污水处理厂自动化控制系统的应用

2020-03-02 19:12:07 来源：范文大全收藏下载本文

污水处理厂自动化控制系统的应用

摘要：本文主要介绍了目前污水处理厂的自动化控制系统的构成，以及怎样利用PLC系统和通信网络实现自动化控制。然后以沥滘污水处理厂二期工程的自动化系统为例，阐述了污水处理厂自动化系统的应用，最后总结了该自动化系统的特点。

关键词：污水处理厂；PLC；自动化控制系统

Application of Automation Control System in Sewage

Treatment Plant

Abstract: This paper mainly introduces the automation system structure,and how to utilize PLC and communication network to achieve automation control in sewage treatment plant.And then take the second phase of LIJIAO Sewage Treatment Plant as an example, to illustrate the application of automation system.The final part of this paper summarizes the characteristics of this automation system.Key words: Sewage Treatment; PLC; Automation Control System

0 引言

微电子、通信、计算机技术的发展大大提高了水处理控制系统的信息化和智能化程度，PLC以其卓越的可靠性、抗干扰性以及灵活的控制方式成为水处理自动化系统的核心控制器，其与开放的网络通信系统一起，共同推动着水处理自动化系统的发展。

一般来讲，整个污水处理厂都有总控室和多个现场控制站，站与站之间通过控制器层网络或信息层网络相连，然后全部连接到总控室，总控室的多台计算机、工作站和图形站都用信息层网络连接，这样和现场控制站构成了集中管理，分散控制，高速数据交换的工厂级自动化网络[1]。

1 系统构成

监控系统通讯网络和PLC是污水处理自动化系统的核心组成部分，根据污水处理自动化本身的特点和监控需求选择合适的PLC及通讯网络是保证污水处理自动化系统性能的重要因素。

1.1 通信网络

对于污水处理自动化系统，按照系统结构的划分一般把监控系统划分为信息层、控制层和设备层。

第一层为信息层，主要负责大量信息及不同厂家不同设备之间的信息传输，工业以太网Ethernet为目前较常用的一种信息网络，世界各大PLC生产厂商均支持工业以太网，如施奈德支持的Modbus-TCP/IP以及西门子支持的ProfiNet等。

第二层为控制层，主要采用现场总线组成隧道区域控制器网络，其特点是由于采用了标准总线组网，既能满足实时通信的要求，又具有开放协议的标准接口，能在总线上方便的挂接各种外场设备，有利于监控系统的扩展。目前，在污水处理厂自动化系统中应用的现场总线主要有ControllerLink、LonWorks、Inetrtbus、Profibus、Can和Modbus。

第三层为设备层，这一层用于PLC与现场设备、远程I/O端子及现场仪表之间的通讯，它们有DeviceNet、Modbus以及Profibus/DP等。

1.2 PLC的选择

PLC作为核心控制器，其必须具备以下几大功能特点：

（1）本身必须稳定可靠，具有较高的故障保护能力；

（2）控制分站本地控制器可以独立承担控制分区的基本控制任务，即使监控站或者监控中心因故障停止运行，相邻区域的控制器也能交换数据信息；

（3）当某控制站的控制量出现变化时，可按预定方案和程序采取相应的算法，对相关区域的控制对象，比如泵或者加药系统等做出相应的调整。因此，它必须有数据采集存储处理功能；

（4）通信功能、容错功能、自动诊断功能和本地操作功能（即能带触摸屏）。

1.3 监控分中心及上位监控软件

监控分中心一般将设置多台SCADA工作站（工控机）。分别用于水厂调度系统、加药间（加氯间）、送水泵房等监控，完成污水厂内各种设备的状态显示、自动控制、半自动控制、分析报表等工作。同时，监控分中心还将设置了多台服务器，为其它计算机提供支援和与监控总中心进行通信。

2 应用案例

下面以沥滘污水处理厂二期工程为例，具体说明污水处理厂自动控制系统的组成

图2-1 沥滘自动控制系统拓扑图

2.1 总体结构

本自动控制系统以标准的、开放的工业以太网作为系统主干网络，配以高性能、高可靠性的现场控制站组成，中间节点采用工业以太网冗余交换机，构成了自控系统的光纤冗余环状网络结构。PLC站采用Siemens S7系列的产品，上位软件采用Win CC 6.0组态软件，仪表系统以日本HACH、美国GLI品牌为主。采用这种结构可使生产过程中的信息能够集中管理，以实现整体操作、管理和优化；同时，也使得控制危险分散，提高系统可靠性。

2.2 PLC控制站

PLC现场控制站用于现场各车间数据采集与控制，采用s7-300/400系列PLC，并配有UPS电源。每个控制站的PLC将监测和控制有关区域的所有设备和过程，并且通过TCP\\IP以太光纤环网与监控计算机相连，中控室能够观察到厂内重要设备的运行状态和工艺参数，完成对现场设备的操作与控制、参数的设置和修改。

沥滘二期工程全厂共设立了7个PLC分站：

PLC1：预处理系统分控站，监控提升泵、粗格栅、细格栅、沉砂池等设备的运行状况和各种液位、进水流量等参数。

PLC2：初雨沉淀池分控站，监控搅拌机、刮泥机、加药泵等设备的运行状况和各种液位、加药流量等参数。

PLC3：3#生化池分控站，监控3#生化池中的搅拌机、污泥回流泵等设备的运行状况和溶解氧DO、污泥浓度MLSS等参数。

PLC4：4#生化池分控站，监控4#生化池中的搅拌机、污泥回流泵等设备的运行状况和溶解氧DO、污泥浓度MLSS等参数。

PLC5：二沉池和鼓风机分控站，监控刮泥机和鼓风机的运行状况。 PLC6：消毒池分控站，监控消毒池中的二氧化氯发生器、进出水闸门、轴流风机等设备的运行状况和出水流量、出水COD、出水TP等参数。 PLC7：脱水车间分控站，监控脱水车间中的污泥脱水机、泥泵等设备的运行状况和污泥流量、上清液MLSS等参数。

2.3 上位监控系统

上位监控系统是指在厂区的中心控制室对全厂的设备和工艺运行情况进行监控，它是通过通讯系统采集到系统内各个站点的设备工作状态和各种与调度、控制有关的工艺参数，根据整个系统的运转情况，进行统一调配、控制。上位监控系统包括监控计算机、上位监控软件、模拟屏、电视墙、网络通讯系统、不间断电源等。

我厂上位软件采用WinCC6.0组态软件，该软件采用基于WEB浏览器的人机界面和监控SCADA软件，便于通过Internet远程访问。

上位监控系统主要功能：（1）全厂数据的采集；（2）全厂设备的优化调度；（3）报警处理和记录；（4）事故记录；

（5）数据存贮和数据库管理；

（6）工艺流程、实时参数、趋势图及故障显示；（7）报表生成。

2.4 仪表系统

仪表系统是对物质的成分及物理特性等进行分析和测量的仪表，是现代工业生产过程中进行自动监测和自动控制，以达到优质高产、节能降耗以及保证安全生产和保护环境的目的。自动分析仪表是污水处理系统中对一些复杂化学成分进行检测的常用仪表。沥滘厂采用的仪表以日本HACH、美国GLI品牌为主，主要包括：超声波液位计、明渠流量计、溶解氧检测仪、污泥浓度计、氨氮检测仪、COD检测仪等。

2.5 系统特点

（1）高可靠与高稳定性：环形冗余以太网，保证了单一点的链路中断不会造成网络通讯的中断；而控制器网络能在PLC或上位工控机之间建立灵活方便的传送和接收大量数据的工厂自动控制网络。下列技术与工程措施，也确保了系统的长期稳定可靠性：整个系统选用符合工业级标准的成熟定型产品；PLC模块具有自诊断（检错）与容错功能；PLC控制柜内具有完善的抗干扰及防雷等技术措施；中控室及现地控制站设备均具备UPS电源功能；即使在上位机发生故障或通信中断时，现地控制站亦可以在手动模式下独立完成基本局部控制；

（2）高扩展性：工业以太网具有向下兼容性。对于双绞线或光纤介质，如果将传输速度从10Mbps提升到100Mbps，在大多数场合不需要改变现有的布线，只需更新网络设备即可。

（3）开放性：系统对用户是开放的。设备的增减、控制方案的选取、系统的扩缩与维护等，用户都可以在广泛的设备环境下便利地自己完成。所有硬件接口，软件协议全部按开放性的标准设计、编制。此外西门子串行口的协议宏功能，使得开发方不需要编写专门的通信程序与第三方设备进行通信，原则上西门子PLC能和任何带RS-232C，RS-422或RS-485接口的设备进行通信。

（4）操作的实用性：组太软件和编程软件都是全中文界面，丰富的图画功能，使用户清晰的了解污水处理厂各工段的运行情况，故障报警点的分支细节，使操作员仅通过鼠标便可发布各种指令或换画面；用户还可通过上位机的网络访问网络内任一节点的数据。

3 结语

沥滘厂二期的自动化系统是目前最先进的、适用于大多数污水处理厂及其它工业领域的自控系统方案，性价比非常高。其以高可靠与高稳定性、高扩展性、开放性、操作的实用性保障了厂内设施的自动化运行和实时监测要求，对确保正常生产运行发挥了巨大作用。

为了更好地利用这个系统，有很多相关工作可以做：一方面相关人员要做好对系统的维护，另一方面，可以通过技术改造，利用PLC的I/O的剩余空间，把更多厂内的信息反馈到上位监控系统；再者，可以把现有的开环控制部分，结合设备的情况，通过编程改为闭环控制，从而减低人手控制的滞后性，增加生产效益。

参考文献

[1]乔丛等，关于国内污水处理及CASS工艺自动控制技术的初步探讨，仪器仪表标准化与计量，2007.3

怀柔污水处理厂自动化控制系统改造方案(北京金控)

工业控制系统污水处理厂防雷方案