污水處理廠自控系統(tǒng)改造工程實(shí)踐與探索

韓詠梅 楊 超

(1、昆明維恒升自控技術(shù)有限公司,云南 昆明650051 2、昆明科瑞琦科技有限公司,云南 昆明650105)

1 概述

云南瑞麗市污水處理廠，位于瑞麗市團(tuán)結(jié)路北側(cè)。污水處理廠于2010年9月年投產(chǎn)，日處理量1.5 萬噸，污水處理采用氧化溝工藝。

自控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：

自控系統(tǒng)PLC控制層采用西門子S7-300系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置了一個(gè)控制PLC主站，二個(gè)遠(yuǎn)程I/O站；二套水質(zhì)參數(shù)數(shù)采儀。

圖1 自控系統(tǒng)圖

PLC主站、進(jìn)廠水水質(zhì)參數(shù)數(shù)采儀和出廠水水質(zhì)參數(shù)數(shù)采儀，通過工業(yè)以太網(wǎng)，經(jīng)交換機(jī)與二臺(tái)中控室計(jì)算機(jī)通訊。

PLC主站以DP通訊方式，連接四臺(tái)轉(zhuǎn)蝶曝氣機(jī)變頻器、污泥脫水機(jī)房遠(yuǎn)程I/O站、提升泵房遠(yuǎn)程I/O站和四臺(tái)提升泵變頻器。中控室計(jì)算機(jī)，設(shè)置為冗余，互為備用。

2 瑞麗污水處理廠存在的問題及解決方案

經(jīng)過多年的運(yùn)行，設(shè)備和自控系統(tǒng)出現(xiàn)許多問題，需要提升改造。由于改造不能停產(chǎn)，我們決定不改變?cè)瓉淼木W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，著重從以下幾個(gè)方面來解決問題：

2.1 設(shè)備不能遠(yuǎn)程操作問題及解決

在提升泵遠(yuǎn)程I/O站，現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，提升泵、粗細(xì)格柵、旋流除砂器和攪拌，只能現(xiàn)場(chǎng)就地控制，計(jì)算機(jī)不能遠(yuǎn)程控制，中控發(fā)出的操控指令，可以達(dá)到PLC模塊，但指令不能傳輸?shù)皆O(shè)備端。該廠處于亞熱帶地區(qū)、氣候潮濕、溫度高、鼠患嚴(yán)重。拆開PLC模塊，發(fā)現(xiàn)模塊中有許多老鼠屎尿，模塊已經(jīng)損壞；揭開電纜橋架，看到電纜被老鼠咬壞，導(dǎo)致電纜短路。

圖2 鼠患致PLC模塊損壞

更換新的PLC模塊，更換破損電纜；在PLC控制柜進(jìn)線口、電纜橋架下端口，用防火泥封堵；室內(nèi)部分橋架蓋板取消不蓋，讓老鼠不宜躲藏，安排人員定期巡檢橋架和控制柜。在本控制柜內(nèi)，儀表與PLC使用共同的24VDC供電電源，為了使風(fēng)險(xiǎn)分散，我們安裝了二個(gè)24VDC開關(guān)電源，PLC系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)儀表，分別使用隔離開的二組電源，防止外部高電壓大電流串入PLC供電回路，消除對(duì)PLC造成的影響。我們又檢查了這些設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)操作箱，更換損壞的元件，重新箱內(nèi)接線，實(shí)現(xiàn)了提升泵、粗細(xì)格柵、旋流除砂器和攪拌器的計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程操作。基于安全方面考慮，我們保留了現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作功能。

2.2 PLC程序密碼問題及解決

PLC程序塊被設(shè)置了密碼，無法修改程序。經(jīng)多方嘗試，找到了破解PLC密碼的方法。

使用解鎖工具軟件S7+blocks+unlock，取消對(duì)程序塊的加密保護(hù)。

2.2.1 打開程序塊的Source源文件；2.2.2 刪 除 文 件 中 的KNOW_HOW_PROTECT；2.2.3 存盤并編譯該Source文件；2.2.4 程序塊的加密保護(hù)取消。PLC程序塊密碼解除后，可以方便的修改程序，不必全部重寫程序，減少了編程、調(diào)試的工作量，避免大面積停產(chǎn)重新調(diào)試。

2.3 PLC系統(tǒng)通訊中斷問題及解決

現(xiàn)場(chǎng)PLC系統(tǒng)，偶爾會(huì)出現(xiàn)與上位計(jì)算機(jī)的通訊中斷。從中控室計(jì)算機(jī)開始，沿著通訊回路逐一檢查排除故障。主要包含以下部分：2.3.1 主站PLC柜通電情況；2.3.2 中控室計(jì)算機(jī)與交換機(jī)的工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)線是否松開；2.3.3 交換機(jī)與PLC主站CPU工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)線是否松開；2.3.4 組態(tài)軟件與主站PLC的CPU連接地址是否為192.16 8.1.50 ；2.3.5 主站PLC柜內(nèi)CPU模塊的轉(zhuǎn)換開關(guān)是否撥至RUN位置；2.3.6 提升泵房遠(yuǎn)程I/O站、污泥脫水機(jī)房遠(yuǎn)程I/O站，PLC柜通電情況；2.3.7 遠(yuǎn)程I/O站PLC模塊的上游DP接頭撥動(dòng)開關(guān)是否撥至正確位置；2.3.8 DP連接線是否斷開；2.3.9 DP接頭是否松脫。更換交換機(jī)與中控計(jì)算機(jī)的工業(yè)以太網(wǎng)線，重做接頭；更換部分DP接頭、緊固連接部分、更換損壞的DP電纜；修改程序中的通訊設(shè)置。最終實(shí)現(xiàn)了通訊正常。

2.4 廠區(qū)停電恢復(fù)供電后設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行問題及解決

污水處理廠有時(shí)供電中斷，恢復(fù)供電后，部分設(shè)備立即自動(dòng)運(yùn)行，這是非常不安全的狀況。在程序中查找原因，在原來的中控室計(jì)算機(jī)上位程序中，設(shè)備的軟啟動(dòng)按鈕，點(diǎn)擊后就一直置1，計(jì)算機(jī)一直給PLC發(fā)送啟動(dòng)的指令，除非點(diǎn)擊停止按鈕，設(shè)備才會(huì)停止運(yùn)行。廠區(qū)停電時(shí)，在中控室自控系統(tǒng)的UPS短時(shí)供電狀態(tài)下，操作人員沒有點(diǎn)擊中控室計(jì)算機(jī)上設(shè)備停止軟按鈕，由于設(shè)備終止供電，設(shè)備停止運(yùn)行。廠區(qū)恢復(fù)供電后，中控計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令是1，設(shè)備得到的運(yùn)行指令一直是1，所以設(shè)備立即自動(dòng)運(yùn)行。找到故障原因，修改上位計(jì)算機(jī)程序，將設(shè)備的軟啟動(dòng)按鈕設(shè)置成點(diǎn)擊按鈕置1，彈起按鈕置0；同時(shí)修改PLC程序，設(shè)置設(shè)備運(yùn)行自保回路，按鈕彈起后設(shè)備保持運(yùn)行。廠區(qū)停電后，PLC程序中設(shè)備運(yùn)行回路自動(dòng)斷開，不需要操作人員再去點(diǎn)擊停止按鈕。廠區(qū)恢復(fù)供電后，按工藝要求，操作人員逐步啟動(dòng)設(shè)備，這樣就解決了復(fù)電后設(shè)備立即自動(dòng)運(yùn)行問題。

2.5 檢測(cè)儀表正確安裝

回用水池的超聲波液位計(jì)，探頭直接安裝在鐵柵欄上，超聲信號(hào)不能正確傳導(dǎo)、反射；我們按照儀表說明書的要求，把鐵柵欄開了合適尺寸的孔，重新安裝超聲波液位計(jì)，調(diào)試正常，PLC讀到正確數(shù)據(jù)。

2.6 污水提升泵、A2O池轉(zhuǎn)碟機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)的安全連鎖

3#，6#污水提升泵，5#，6#轉(zhuǎn)碟機(jī)，采用的是降壓?jiǎn)?dòng)方式，該啟動(dòng)方式存在一個(gè)隱患，降壓?jiǎn)?dòng)間隔是靠時(shí)間繼電器控制，如果時(shí)間繼電器故障，沒有正常切換，沒有報(bào)警提示，沒有故障連鎖，操作人員又沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，則變壓器將會(huì)被燒毀。我們?cè)黾永^電器切換監(jiān)測(cè)報(bào)警和故障連鎖，保證了變壓器的安全。

2.7 工藝參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)全面讀取

全面校對(duì)、讀取工藝過程參數(shù)，在中控室計(jì)算機(jī)上顯示，例如DO、MLSS、進(jìn)出廠水質(zhì)參數(shù)、進(jìn)出廠水瞬時(shí)流量、進(jìn)出廠水累計(jì)流量、水池液位。加裝互感器和電流變送器，讀取關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行電流值。加裝接觸器輔助觸點(diǎn)，中控室計(jì)算機(jī)完全顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。在中控室計(jì)算機(jī)上，設(shè)置操作界面，設(shè)置主要工藝參數(shù)和設(shè)備的運(yùn)行歷史趨勢(shì)圖、報(bào)警界面、運(yùn)行報(bào)表。

2.8 變頻器的改造和調(diào)試

瑞麗污水處理廠的變頻器西門子M340，一直不能正常使用。變頻器完全受自控系統(tǒng)控制，如果自控系統(tǒng)出現(xiàn)問題，操控人員不能在現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作變頻器，這是非常不安全的狀況。通過與業(yè)主交流，我們?cè)O(shè)置變頻器有二種運(yùn)行模式，變頻器可以在中控室計(jì)算機(jī)上操控運(yùn)行，也可在現(xiàn)場(chǎng)電控箱人工手動(dòng)啟、?！，F(xiàn)場(chǎng)有八臺(tái)重要設(shè)備帶有變頻器，1#-4#轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)，1#-4#提升泵。八臺(tái)變頻器操控運(yùn)行狀態(tài)各不相同，有的可以在中控室計(jì)算機(jī)上位機(jī)上調(diào)速，有的只可以用電位器旋鈕調(diào)速；速度調(diào)節(jié)有快、有慢；有的變頻器手操器顯示不對(duì)；還有變頻器無法與上位機(jī)通訊。另外，變頻器被設(shè)置了密碼，無法查看內(nèi)部參數(shù)設(shè)置情況，不能修改參數(shù)，如表1-2。

表1 轉(zhuǎn)蝶曝氣機(jī)變頻器原狀態(tài)

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)變頻器復(fù)雜的故障情況，我們制定了解決方案。選取1#轉(zhuǎn)蝶曝氣機(jī)變頻器、1#提升泵變頻器，分別作為樣板，逐一調(diào)試。主要包含下步驟：

（1）了解轉(zhuǎn)蝶曝氣機(jī)和提升水泵的工作運(yùn)行特性；DP接頭撥動(dòng)開關(guān)撥到正確位置。

（2）檢查現(xiàn)場(chǎng)控制箱元件和線路，更換故障元件，重新布線接線。

（3）了解轉(zhuǎn)蝶曝氣機(jī)和提升水泵的電機(jī)參數(shù)，恢復(fù)變頻器為出廠設(shè)置，解除密碼，設(shè)置電機(jī)參數(shù)。

（4）現(xiàn)場(chǎng)控制柜上，增加變頻器故障復(fù)位按鈕，當(dāng)單臺(tái)變頻器故障時(shí)，及時(shí)復(fù)位故障信號(hào)，以免影響整個(gè)系統(tǒng)不能運(yùn)行。

（5）仔細(xì)研讀西門子變頻器使用手冊(cè)，核對(duì)手冊(cè)上圖紙與現(xiàn)場(chǎng)接線是否一致，修改錯(cuò)誤接線。

（4）仔細(xì)研讀西門子變頻器使用手冊(cè)，了解每個(gè)參數(shù)的性質(zhì)，逐一嘗試，設(shè)置參數(shù)。

（5）檢查對(duì)應(yīng)的PLC和中控室計(jì)算機(jī)的程序設(shè)置。

（6）在現(xiàn)場(chǎng)電控箱、中控室計(jì)算機(jī)上，按順序逐一聯(lián)機(jī)調(diào)試。

（7）1#轉(zhuǎn)蝶曝氣機(jī)變頻器、1#提升泵變頻器，調(diào)試成功后，分別以它們?yōu)闃影?，?duì)照查找其它變頻器的故障。根據(jù)各臺(tái)變頻器不同的故障特點(diǎn)，修改故障復(fù)位接線、外部給定接線；更換損壞的調(diào)頻電位器和其它損壞元件；重新安裝緊固變頻器BOP手操面板；重新設(shè)置參數(shù)。

表2 提升泵變頻器原狀態(tài)

經(jīng)過反復(fù)調(diào)整測(cè)試，八臺(tái)重要設(shè)備實(shí)現(xiàn)了二種的控制運(yùn)行狀態(tài)。操作人員可以在現(xiàn)場(chǎng)電控箱上手動(dòng)啟、停變頻器、可用電位器調(diào)節(jié)頻率；也可在中控室計(jì)算機(jī)上操作啟、停變頻器，同時(shí)調(diào)節(jié)頻率。

表3 變頻器關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置

結(jié)束語

老舊污水處理廠的自動(dòng)化系統(tǒng)改造，繁瑣而復(fù)雜。各種故障狀態(tài)，原因各不相同，需要耐心細(xì)致的查找。參與改造的技術(shù)人員，需要對(duì)污水處理工藝有深入了解；在電氣系統(tǒng)、儀表檢測(cè)系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、中控室計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等方面有深厚的技術(shù)功底；需善于溝通，了解現(xiàn)場(chǎng)操作人員的操作需求；需善于分析問題，不懈探索，找到合適的解決問題的方法，最終才能完成改造。

自控系統(tǒng)改造完成后，本污水處理廠運(yùn)行良好，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。