天津咸陽路污水處理廠自控系統

　　1 引言
　　 天津市咸陽路污水處理廠是一座近期日處理量為45萬噸、遠期63萬噸的AO工藝的污水處理廠。自動控制系統采用目前國內外污水處理廠廣泛應用并取得良好效果的基于可編程邏輯控制器(PLC)的集散型控制系統，以及監控和數據采集(SCADA)系統，自控系統包括污水廠和廠外2公里外的兩座泵站。集散型控制系統的特點是將管理層和控制層分開。管理層主要是對全廠的生產過程進行監視、數據存儲和分析; 控制層主要是通過現場PLC或計算機完成各自轄域內工藝過程和工藝設備的自動控制，同時在傳統控制的基礎上，提供了智能控制的可能性。SCADA系統通過現場檢測儀表和網絡設備完成對主要工藝參數的數據采集并對生產流程進行監控。通信系統采用100Mbps工業以太網。
　　 系統除具備對生產過程的監視和控制功能外，數據處理和網絡通信的功能更加強大，為運行階段的生產管理、調度、科研打下堅實的基礎。考慮到遠期污水廠增加設備的需要，自控設備、通信網絡和上位管理系統擁有擴展的能力。
　　 進水泵房4臺200kW水泵和回流污泥泵房10臺75kW水泵采用變頻調速控制。
　　2 自動控制系統
　　 自動控制系統由三級組成，第一級—單機就地控制，由現場電氣控制柜實現; 第二級—過程控制，由現場的各PLC分控站或成套設備的控制系統實現; 第三級—監控管理，由中央控制室的操作站和工程師站實現。
　　
　　2.1 過程控制系統
　　 按照工藝流程，廠區分布7套自控系統，分別為預處理系統、生物處理系統、污泥處置系統、出水及雨水系統、污泥消化系統、污泥干化系統和電站自動化系統。
　　 在預處理系統、生物處理系統、污泥處置系統、出水及雨水系統設置4套不同規模的過程控制站(PLC分控站)，污泥消化系統、污泥干化系統和電站自動化系統為成套設備，自控系統自成體系。各控制站分別負責各自范圍內工藝參數的采集和設備運行的控制。如表1、2、3、4所示。
　　
　　

　　
　　
　　2.2 監控管理系統
　　 監控管理系統設在中央控制室，負責監控廠內、廠外污水處理過程和設備運行狀況。
　　中央控制室設置3臺工控計算機，其中一臺為工程師專用計算機(工程師站)，可離線或在線對整個監控系統進行組態、參數修改、開發等。另外兩臺計算機為操作員計算機(操作站)，可通過工控軟件實時監視全廠工藝參數變化、設備運行、故障發生等情況，并進行多種模式操作，同時負責日常報表打印、事故打印和數據記錄等。兩臺操作站的監控系統互為冗余。
　　在操作站的計算機顯示器中具有多種畫面，包括:總工藝流程畫面、泥水氣等工藝流程分畫面、各構筑物工藝設備畫面、各工藝參數畫面、工藝參數變化趨勢畫面、故障畫面、設備運行數據畫面等。通過這些畫面，工作人員可對處理過程中的各個部分充分了解，及時掌握各個環節發生的各種情況。
　　 設置多媒體設施，可將多種畫面放映到多屏幕顯示裝置上，將工藝各個環節的數據和畫面全面細致地并實時地反映出來，同時具有語音提示、報警、在線幫助功能。
　　設置數據庫服務，保存污水廠運行中的各種數據，應能夠應用多種數據庫軟件，實現數據分析、科學計算和工藝研究。
　　 3臺打印機可隨時打印所需要的各種資料，并可定時打印日報、周報、月報等。
　　考慮到信息技術已經廣泛應用，在中控室設置計算機網絡互聯設備，建立接入局域網和互聯網的接口，能夠實現透明化的遠程管理，中控室和分控站設備可通過網頁和電子郵件的形式實現登錄瀏覽或發出報警信息，中控室主要功能如表5所示。
　　
　　

　　
　　3 以太網通信
　　中央控制室(操作站、工程師站)與分控站(PLC)、成套設備控制系統之間采用基于快速以太網的通訊系統，考慮擴展6個以上的控制站的可能性和靈活性。與快速以太網聯接的系統如附圖所示。
　　
　　

　　
　　附圖 與快速以太網聯接系統圖
　　
　　l 中央控制室:操作站、工程師站、服務器、多屏幕顯示裝置。
　　l 廠區分控站LC1、PLC2、PLC3、PLC4。
　　l 成套設備:污泥消化系統、污泥干化系統、電站自動化系統。
　　在中控室設置基于100M以太網的服務器、交換機、路由器，以便能夠擴展到企業局域網和互聯網、建立數據庫服務和網絡服務。與局域網聯接的系統有:
　　l 中控室設備:服務器;
　　l 污水廠管理部門:辦公室計算機等;
　　l 遠程管理設備:辦公室計算機、便攜機等。
　　 以太網采用單機單環方式。單機單環即在網絡中的每一個站點均有一臺工業冗余以太環網交換機。這種網絡具有單一的冗余功能，當WDP(Watch Dog Packets數據檢測包)檢測到網絡中的某一處信道發生故障時，網絡會在300ms內重新拓樸網絡結構，在邏輯上形成另一個總線通訊方式，可繼續維持整個系統的正常工作。
　　 由于這種網絡拓樸結構只能形成單一的信道冗余，如果在網絡中的某一臺交換機發生故障時，則這臺發生故障的交換機所連接的設備將不能與其它交換機所連接的設備進行通信。在該廠自控系統的設計上，力求各個工藝區域相對獨立，不存在各交換機所聯接的系統互相通信，而工藝環節之間的通信在各系統內部的PLC及其子站完成，因此，某臺交換機的故障不會影響其他系統的工作，而故障交換機僅暫時影響信息上傳，不會影響系統內部的自動運行。采用單機單環的拓撲結構對于該廠是經濟合理的。
　　 另外，由于以太網協議應用十分廣泛，設備連接容易實現，也容易擴展，因此該廠采用以太網結構，以適應其他設備、局域網和系統擴展的需要。
　　4 結束語
　　 天津咸陽路污水廠為實現“國際先進、國內領先”的技術水平，自動控制系統采用了如下先進技術:
　　 9臺200kW進水泵的變頻調速技術;
　　 通過以太網將互聯網、局域網和廠內外自控系統有機聯結的IT信息技術;
　　 考慮廠區面積較大，部分儀表采用無線通信技術;
　　 將上位組態畫面和電視監控融為一體的多媒體數字圖像技術，取代傳統模擬顯示;
　　 廠外泵站實現無人值守的電站管理和自控通信技術。