicio de cada equipo es iniciar primero el transportador de tornillo y luego la máquina ralladora. También se requiere vinculación durante el apagado, y la secuencia es inversa a la del inicio. Cuando falla el transportador, la rejilla fina deja de funcionar.
Sala de bombas de entrada de agua: La sala de bombas de entrada de agua está equipada con tres bombas sumergibles, dos de uso y una de respaldo, dos medidores de nivel de líquido y un interruptor de nivel de líquido.
El PLC controla automáticamente la cantidad de bombas en funcionamiento según el nivel de agua en la piscina de bombas y automáticamente gira las bombas según el tiempo de funcionamiento de cada bomba para igualar el tiempo de funcionamiento de las bombas de agua. Está equipado con alarmas de límite superior e inferior para evitar que la bomba de agua se seque. El programa de funcionamiento de la bomba de agua en la programación sigue los siguientes principios: garantizar que el volumen de agua entrante sea consistente con el volumen de bombeo, es decir, bombear tanta agua como entre y mantener la piscina de la bomba funcionando a un nivel de agua alto; lo que puede reducir la altura de trabajo de la bomba. Bajo la premisa de garantizar el volumen de bombeo, reducir el consumo de energía no debe ser demasiado frecuente para garantizar la cantidad de veces y el tiempo de funcionamiento de cada uno; La bomba de agua es básicamente igual.
Tanque de arena ciclónico: Incluye dos sistemas de arena ciclónica. El soplador, el separador de arena y agua y el equipo de soporte funcionan de manera intermitente según el período establecido por el operador. Cuando alguno de los equipos falla, debe dar la alarma. y apagar su equipo vinculado. En el modo de funcionamiento automático, cada dispositivo controla el arranque y parada de cada motor y el interruptor de cada electroválvula según el programa PLC preprogramado.
2) Sistema de tratamiento biológico/estación central de distribución de energía PLC2. Esta estación de trabajo generalmente está ubicada en la sala de control del centro de distribución de energía de toda la planta y es responsable de monitorear la sección de tratamiento biológico de aguas residuales. Sus principales objetos de control son el mezclador submarino, la hélice submarina y el equipo de aireación de la piscina biológica, la bomba de retorno de lodos y la bomba de lodos residuales de la sala de bombas de retorno de lodos, y la máquina raspadora y aspiradora del tanque de sedimentación secundaria. Además, también es responsable de la piscina biológica DO, ORP, MLSS; el pH de la sala de bombas de lodos, MLSS y los parámetros eléctricos en línea del centro de distribución de energía, como corriente, voltaje, potencia activa, potencia reactiva, energía activa, y detección de energía reactiva.
Los principales métodos de control del equipo son los siguientes:
Control de la bomba de lodos de retorno y de la bomba de lodos restantes: La tarea de ajustar el volumen de lodos de retorno es asegurar que la concentración de el líquido mezclado en el sistema de tratamiento bioquímico se mantiene dentro de un cierto rango. La cantidad ajustada es la cantidad de lodo activado que se devuelve al tanque anaeróbico. El caudalímetro electromagnético está instalado en el canal oficial de retorno de lodos. La cantidad de lodo de retorno se ajusta según el número de bombas de lodo de retorno en funcionamiento. La relación de flujo de retorno se puede preestablecer en el PLC o configurar en la computadora en la sala de control central. ;El funcionamiento de la bomba de lodos restantes sigue los siguientes principios: A. Funcionamiento automático según intervalos de tiempo. B La bomba de lodo restante funciona cuando el nivel de líquido en el tanque intermedio de lodo es bajo. C La bomba se detiene cuando el nivel de líquido en el tanque intermedio de lodos es alto. La válvula de bomba D realiza control intermodal.
Fosa de oxidación: Dos tanques anaeróbicos están equipados con 6 mezcladores, y los mezcladores funcionan de forma continua. Las dos zanjas de oxidación están equipadas con 8 aireadores en la zanja exterior y 4 aireadores en la zanja central y la zanja interior. Al mismo tiempo, hay 1 medidor de oxígeno disuelto y 1 medidor de ORP en las zanjas exterior, media e interior, y 1 medidor de turbidez en la zanja media. De acuerdo con el contenido de oxígeno en las aguas residuales monitoreado por el medidor de oxígeno disuelto en la zanja de oxidación, se controla la cantidad de aireadores en funcionamiento para cambiar la cantidad de oxigenación, lo que puede ahorrar energía.
3) Sistema de desinfección de aguas residuales/estación de bombeo de salida PLC3. La estación de trabajo del PLC está ubicada en la sala de control de la sala de bombas de salida. Sus principales objetos de control son la bomba elevadora de efluentes, la válvula eléctrica de conmutación del pozo, los equipos de cloración y desinfección. Además, también es responsable de la detección en línea de la calidad del agua efluente, como cloro residual, DQO, caudal y otros parámetros.
4) Sistema de tratamiento de lodos/taller de deshidratación PLC4. Esta estación de trabajo PLC generalmente está ubicada en la sala de control de la sala de distribución de energía del taller de deshidratación y es responsable de monitorear la sección de tratamiento de lodos. Sus principales objetos de control son el mezclador y la válvula eléctrica del tanque de almacenamiento de lodo, y la bomba de lodo, el deshidratador, el espesador, el sistema de dosificación y otros equipos del taller de deshidratación.
Los principales métodos de control del equipo son los siguientes:
Tanque de almacenamiento de lodo: El mezclador del tanque de almacenamiento de lodo funciona de forma continua y puede operarse de forma remota. Está equipado con alarmas de nivel de líquido alto y bajo. (Se pueden configurar (fijos) 0,5 metros, el límite de alarma de nivel de líquido se puede configurar en la computadora host (se pueden configurar 4,5 metros).
Sala de máquinas de deshidratación de lodos: El sistema de dosificación se basa principalmente en el frenado manual. Cuando no hay alarma por bajo nivel de líquido de la piscina dosificadora, se puede encender la bomba dosificadora en cualquier momento. La señal de funcionamiento del sistema de dosificación se envía al PLC. La corrección interna y el lavado del sistema del deshidratador se completan mediante la caja de control en el sitio. El PLC solo da los comandos de inicio y parada del deshidratador y completa la conexión con otros equipos relacionados.
La secuencia de arranque del sistema deshidratador es la siguiente: arranca primero la cinta transportadora, luego el sistema deshidratador, luego el sistema de dosificación y finalmente la bomba de tornillo de alimentación de lodo. La secuencia de apagado se invierte cuando falla un equipo o el nivel del tanque de inercia. falla durante la operación. Cuando se alcanza el nivel de líquido bajo establecido, el equipo se apagará de acuerdo con la secuencia de apagado y la computadora de monitoreo y administración puede controlar de forma remota el equipo anterior.
Además, esta capa también cuenta con un módulo de comunicación, también llamado unidad de gestión de comunicaciones. La unidad de gestión de comunicaciones es la capa intermedia del sistema de control automático, responsable de la recopilación y envío de información de todo el sistema de control, la máquina de gestión de comunicaciones recopila y organiza datos del PLC, instrumentos y otros sistemas de control automático, y luego los transmite; Al mismo tiempo, el sistema backend puede enviar varios comandos de control emitidos a las unidades correspondientes.
En la actualidad, la mayoría de los sistemas de red de unidades de gestión de comunicaciones del sistema DCS de la planta de aguas residuales utilizan fibra óptica como medio de transmisión, es decir, se utiliza una fibra óptica redundante de 100 Mbps entre la sala de control central y varias en -Estaciones de control del sitio en el área de la fábrica. Industrial Ethernet forma una red de comunicación de datos por cable.
1.2 Capa de control central
1) Esta capa también se denomina capa del sistema de monitoreo en segundo plano. Es el centro de control y visualización de información del sistema. como estación operativa consta de dos computadoras de monitoreo y gestión, CRT color, dos impresoras y otros equipos. El sistema informático de monitoreo y gestión recopila la información del estado operativo de varios parámetros del proceso, parámetros eléctricos y equipos principales de la planta de tratamiento de aguas residuales a través de la red 10/100M, analiza diversos datos, los procesa y almacena, elabora curvas de tendencia para varios parámetros del proceso, y completa el análisis de las plantas de tratamiento de aguas residuales. Las funciones centralizadas de control y detección de cada sección de proceso de la planta de tratamiento permiten la configuración de funciones del sistema, monitoreo, alarmas, modificación en línea de los parámetros de control y registro de todos los flujos de proceso de toda la planta a través de operaciones simples. .
Esta capa utiliza herramientas de configuración y software de monitoreo especial para realizar la visualización y gestión centralizada de los datos de medición en todo el proceso de tratamiento de aguas residuales, la configuración de control de cada unidad de control in situ, la configuración gráfica y de texto. De visualización de datos y procesamiento de datos en tiempo real, instrucciones de control en tiempo real y otras funciones.
2) El sistema de monitoreo en segundo plano incluye principalmente equipos como estaciones de trabajo e impresoras. Por ejemplo, la configuración de equipo más básica de una sala de control central incluye: 2 hosts de monitoreo, monitores, proyectores, sistemas UPS, impresoras, dispositivos de alarma, etc. Las funciones de cada equipo son las siguientes:
Host de monitoreo: la computadora de monitoreo recopila la información del estado operativo de varios parámetros del proceso, parámetros eléctricos y equipos principales de la planta de tratamiento de aguas residuales a través de la unidad de gestión de comunicaciones, y luego analiza los datos a través del software del sistema de monitoreo en segundo plano, procesa y almacena, crea curvas de tendencia para varios parámetros del proceso y completa funciones de control y detección centralizadas para cada sección del proceso de la planta de tratamiento de aguas residuales. A través de operaciones simples, configuración de funciones del sistema, monitoreo y alarmas. y se puede realizar la modificación en línea de los parámetros de control.
CRT y proyector: muestra visualmente los flujos de proceso de toda la fábrica.
Sistema UPS: Sistema de suministro de energía ininterrumpida, el sistema de control automático debe funcionar de manera continua durante 24 horas, por lo que el sistema UPS incluye al menos un juego de baterías y un rectificador. Garantiza que el sistema informático continúe funcionando durante un período de tiempo después de un corte de energía para que los usuarios puedan realizar guardados de emergencia o tomar medidas oportunas para evitar que la computadora afecte el trabajo o pierda datos debido a cortes de energía.
Dispositivo de alarma: altavoz de alarma, etc.
2 Ventajas del sistema DCS:
1) Supera las desventajas de los sistemas de control centralizados como riesgos concentrados, poca confiabilidad, dificultad en la expansión del sistema y cables de control grandes
2) Lograr una verdadera centralización de la información, gestión y despacho, y descentralizar funciones y control
3 Problemas
1) El nivel de networking es bajo y su funcionamiento automático El sistema de control es solo uno La red central de control y monitoreo no puede lograr el acceso y control por parte de los usuarios de LAN de la unidad y los usuarios de la red remota.
2) El nivel de autocontrol es bajo. Solo completa operaciones mecánicas simples en el equipo, y todavía existe una gran brecha entre el autocontrol inteligente.
4 Tendencias de desarrollo de sistemas de control automático en plantas de tratamiento de aguas residuales
Con el desarrollo de la tecnología informática, la tecnología de redes y la tecnología de bases de datos y su penetración en el campo de la automatización, la arquitectura de El sistema de automatización está experimentando un cambio profundo que tiene un impacto directo significativo en la automatización de la industria del tratamiento de aguas residuales. El sistema de control automático se puede actualizar desde el monitoreo de proceso único original a una red secundaria: la LAN de operación de tratamiento de aguas residuales y el Ethernet industrial de monitoreo de proceso forman una red secundaria, adoptando el principio de "gestión centralizada y control descentralizado" para formar "capas verticales". y subestaciones horizontales" ”arquitectura de red. Bajo la arquitectura de red de dos niveles, con la base de datos histórica en tiempo real y la base de datos relacional como centro, se implementan las cuatro capas funcionales del sistema de control, a saber, la capa de control en el sitio, la capa de monitoreo de procesos y la capa de gestión de operaciones. y la capa de control de acceso remoto. La estructura jerárquica del sistema de control automático se muestra en la Figura 3 y la composición del sistema de control automático se muestra en la Figura 4.
4.l Capa de control en sitio
Igual que el anterior.
4.2 Capa de Monitoreo de Procesos
Es lo mismo que la capa de monitoreo central mencionada anteriormente. Además, se puede instalar un software de control inteligente profesional en esta capa para permitirle monitorear varios. aspectos que ocurren durante el proceso de producción. Este tipo de datos se calcula y analiza para sacar una conclusión sobre si el estado operativo actual es normal, lo que puede usarse como referencia para la programación de producción de liderazgo, ajuste de procesos, etc.
4.3 Capa de gestión
Esta capa se construye sobre una red de área local compuesta por ordenadores de gestión y servidores de bases de datos. El administrador del sistema puede asignar diferentes permisos a diferentes usuarios de la LAN empresarial a través de la configuración de permisos. El liderazgo puede ver y acceder a varios datos de la planta de aguas residuales a través de la base de datos relacional establecida en esta capa, y puede instalar software de control inteligente profesional, para que así sea. Puede calcular y analizar diversos datos que aparecen durante el proceso de producción y sacar conclusiones sobre si el estado operativo actual es normal, lo que puede servir como base para liderar la programación de producción, ajuste de procesos, etc., y realizar funciones como la gestión integral de plantas de tratamiento de aguas residuales; los usuarios generales de la fábrica solo pueden acceder a algunos datos. En esta capa se deja una interfaz de acceso de usuario remoto a la base de datos con protección de seguridad de red para permitir que los usuarios autorizados accedan a la base de datos de forma remota.
4.4 Capa de control de acceso remoto
Con el desarrollo y la mejora continua de INTERNET, el acceso remoto y el control remoto se han aplicado cada vez más a todos los ámbitos de la vida, incluido el acceso remoto y la gestión en el industria del tratamiento de agua. Entonces nació la capa de control de acceso remoto. Esta capa utiliza servidores de acceso remoto, software de monitoreo remoto y otras herramientas para brindar servicios a usuarios remotos autorizados, lo que permite a los administradores acceder y mantener en ubicaciones remotas y brindar supervisión en tiempo real por parte de autoridades superiores. Según la división de permisos, se pueden proporcionar los siguientes servicios a los usuarios remotos: acceso a la base de datos relacional del servidor remoto, acceso a la base de datos en tiempo real del servidor remoto, parámetros del proceso de tratamiento de aguas residuales, datos en tiempo real, datos históricos, varias pantallas gráficas del cliente y Pantallas de condiciones de funcionamiento en tiempo real. Acceso remoto, registro online de parámetros de calidad del agua, monitorización remota, mantenimiento remoto de bases de datos, etc.
5 Conclusión
El futuro sistema de red de control automático de la planta de tratamiento de aguas residuales es un sistema que integra tecnología informática, tecnología de la información, tecnología de automatización, tecnología de redes y tecnología inteligente. industria de tratamiento Las operaciones en red y las operaciones inteligentes se convertirán en la tendencia dominante en el desarrollo futuro.