工厂污水处理系统电气控制自动化【1】
摘 要随着工业的快速发展,城市污水越来越多,严重影响人们的正常生活,所以快速有效的污水处理技术是污水处理的关键之所在。
电气控制自动化技术是一种先进的污水处理手段,将其正确的引用到污水处理中,是每一位污水处理人员研究的方向。
本文通过对污水处理系统和电气控制自动化的表述,从电气控制自动化要求、自动化系统的组成及特点、参数测量与控制三方面对污水处理自动化系统进行阐述,为今后的污水处理提供理论依据。
【关键词】工厂污水处理系统 电气控制 自动化研究
污水处理系统的自动化,是当今社会对污水处理的有效手段,随着我国科技的进步,对污水自动化处理提出了更高要求。
电气控制系统在污水处理中的应用得到了良好的效果,无论是在处理质量还是处理效果中都表现出一定的优越性,所以电气控制自动化系统是污水处理的未来发展方向。
同时,污水处理人员应该积极探索电气自动化污水处理技术,为我国环境保护作出更大贡献。
1 污水处理系统电气控制自动化概述
1.1 污水处理概述
污水处理工作进行前要对污染源进行细致调查,根据调差结果制定污水处理的可行性方案,利用相关设备及时对污水进行相关处理,形成处理体系,并通过自动化电气控制系统提高污水处理效率,污水处理主要包括污水纳入和曝气处理两个方面。
1.2 电气控制自动化概述
运用自动化电气控制系统对污水进行处理时,需要注意以下几个问题:
(1)根据污水处理效果要求,对电气控制系统进行设置,并制定科学有效的处理方案;
(2)根据电气控制系统选择相配套的设备和零件,并从电气控制系统整体上进行选择,保证电气系统的正常运行;
(3)根据相关安装说明和设计图纸,将设备和零件进行安装,如设备和零件出现不匹配时,要及时进行加工,安装完毕后进行试运行,在污水处理系统能够正常运行时,就可以直接用电气自动化控制系统进行污水处理。
2 电气控制系统自动化在污水处理中的实施
2.1 电气控制系统自动化要求
随着社会的快速发展,环境问题日渐突出,特别是水环境的污染。
为此,国家出台相关法律法规,要求引进污水处理系统,并在严格的要求下对污水进行相关处理措施,减少污水对人们生活环境的影响。
在污水处理系统中应用电气自动化技术,是污水处理未来的发展趋势,因此电气自动化技术的应用对人们来说至关重要。
在自动化控制污水处理时对电气控制系统提出以下几点要求:
(1)污水性质较为特殊,酸碱度和离子含量均属于超标状态,因此要求电气控制系统能够在环境较为恶劣的条件下保持正常工作状态;
(2)在污水处理过程中电气控制系统能够对实时情况进行反应,并对污水进行信息化监控,保证污水处理过程的自动化;
(3)电气控制系统能对污水处理中的相关参数进行测定,包括水位、温度、电导率等,实现污水处理的信息化管理。
2.2 电气控制自动化系统的组成及特点
电气控制自动化系统主要通过上、中、下三级来实现污水的处理,同时还配有电机、阀门控制器等相关配套设施。
其中,上机位能够显示净化后污水的水路和气路的动态变化,并借助计算机程序对电机和阀门等进行动态显示。
同时,当电气系统出现故障时,上机位能及时查找故障位置和故障原因,并通过智能的方式去处理发生的故障,并且上机位可以直接打印检测数据。
中机位是整个控制系统的逻辑控制,也是电气控制系统的核心部分。
中机位主要负责上下机位信息的传递、检测数据的记录与处理,保证污水处理的总体执行。
下机位是由智能仪表组成的,也是整个系统中独立性最强的部分,它可以对污水处理过程中液体酸碱度值等检测数据进行信息采集。
同时,电气控制系统对检测数据能够长时间的保存,并采用先进科学技术保证电气控制系统不受外界其他因素干扰,如电压波动。
电气控制系统的三个机位可以对整体的污水处理进行分级控制,各个机位可以独立完成相关工作,在这种前提下,无论是某一个或者两个机位出现故障时,都不会影响其他机位的正常运行。
2.3 参数测量与控制
污水处理系统检测主要包括液位的测量与控制、酸碱度的测量与控制、温度的测量与控制、溶氧量的测量与控制四个方面的内容。
2.3.1 液位的测量与控制
当污水处理池面积较小时,通常采用静压式传感器液位仪进行测量,液位变送器采用扩散硅传感器。
当污水处理池面积较大时,通常采用超声波物位仪。
两者的工作原理略有不同,前者是将液体静压力传递给隔离管,隔离管再把信息传递给传感器,传感器将压力转变为电信号传送到控制器中;而后者是通过发射超声波来完成的,当超声波与液面接触时会反射相应的超声波信号,并将其传送给传感器,传感器再将信号传送到控制器中,利用的是回声原理进行工作的。
2.3.2 酸碱度的测量与控制
对于污水处理过程中的酸碱度测定通常采用电位法进行测量,由于酸碱度传感器输出信号过于小,通常对其进行放大,再传送到控制器中。
2.3.3 温度的测量与控制
在污水处理过程中温度的检测是一个较为重要的环节,通常温度的测量采用铂热电阻作为传感器,该传感器较为敏感,其分辨率可以达到0.1℃。
温度传感器的工作原理是将温度信号转化成电压信号,再经过放大传递给控制器。
2.3.4 溶氧量的测定与控制
溶氧量的测定在污水处理中占有重要地位,通过对溶氧量的测定能够科学的确定曝气池的配置方案,保证污水处理的正确进行。
3 结语
综上所述,随着我国经济的快速发展,污水量逐渐增多,因此运用科学合理的方法对污水进行处理就显得特别重要。
有效的污水处理方案是污水处理的关键步骤,并在污水处理过程中充分的利用电气控制自动化技术,科学的选择自动化设备,能有效的提高了污水处理速度和质量,改善了人们生活的环境,对我国经济发展起到促进作用。
参考文献
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城市污水处理厂污水提升泵站自动化控制系统【2】
摘 要:随着城市建设的迅速发展,市政污水处理设施(包括市政污水管网、污水泵站及污水处理厂)也在不断增加。
为更科学、高效、稳定的管理及运行污水处理泵站,建设自动化智能控制系统为核心的污水泵站是实现泵站科学化管理的重要基础,也是整个污水处理系统建设调度、决策系统的重要组成部分。
关键词:泵站;PLC;智能保护
1 污水处理厂及泵站自动化控制系统概述
厦门水务中环污水处理有限公司筼筜污水处理厂下辖沿筼筜湖周边滨北1号、北2号、北3号,湖中,滨南1号、2号、3号、4号,及海天、寨上、象屿等共计36(其中含22个截流泵井)个污水提升泵站。
这些泵站作为筼筜污水处理厂的厂外泵站,经市政管网将污水提升引入至厂内进行废水处理后,达标排放。
汇水面积达70 km2,服务人口150万人。
污水泵站均采用西门子S7-200可编程逻辑控制器(PLC)、PC机、触摸屏等自动化控制设备,配合液位计、流量计等仪表进行污水提升智能控制。
2 系统结构
2.1 主站(控制中心)
主站自控系统采用西门子S7-200系列的CPU-226PLC做主机,通过无线数传电台以“轮询”方式对8个子站实现远程数据采集与控制,并预留一个通讯端口,将来与全厂中控系统联接。
采用二台工控机通过组态软件“组态王”与西门子主机通信, 接收主机发送的全部泵站自控数据,进行数据处理并将数据实时显示在显示屏(系统总结构图见图1)。
2.2 子站
采用西门子S7-200PLC实现泵站运行自动控制、液位、流量等现场数据采集,并通过无线数传电台与主站实现数据传输与远程控制。
2.3 通讯方式的选择
由于8个污水泵站分布在筼筜湖周边,有线通讯方式施工复杂,投资成本高,决定采用无线通讯方式,无线通讯有两种方案:
①利用公网(如GPRS、CDMA、电话网),主要优点是一次投资少,覆盖率广。
主要缺点是稳定性和实时性较差,网络数据传输系统有一定的延时。
②无线数传电台方式,主要优点是造价低廉、施工快捷、运行可靠、维护简单。
主要缺点是传输范围有限(5 km)。
经过对比,根据8个污水泵站的实际情况(最远的污水泵站离主站不超过4 km),决定采用无线数传电台方式。
3 子站自动控制系统
污水泵站的工艺流程大致相同,均为:地下管网污水→泵站格栅机滤渣→污水集水井→提升泵房→经过多级泵站提升→污水处理厂。
主要控制对象设备有:进出水闸门、格栅机、除污机、提升泵等。
泵站自动化控制系统要求集数据采集、智能控制于一身,主要功能包括以下几个方面:
3.1 控制方式
有手动、自动两种控制方式,由控制屏上转换开关切换。
手动方式由控制屏上按钮手动操作;自动方式由PLC控制。
自动方式又分强制自动和遥控自动两种,由PLC输入端子设置,强制自动由子站PLC全权控制,用于通讯出故障时,独立运行。
遥控自动为主站自动或手动遥控。
3.2 主要控制功能
根据集水井水位的变化控制泵的开、停。
不出现低水位抽空泵,也不发生溢流;泵的开、停顺序:循环开停机,即先开先停,循环运行;分南北池的泵站,分池运行时,两池液位应能独立控制,合池运行时两池轮流开机;根据粗格栅前后液位差和时间周期控制格栅机的启停;根据需要实现闸门启闭机的控制;实现无轴螺旋输渣机与粗格栅的联动,同时实现对输渣机的工作状态的测控;最多开机台数控制:有的泵站需限制开机台数,以免造成管道溢流或泵站自回流。
最多开机台数在强制自动方式,由子站PLC控制,在遥控方式由主站主机控制;紧急关总闸控制:当机房发生管道破裂大量漏水或火灾等紧急情况,主站可通过遥控方式关断泵站电源总闸,防止事故扩大。
3.3 机组故障保护要求
过载保护:除热继电器等硬件保护外,还进行PLC软件过载保护(水泵额定电流的110%),双重保护;抽空泵保护(水泵欠载保护,额定电流的60%);电动机频繁启动保护(/h启动次数>10次为频繁启动),防止因控制回路元件触点接触不良引起电机频繁开停,烧毁交流接触器或电机;潜水泵漏水、超温保护。
3.4 泵站自动化控制系统控制流程
3.4.1 污水泵的自动控制
在集水井内安装一台超声波液位计,测量集水井液位。
潜水泵根据集水井液位,按照预定的运行方案自动增减水泵开启台数。
具体运行模式如下。
①在PLC自动控制模式下,PLC按照集水井液位设置点自动起动或停止相应台数的进水泵。
②由低至高,集水井液位包括以下设置点。
低液位设置点:当液位降至此设置点以下时,PLC发出低液位报警,并停止所有自动运行的污水泵(无论强制自动还是遥控自动)。
停止所有泵的液位:当液位降至此设置点以下时,PLC停止所有处于自动运行的的污水泵。
起动第一台进水泵的液位:当液位升至此设置点以上时,PLC起动第一台进水泵;当液位降至此设置点以下时,PLC保持运行一台进水泵而停止多余的泵。
起动第二台进水泵的液位:当液位升至此设置点以上时,PLC起动第二台进水泵;当液位降至此设置点以下时,PLC保持运行二台进水泵而停止多余的泵。
第二篇:配电网馈线自动化系统
配电网馈线自动化系统【1】
[摘 要] 本文主要通过系统地对配电网自动化的介绍,详细地阐述了馈线自动化系统的各个部分,使大家对馈线自动化有更深入的了解。
[关键词] 配电网 馈线自动化 馈线智能化
改革开放以来,我国电力工业得到了快速的发展,电网建设逐年加强,与此同时,对电网自动化和智能化的要求越来越高。
如何提高自动化水平,如何扩展各种功能逐渐成为现在的发展方向。
在我国近几年配电系统的发展中,馈线自动化起着十分重要的作用。
本文主要对馈线自动化系统结构进行详细的研究和介绍。
配电线路(也称馈电线路、馈线)是配电系统的重要组成部分,智能配电网的研究尚处于摸索阶段[1-3],而目前的馈线自动化是智能配电网的关键和核心。
馈线自动化主要指馈线发生故障后,自动地检测并切除故障区段,进而恢复非故障区段正常供电的一种技术。
长期以来,由于指导思想上的不重视和经济条件制约,馈线自动化水平不高,对用户供电的可靠性得不到保障。
馈线自动化系统结构馈线自动化系统主要由一次设备、控制箱、通信、控制主站4部分组成。
1.一次设备
1.1开关。
实现馈线自动化首先要求配电网采用环网、分段供电结构。
故障区段的隔离及恢复供电可分为按顺序重合及SCADA监视系统配合遥控负荷开关、分段器两种方式。
采用的开关设备有自动重合器、负荷开关及分段器等。
自动重合器是早期使用比较多的馈线自动化一次设备,应用V-T(电压-时间)配合原理实现。
在配电线路故障后逐个自动重合,若再次重合到永久性故障,便自动闭锁,隔离故障点。
自动重合器的优点是无需通信设备,这在早期电子、通信设备相对较贵的情况下有利于减少投资。
但用它恢复供电需要较长的时间,对开关开断能力要求较高,有可能多次重合到永久故障点,短路电流对系统冲击较大,众多开关反复动作及负荷冷启动要从配电网上摄取大量功率,给配电网带来了不利影响,现已逐渐被淘汰。
馈线自动化所选用的负荷开关、分段器要具备电动操作功能。
在电缆线路中采取台式安装方式,而在架空线路上采用柱上安装方式。
从实现故障区段的隔离及恢复供电的功能角度来说,线路开关是在变电站内断路器切除故障后,线路处于停电状态下操作的,因而可选用无电流开断能力的“死”线分段开关,以减少开关的投资。
1.2电压、电流互感(传感)器。
传统的电压、电流互感器体积大、成本高,不适于在变电站外的线路上使用。
馈电线路监控系统对电压、电流变换器的负载能力及精度要求相对较低,一般使用电压、电流传感器装置。
这些传感器体积小、造价低,它们内嵌在绝缘子内,配套安装在柱上开关上或线路开关柜内。
2 控制箱
控制箱起到联结开关和SCADA系统的桥梁作用,主要部件如下。
2.1开关操作控制电路。
该电路应具有防止操作安全闭锁的功能,可遥控或就地手动操作,还应有AC电源或蓄电池电压指示。
2.2不间断供电电源。
不间断供电电源为开关操作机构及二次电子设备提供电源,一般是采用2组12V直流可充电蓄电池串联供电,可由电压互感器的二次侧100V交流电充电,也可由220V低压电网充电。
在交流电源停电时蓄电池应能维持一段时间的工作。
2.3控制箱体。
在使用台式配电开关柜时,控制箱一般配套安装在柜内或柜体的一边;在使用柱上开关时,可安装在电力线杆柱上。
控制箱体一般是户外安装,需要有较强的防腐蚀、防寒、防尘、防潮能力,在气候特别潮湿和寒冷的地区,建议在箱内装一小功率电加热器,以提高控制器内电子元器件运行的稳定性。
2.4远方终端(FTU)。
馈线自动化远方终端(FA-RTU),简称FTU,与传统调度自动化用的RTU有所区别,对其有一些特殊要求。
①能够正确测量和自动记录线路故障电流的幅值和方向,这是为了满足对故障线路迅速定位和隔离故障区段的要求;当配电线路单线接地时,FTU必须测量该线路零序电流的幅值和大小,以便迅速判定接地线路和相别;线路故障时电流比正常工作时电流大得多,FTU必须适应大电流的动态变化范围。
②能够对操作电源及开关状态进行实时监视。
对操作电源主要监视其电压,包括备用电源的剩余容量;对开关主要监视其动作次数、动作时间、累计切断电流能力等。
③能适应户外恶劣运行环境。
除能防尘、防潮、防寒等外,还必须具有抗御大电流、高电压、雷电等强烈干扰的能力。
④体积小、重量轻、功耗小,便于安装。
⑤价格低廉。
配电网自动化需要大量的FTU,比调度自动化系统所用RTU数量高一个数量级以上。
如果价格昂贵、成本高,势必大幅度提高配电网自动化系统投资,严重影响本项工作的开展。
2.5通信终端。
如无线电台、扩频电台、光端机、载波机等。
3.控制主站
3.1控制主站的主要功能。
自动处理来自FTU的数据;实施对故障线路定位、隔离及恢复供电;提供人机接口;作为配电网自动化系统一个结点时,必须具备信息转发功能,如与上一级SCADA系统或其他相关系统的通信。
3.2设置原则。
控制主站的设置应根据本地区配电网络现状、资金来源、数据流量等具本情况酌定。
一般有以下几种方式:①与相关变电站监控主站或主RTU综合考虑。
如果变电站监控主站容量允许,可与之共用,馈线自动化控制主站可作为变电站监控主站的一个工作站,只负责故障线路的定位、隔离和恢复供电工作,其余工作均由变电站监控主站完成。
②设置区域性控制主站。
根据区域特点,把控制主站设在附近变电所内或其他适宜的地方。
它的功能就是配电网自动化系统必须完成的功能。
这样一来,可大量节约通道投资,减小整个系统风险。
③与配电网自动化系统主站统一考虑。
这种设置方式的优点是减少了投资,简化了系统结构,但是带来的缺点是馈线自动化功能扩展困难,有可能影响系统的总体性能。
4.0总结
馈线自动化在运行的过程中存在着一定的缺陷,一般地,除过馈线出口断路器之外,馈线其他位置安装的都是没有切断短路电流能力的负荷开关,因此非故障馈线段被切断是不可避免的。
另外仅在馈线出口配置电流速断保护,必然盲目地动作并切断整条馈线,致使在切断的过程中没有选择性。
在以后的发展过程中,更应该创新地开发更高效益的馈线自动化系统,为配电系统的能力提高起到很大的作用。
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配电网馈线自动化中分段器的应用【2】
摘 要 文章分析了分段器和配电网馈线自动化基本概念,针对环网与辐射网系统进行了探讨。
关键词 分段器;配电网;环网;辐射网
分段器是配电网中用来隔离故障线路区段的自动开关设备,它一般与重合器、断路器或熔断器相配合,串联于重合器与断路器的负荷侧,在无电压或无电流情况下自动分闸。
分段器按识别故障的原理不同,可分为“过流脉冲计数型”(电流-时间型)和“电压-时间型”两大类。
电流-时间型分段器通常与前级开关设备(重合器或断路器)配合使用,它不能开断短路电流,但具有“记忆”前级开关设备开断故障电流动作次数的能力。
电压-时间型重合式分段器是凭借加压或失压的时间长短来控制其动作,失压后分闸,加压后合闸或闭锁。
1 配电网自动化系统
配电网自动化主要决定两个方面,一是设备的技术性能,二是配电接线方案,两者的统一和配合才能组成较理想的配电网自动化系统。
配电网的接线一般有环型和辐射型两大类,它们的配合形式主要以重合器(或断路器)与分段器、熔断器的配合使用,这样对提高供电可靠性,减小运行费用,提高配电网自动化程度能起到显著作用。
2 配电网馈线自动化
配电网自动化的一个主要任务就是要实现馈线自动化,这是衡量配电网自动化技术性能的重要指标。
馈线自动化是指当配电线路故障时能尽快找到故障线路,然后对故障线路进行隔离,对非故障线路尽快恢复供电。
2.1 同杆架设的杆上设备分段器
同杆架设的杆上设备由真空开关(PVS)、电源变压器(SPS)、带故障检测功能的遥控终端单元(PTV)和站内故障指示设备(FSI)共同构成。
2.2 杆上设备的连接
PVS在线路来电时由合闸线圈关合。
只要电压存在,它始终保持关合状态。
PVS在线路掉电时因线圈失压而自动打开。
3 在环网中的应用
随着配电自动化及电力市场的迅速发展,环网式网络结构已成为近几年来发展的主要趋势。
以图1为例,正常运行时联络重合器不接通,两个变电所的主干线建立起相互备用的联络关系。
而图1的环网结构适用于在配网自动化改造中只建立简单的通讯系统,资金投入不多的地区。
在通讯系统比较发达的地区,建议使用带后台控制的环网结构,带后台控制的环网结构自动化及通讯水平比较高,日本等发达国家在20世纪90年代就已实现配电系统自动化。
如图1所示,A、B为两个变电所,正常情况下,IRM、OSM、IRM、F1、F2、F3 处于合闸状态。
重合器IRM1、IRM2为电流―时间型户内重合器,设定为一快三慢(1A3C)),重合间隔为2 s。
OSM1、OSM2、OSM3 为电压―时间型户外重合器,OSM1、OSM3 的合闸顺延时差为3s,两次合闸不成功闭锁。
OSM2为联络重合器,线路正常情况下处于分闸状态设定为一次合闸不成功闭锁。
F1为计数次数2次的分段器,F2、F3 为计数次数1次的分段器。图1
如果D1处发生故障,出口重合器IRM1执行快曲线动作一次,重合器OSM1、OSM2检测到线路失压,OSM1分闸,分段器F2达到整定的计数次数分闸跌落,2 s后重合器ORM1重合,重合器OSM1延时3 s重合,恢复线路其他部分供电。
如果D2处发生故障,若为瞬时性故障,出口重合器IRM1执行快曲线动作一次,重合器OSM1、OSM2检测到线路失压,OSM1分闸,分段器F1没有达到整定的计数次数仍处于合闸状态。
若为永久性故障,出口重合器IRM1再次分闸,重合器OSM1再次检测到线路失压分闸,分段器F1达到整定的计数次数分闸跌落隔离故障区段,重合器合闸成功后,恢复其他线路供电。
如果D3处发生永久性故障,重合器IRM1分闸,最终闭锁。
重合器OSM1随即脱离原状态改为一次合闸不成功闭锁,重合器OSM2在比OSM1稍长的时限合闸,L1段线路由B所反送电,重合器OSM1由于合在故障点上而分闸闭锁。
L2段及分支线路由B所供电。
如果D4处发生永久性故障,出口重合器IRM1执行快曲线分闸,重合器OSM1、OSM2检测到线路失压,OSM1分闸,经2 s后重合器IRM1重合,重合器OSM1延时3 s合在故障点上,最终分闸闭锁。
联络重合器OSM2延时合闸,由于故障没有消除最终分闸闭锁。
4 用于辐射网系统
如图2所示。图2
图中:CB―安装在配电变电压中的断路器,受变电站中央控制单元控制;1PVS~4PVS―安装在架空线路电杆上的分段器。
若故障为瞬时故障:在CB重合之前故障已消除,CB重合后对线路恢复供电,IPVS的PTC检测到电源端有电压时,经X时间(关合时间)开始计数,PVS在X时间计数结束后关合。
同理2PVS经2X关合,3PVS经3X关合,4PVS经4X关合,全系统恢复供电。
若故障为永久性故障,当4PVS关合后,与此同时,Y时间开始计数,出于故障存在,CB第二次跳开,并快速重合。
1PVS~4PVS在CB跳开Y时间跳开。
1PVS~4PVS经整定的X时间关合,4PVS在Y时间计数中,检测到线路失压,则RTU锁扣,将故障隔离。
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