PLC軟冗余系統(tǒng)在城市污水處理工程中的應用
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隨著我國經濟發(fā)展和城鎮(zhèn)化進程的加快，中小城市污水量呈現(xiàn)逐年增加趨勢，為減少污水收集管網的工程建設投資，中小城市污水處理設施呈現(xiàn)分散、規(guī)模小等特點。受經濟發(fā)展水平、處理要求、運營管理經驗和水平等影響，大型污水處理控制系統(tǒng)難以適應這些中小污水處理工程的建設要求，尋找適合城市中、小污水廠的污水處理控制系統(tǒng)顯得十分重要。本文介紹西門子S7-300 PLC軟冗余系統(tǒng)在安徽無為縣城污水處理廠的成功應用，該系統(tǒng)既保證了系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和實時性，又降低了工程建設成本。
1 系統(tǒng)介紹
安徽無為縣城污水處理廠是一座由安徽現(xiàn)代污水處理有限公司按BOT方式(建設-運行-移交)籌資建設的的城市污水處理廠，處理規(guī)模一期40000m3／d，廠址位于無為縣城東北部陳家村西側，占地面積約3．34公頃。無為污水處理廠主要處理來自縣城東北區(qū)約13萬人的生活污水及工業(yè)廢水，采用A／A／O工藝，主要構筑物包括粗格柵及進水泵房、細格柵及旋流沉沙池、生物反應池、二沉池配水井及污泥泵房、二沉池、紫外線消毒渠和儲泥池等，其流程圖如圖1所示。設計要求出水水質達到GBl8918-2002國家一級B排放標準，污水處理過程中產生的污泥采用濃縮脫水處理后外運至垃圾填埋場填埋。
無為污水處理廠控制系統(tǒng)設1個監(jiān)控中心(中控室)、3個現(xiàn)場PLC站(模擬屏站PLC01、變配電間站PLC02、污泥脫水間PLC03站)。其中變配電間站最為重要，主要控制提升泵站、格柵井、沉沙池、氧化溝、二沉池、回流泵站、剩余污泥泵站、貯泥池的自動運行。關鍵控制對象是氧化溝中的含氧量和回流污泥量，以保證維持微生物的生存環(huán)境，達到去除原污水中污染物的目的。
2 選型比較
對于變配電間站控制系統(tǒng)的選型，以前類似工程大多采用A-B公司的ControlLogix系列或是西門子S7-400系列的硬件冗余系統(tǒng)，具有穩(wěn)定性好、切換速度快等優(yōu)點，但造價相對昂貴，是國內大型污水處理控制系統(tǒng)的優(yōu)先選擇。目前中小城市的污水項目很多為BOT項目且對控制系統(tǒng)切換時間要求條件不是太高，所以要求控制系統(tǒng)選型時既要保證性能，又要降低成本。據德國西門子公司提供的資料，硬件雙機冗余系統(tǒng)的價格比軟冗余系統(tǒng)高40％左右，但可用率只提高O．08％。在國外大部分同等規(guī)模的污水處理廠中也未采用雙機硬件冗余系統(tǒng)，所以需要對控制系統(tǒng)的技術有更深入的了解，避免在設計選型上照抄、照搬。通過對西門子硬件冗余和軟件冗余系統(tǒng)的深入分析和性能比較，最后決定選用價格相對便宜而性能又比較穩(wěn)定的軟冗余系統(tǒng)。
3 軟冗余系統(tǒng)結構和原理
控制系統(tǒng)冗余常見方式是中央處理器冗余、I／O冗余和通訊冗余。中央處理器冗余是在主處理器失效時，備用處理器自動投入運行從而接管控制。在控制權的交互方式上又分為硬件冗余和軟件冗余兩種。硬件冗余是采用硬件方式進行切換，除成對的使用中央處理器外，還需專用的熱備模塊負責檢測處理器，一旦發(fā)現(xiàn)主處理器失效，馬上將系統(tǒng)控制權交給備用處理器。硬件冗余采用光纖通訊，通訊速度快，系統(tǒng)穩(wěn)定，切換時間更短，但是成本也高。軟件冗余方式只需要成對的處理器，用軟件編程的方式進行處理器的切換，組成比較經濟，構成十分靈活，但程序處理需要一定的時間，對于時鐘同步及切換時間要求不是十分嚴格的場合，選用軟件冗余方式是非常經濟有效的。
3．1 系統(tǒng)結構
軟冗余系統(tǒng)的基本結構如圖2所示。
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