微型计算机控制系统课程论文-参观工业博览的会收获与讨论--ABB公司污水处理解决方案.doc

参观工业博览的会收获与讨论参观工业博览的会收获与讨论 abb 公司污水处理解决方案 摘要：水处理行业的自动化技术和解决方案是一个重要的课题。系统不断地优化， 升级改造是处理行业发展的主要特点，大量新建项目和旧系统的改造对自动化系 统的可扩展和兼容性提出了非常高的要求。在水处理行业，过程优化是系统有效 运转的前提；而过程优化的基础是自动化系统各信息进行有效地结合，因此，自 动化系统的通信能力尤为重要。 针对以上一些列的挑战，abb 公司在工业博览会推出了基于 ac-500 的水行 业理想 plc 解决方案，并在 2010 年 11 月 9 日中国国际工业博览会上推出。在此， 根据自己的参观了解和查阅的资料进行讨论。 关键词：水处理，解决方案，plc，ac-500 abstract: automation technology and solutions of water treatment industry is an important issue. continuously optimize the system, upgrading to deal with the main features of development of the industry, large number of new projects and the transformation of the old system can be extended to the automation system and compatibility made very high demands. in the water treatment industry, process optimization is the prerequisite for the effective functioning of the system; and process optimization is based on the automated system for effective integration of information, therefore, the automation system communications capability is particularly important. challenges for some of these columns, abb industrial exhibition launched in ac- 500 based on the water industry is the ideal solution for plc, and november 9, 2010 launch the china international industry fair. here, according to my own understanding and accessible information visit the discussion. keyword: water treatment，solutions，plc，ac-500 , 目录目录 1 前言前言3 2 水处理行业面临挑战水处理行业面临挑战5 2.1 共同面对水资源共同面对水资源5 2.1 自动化系统面临的挑战自动化系统面临的挑战5 2.3 关于关于 abb5 3.1 灵活灵活 可靠可靠 高效的高效的 ac5007 3.2 软件编程软件编程 ps5018 4 ac500 净水处理行业解决方案净水处理行业解决方案11 4.1 泵站典型工艺流程泵站典型工艺流程11 4.2 净水厂典型工艺流程净水厂典型工艺流程11 4.3 净水行业典型配置净水行业典型配置12 5 ac500 污水处理行业解决方案污水处理行业解决方案15 5.1 污水处理厂的典型工艺流程污水处理厂的典型工艺流程15 5.2 污水处理行业的典型配置污水处理行业的典型配置15 6 总结优点总结优点19 7 结语结语19 2 3 1 前言前言 2010 年 11 月 9 日中国国际工业博览会在上海国际博览中心举行，我有幸参 观了这次工业博览会。进入工业博览会现场，我才发现，我们的专业与现实是多 么的接近，各种书本上的知识真实的呈现在了我的面前，让我目不暇接。其中， abb、西门子、浙大中控等单位巨大的展台所展示的各种计算机控制系统各解决 方案让我产生了极大的兴趣。 因为本学期我选修了“微机控制系统与接口技术”和“现场总线”这两门课 程，abb、西门子、浙大中控等公司均是这一领域的知名公司，他们的展示台简 直是给我们上了一堂生动的实践课程。 因此，我将结合在“微机控制系统与几口技术”课程中学到的知识讨论一下 我在工业博览会上的收获。 在 abb 公司的展台上我看到了一个关于水处理的解决方案，经过向工作人 员的请教我了解了它的结构与运行机制，回到学校后我又查阅了一些关于污水处 理方面的资料，更加具体的了解了污水处理自动化工业。本文将略作讨论。 4 5 2 水处理行业面临挑战水处理行业面临挑战 2.1 共同面对水资源共同面对水资源 随着人口的不断增长，全球大多数地区正面临着对水资源的危机。一方面， 饮用的水必须满足人口增长的需求，而另一方面，为了防止对生态环境造成的污 染，必须提高污水处理的能力。 然而，如何在水资源匮乏的前提下位用户提供高质量的饮用水并有效的处理 污水排放，是个大水厂面临的一大难题；与此同时，他们还必须面临许多挑战， 入高能耗、变化的气候条件、各种法律法规的限制。此外，陈旧的供水设施个各 样的系统亦无法满足日益增长的客户要求。 abb 充分了解了客户的需求。以其在全球范围内成功实施的污水处理项目经 验，帮助水厂改善并提升水处理效率，节省项目的投资，克服水资源危机。 2.1 自动化系统面临的挑战自动化系统面临的挑战 挑战一 系统不断地优化，升级改造是处理行业发展的主要特点，大量新建项目和旧 系统的改造对自动化系统的可扩展和兼容性提出了非常高的要求 挑战二 水是人类赖以生存的生存资源，自动化系统运行的稳定性在很大的程度上影 响着水质的安全；即使在发生故障的时候，系统也应该具备就地迅速诊断并解决 问题的能力。 挑战三 在水处理行业，过程优化是系统有效运转的前提；而过程优化的基础是自动化系统各信 息进行有效地结合，因此，自动化系统的通信能力尤为重要。 2.3 关于关于 abb abb 公司在收购了贝利（bailey）公司后，将它旗下的多款控制系统整合到了以工业 it 为基础，针对目标技术的 800xa 系列控制系统中。在继续为国内的电力，冶金，石化，造纸 等行业提供整体的解决方案以外，已将它旗下的一款已有十几年发展历史的中小型控制系统 ac31 作为产品引入中国。目前在此基础上推出更为现进的 ac500 系列，可为国内的系统集 成和 oem 等应用提供更多的选择。 6 ac500plc 系统除了有外形美观，性能可靠，价格适中等特点，在项目具体 实施中还具有如下优点：可设置输入/输出的开关量模块，为备用点数的设置提供 了方便并能进一步降低成本；模拟量的每个输入通道都可以设定电流，电压或者 热电阻等输入信号，使用方便；编程软件中集成的 modbus 功能块，非常实用， 易于操作，大大节省了编程时间；此外，cs31 总线的连接只需要普通的屏蔽双 绞线就可以完成，成本低廉，操作灵活简单。 7 3 可编程控制器可编程控制器 ac500 简介简介 3.1 灵活灵活 可靠可靠 高效的高效的 ac500 1 灵活性：每一个模块都可以单独配置，灵活组合，为用户提供及其方便的系统 配置。例如：cpu(pm57x/58x/59x)与底板、i/o 模块分离设计，打破 出题 plc 设计的概念，系统升级、维护个更加方便；同时，ac500 系 列 plc 均采用统一的编程软件，系统设计和编程更加简单、灵活。 2 可靠性：秉承 abb 自动化得理念，ac500 通过各种认证，具备稳定，可靠且 易于诊断的的特性。cpu 面板上的 lcd 显示屏能够显示系统故障代 码，方便用户查找故障。 3 高效性：通过选择不同的通信模块，ac500 支持多种通信协议，如 profibus dp，devicenet，profinet，canbus,cs31，ethernet 等。 图图 3-1ac-500 实物图实物图 8 3.2 软件编程软件编程 ps501 control builder ps501 是 基于 codesys 平台 图图 3-1 平台平台 编辑器 符合国际电工委员会标准 iec61131-3 定义: 程序的结构 数据的声明 5 种不同逻辑编程语言的语法结构 编程语言: 指令表语言 (il) 结构化文本语言 (st) 功能图语言 (fbd) 梯形图语言 (ld) 顺序功能图语言 (sfc) 连续功能图语言 (cfc) codesys 新增编辑语言 离线仿真： 9 iec61131-1 指令可以在不连接 plc 硬件的情况下仿真运行，包括相应的错误 条件。plc 程序验证无误后再下载到 ac500 运行，可以节省大量时间。 采样追踪： 过程变量和环形缓冲区数据的可触发时间曲线图 配方管理和监视列表： 可以显示所选变量的值，分配给变量的预值之后可以被同时送入控制系统 （写配方） 。系统中的运行值也能被预先被分配和读取到监视和配方管理器， 保存在存储器中（读配方） 。 可视化功能： 包括颜色变化，元件移动，位图，字符显示，目标值输入，plc 中的过程值 读取显示，动态棒图，报警和时间管理、功能键和 activex 插件 通讯接口配置器： 用于 profibus dp，profinet，canopen，devicenet，ethernet，ethernet，modbus 和 cs31 总线配置 开放的接口： dde 和 opc 报警及事件 编程： 可通过串口、以太网或 arcnet 网网编程 web 服务器： ps542-0web-pc-web 服务器软件允许通过互联网访问 ac500plc。 10 11 4 ac500 净水处理行业解决方案净水处理行业解决方案 从取水，水处理到配送个管理及水污染，均可以采用 ac500 为整个生产工艺 流程塔建立灵活而又丰富的 plc 解决方案。 通过选用不同的模块，我们可以搭建各种自动化系统： 低端/中端/高端/冗余控制系统 支持各种通信协议 可自定义 i/o 通道，如：数字量模块 dc523 的 24 个通道可以根据分别单独配 置为 di 何 do。 4.1 泵站典型工艺流程泵站典型工艺流程 根据对净水处理方面资料查阅，下面对水处理工艺流程做一个简单介绍 1 格栅机 格栅机的作用是过滤水中较大的固体垃圾，并经皮带出送机传送到垃圾箱 2 桥式刮砂机 定时将沉淀池中的细小固体颗粒刮倒排砂泵处。 3 排砂泵 将砂水混合物送至砂水分离器 4 砂水分离器 将细小的固体颗粒与水分离，水进入蓄水池、固体颗粒进入垃圾箱 5 集水池 蓄集水，并通过潜水泵将水送至水处理厂 4.2 净水厂典型工艺流程净水厂典型工艺流程 1 原水输送 一般为表水或地下水或者海水淡化工厂，通常由四个取水泵将原水送至污水 处理厂 2 加氯加药 为絮凝工艺提供药剂和消毒用的氯。加药间和加氯间可以分开建设，也可以 12 建在一起。通常 plc 控制站设在加药间内 3 絮凝搅拌 但原水流入絮凝池后，池中会加入药剂（如混凝剂，助凝剂） ，使水中的胶 体颗粒脱稳，和其他颗粒结成絮体，视结合物种类不同而漂浮在睡眠或者沉淀到 池底，以便下一步处理。 4 沉淀 在沉淀池中沉淀并处理的大部分悬浮颗粒和絮体。分为平流式，辐流式和协 办斜管式三类。 5 过滤： 过滤经沉淀处理的水，进一步除去悬浮物和絮体。通过反冲洗回复过滤功能。 滤池分为普通滤池，双阀滤池，气水反冲滤池等多种形式，根据过滤介质不同分 为砂滤、炭滤等 6 消毒 在进水处加氯，根据需要在出水处补氯，并混合、接触、杀死残留在水中的 病原微生物。消毒方式还有紫外线、二氧化碳和臭氧。 7 存储 存储纯净水，通过调节阀调节水量大小。送水：一般通过大功率送水增压泵 站将水加压后送入管网。 4.3 净水行业典型配置净水行业典型配置 在了解 ac-500 和水行业流程后，我们可以参看以下净水行业典型配置（根 据自己了解所画出的简易示意图）： 13 冗余服 务器 冗余 服务 器 操作 员站 工程 师站 冗余环网 ac500 大屏幕 无线通 讯 ac-500ac-500 界面界面界面 ac-500 界面 ac-500ac-500 界面 s500 s500 s500 s500 ac- 50000 ac-500 s-500 s-500 s-500 s-500 滤池 滤池 滤池ac-500 流量计，液位 计等 modbus 或 profibus 智能阀 岛，余 氯计 modbus 或 profibus 变频器，差压 变送器 modbus 或 profibus modbus 或 profibus modbus 工业以太网 modbus 总线 profibus 总线 图图 4-1 净水行业典型配置净水行业典型配置 方案说明： 14 1 整个系统由一个中央控制室，6 个现场控制站组成 2 现场控制站由 plc 控制系统，变频器及检测仪表组成，对净水处理流程，如： 远程取水泵站、加氯加药、絮凝沉淀、过滤、送水以及配电各工艺过程进行分 散控制，plc 采用 abb 公司的 ac500 系列，再由中央控制室对全厂实行集中 管理。上位机采用 digi-vis500 对整个流程进行监控，完成画面监控，报警，报 表和权限控制等功能，同时还可以与公司其他数据共享。 3 远程取水泵站由 plc 进行控制并通过 gprs 将产生数据发送至中控室，实现对 泵站的远程监控和管理。 方案实现的功能 1 与自来水公司的有线或无线通讯 2 提升泵站远程控制 3 加氯加药分布式控制 4 过滤、反冲洗分布式控制 5 温度、压力、水质仪表的实时检测，动态显示 6 历史数据采集、事故记录和趋势图显示 7 运行报表自动生成，实时、定时打印 15 5 ac500 污水处理行业解决方案污水处理行业解决方案 5.15.1 污水处理厂的典型工艺流程污水处理厂的典型工艺流程 根据对污水处理方面资料查阅，下面对水处理工艺流程做一个简单介绍 一级处理 通过继续处理，如栅格、沉淀或气浮，去除污水中所含的石块、沙石和脂肪、 铁离子、油脂等。主要设备如下： 1 栅格;拦截较大杂物 2 进水泵房;将污水提升至较高的水位，以便污水凭借中立通过其他工艺流程 沉砂池 从污水中分离比较重的无极颗粒，分为平流式，竖流式，和旋流式（曝 气式） 3 初次沉淀池：主要是对污水中的悬浮物进行沉淀，分为平流式，竖流式，辐流 式。每个沉淀池包含五个区：进水区，沉淀区，缓冲区，污泥区，出水区。 二级处理 是指生物处理，污水中的污染物在微生物的作用下被降解和转化为污泥。主 要设备如下： 1 生物池：使用生物处理法去除水中可以生物降解的有机物。主要方法有活性污 泥法和生物膜法。 2 鼓风机房：使用活性污泥时，向曝气池提供生物化学反应所需的氧气 3 二次沉淀池：同初次沉淀池 4 排水泵房：通过动力排放污水 5 污泥回流泵房：将二次排放的部分污泥送回生物池，提高生物利用率。 6 污泥泵房，污泥浓缩池，污泥脱水间：污泥在最终处置之前必须进行处理，降 低有机物含量并减少水分，减小危害程度，便于运输处置。 三级处理 是指污水深度处理，它将包括营养物质的去除和通过加氯、紫外线辐射和臭 氧技术对污水进行消毒。 5.2 污水处理行业的典型配置污水处理行业的典型配置 污水处理行业的典型配置如下图（根据自己了解所画出的简易示意图） ，它与净水处理配置 有一定的区别。 16 冗余服 务器 冗余 服务 器 操作 员站 工程 师站 冗余环网 ac500 大屏幕 ac-500ac-500 界面界面界面 ac-500 界面 ac-500ac-500 界面 s500 s500 s500 s500 ac- 50000 ac-500 s-500 a/d s-500 s-500 s-500 滤池 滤池 滤池ac-500 提升泵变频器 进水水质采样器 modbus 或 profibus 鼓风机 软起， 回泥污 流变频 器 modbus 或 profibus 污泥脱泥系统 控制变频器 modbus 或 profibus modbus 或 profibus modbus 工业以太网 modbus 总线 profibus 总线 ro 反渗透 控制系统， 微滤系统 cs31 总线 初级处理生化处理 中水回用 污泥处理 图图 5-1 污水处理典型配置污水处理典型配置 17 方案说明： 1 整个系统由一个中央控制室，5 个现场控制站组成 2 现场控制站由 plc 控制系统，变频器及检测仪表组成，对污水处理流程，如： 初级处理二级处理，中水回用，污泥处理及配电各工艺过程进行分散控制， plc 采用 abb 公司的 ac500 系列，再由中央控制室对全厂实行集中管理。上 位机采用 digi-vis500 对整个流程进行监控，完成画面监控，报警，报表和权限 控制等功能，同时还可以与公司其他数据共享。 方案实现的功能：