1 引言
天津市咸陽(yáng)路污水處理廠是一座近期日處理量為45萬(wàn)噸、遠(yuǎn)期63萬(wàn)噸的AO工藝的污水處理廠。自動(dòng)控制系統(tǒng)采用目前國(guó)內(nèi)外污水處理廠廣泛應(yīng)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(tǒng)，以及監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集(SCADA)系統(tǒng)，自控系統(tǒng)包括污水廠和廠外2公里外的兩座泵站。集散型控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是將管理層和控制層分開(kāi)。管理層主要是對(duì)全廠的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)視、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析; 控制層主要是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)PLC或計(jì)算機(jī)完成各自轄域內(nèi)工藝過(guò)程和工藝設(shè)備的自動(dòng)控制，同時(shí)在傳統(tǒng)控制的基礎(chǔ)上，提供了智能控制的可能性。SCADA系統(tǒng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備完成對(duì)主要工藝參數(shù)的數(shù)據(jù)采集并對(duì)生產(chǎn)流程進(jìn)行監(jiān)控。通信系統(tǒng)采用100Mbps工業(yè)以太網(wǎng)。
系統(tǒng)除具備對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)視和控制功能外，數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)通信的功能更加強(qiáng)大，為運(yùn)行階段的生產(chǎn)管理、調(diào)度、科研打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?？紤]到遠(yuǎn)期污水廠增加設(shè)備的需要，自控設(shè)備、通信網(wǎng)絡(luò)和上位管理系統(tǒng)擁有擴(kuò)展的能力。
進(jìn)水泵房4臺(tái)200kW水泵和回流污泥泵房10臺(tái)75kW水泵采用變頻調(diào)速控制。
2 自動(dòng)控制系統(tǒng)
自動(dòng)控制系統(tǒng)由三級(jí)組成，第一級(jí)—單機(jī)就地控制，由現(xiàn)場(chǎng)電氣控制柜實(shí)現(xiàn); 第二級(jí)—過(guò)程控制，由現(xiàn)場(chǎng)的各PLC分控站或成套設(shè)備的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn); 第三級(jí)—監(jiān)控管理，由中央控制室的操作站和工程師站實(shí)現(xiàn)。
2.1 過(guò)程控制系統(tǒng)
按照工藝流程，廠區(qū)分布7套自控系統(tǒng)，分別為預(yù)處理系統(tǒng)、生物處理系統(tǒng)、污泥處置系統(tǒng)、出水及雨水系統(tǒng)、污泥消化系統(tǒng)、污泥干化系統(tǒng)和電站自動(dòng)化系統(tǒng)。
在預(yù)處理系統(tǒng)、生物處理系統(tǒng)、污泥處置系統(tǒng)、出水及雨水系統(tǒng)設(shè)置4套不同規(guī)模的過(guò)程控制站(PLC分控站)，污泥消化系統(tǒng)、污泥干化系統(tǒng)和電站自動(dòng)化系統(tǒng)為成套設(shè)備，自控系統(tǒng)自成體系。各控制站分別負(fù)責(zé)各自范圍內(nèi)工藝參數(shù)的采集和設(shè)備運(yùn)行的控制。如表1、2、3、4所示。
2.2 監(jiān)控管理系統(tǒng)
監(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)在中央控制室，負(fù)責(zé)監(jiān)控廠內(nèi)、廠外污水處理過(guò)程和設(shè)備運(yùn)行狀況。
中央控制室設(shè)置3臺(tái)工控計(jì)算機(jī)，其中一臺(tái)為工程師專用計(jì)算機(jī)(工程師站)，可離線或在線對(duì)整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)、參數(shù)修改、開(kāi)發(fā)等。另外兩臺(tái)計(jì)算機(jī)為操作員計(jì)算機(jī)(操作站)，可通過(guò)工控軟件實(shí)時(shí)監(jiān)視全廠工藝參數(shù)變化、設(shè)備運(yùn)行、故障發(fā)生等情況，并進(jìn)行多種模式操作，同時(shí)負(fù)責(zé)日常報(bào)表打印、事故打印和數(shù)據(jù)記錄等。兩臺(tái)操作站的監(jiān)控系統(tǒng)互為冗余。
在操作站的計(jì)算機(jī)顯示器中具有多種畫(huà)面，包括:總工藝流程畫(huà)面、泥水氣等工藝流程分畫(huà)面、各構(gòu)筑物工藝設(shè)備畫(huà)面、各工藝參數(shù)畫(huà)面、工藝參數(shù)變化趨勢(shì)畫(huà)面、故障畫(huà)面、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)畫(huà)面等。通過(guò)這些畫(huà)面，工作人員可對(duì)處理過(guò)程中的各個(gè)部分充分了解，及時(shí)掌握各個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生的各種情況。
設(shè)置多媒體設(shè)施，可將多種畫(huà)面放映到多屏幕顯示裝置上，將工藝各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)和畫(huà)面全面細(xì)致地并實(shí)時(shí)地反映出來(lái)，同時(shí)具有語(yǔ)音提示、報(bào)警、在線幫助功能。
設(shè)置數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)，保存污水廠運(yùn)行中的各種數(shù)據(jù)，應(yīng)能夠應(yīng)用多種數(shù)據(jù)庫(kù)軟件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、科學(xué)計(jì)算和工藝研究。
3臺(tái)打印機(jī)可隨時(shí)打印所需要的各種資料，并可定時(shí)打印日?qǐng)?bào)、周報(bào)、月報(bào)等。
考慮到信息技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用，在中控室設(shè)置計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備，建立接入局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的接口，能夠?qū)崿F(xiàn)透明化的遠(yuǎn)程管理，中控室和分控站設(shè)備可通過(guò)網(wǎng)頁(yè)和電子郵件的形式實(shí)現(xiàn)登錄瀏覽或發(fā)出報(bào)警信息，中控室主要功能如表5所示。
3 以太網(wǎng)通信
中央控制室(操作站、工程師站)與分控站(PLC)、成套設(shè)備控制系統(tǒng)之間采用基于快速以太網(wǎng)的通訊系統(tǒng)，考慮擴(kuò)展6個(gè)以上的控制站的可能性和靈活性。與快速以太網(wǎng)聯(lián)接的系統(tǒng)如附圖所示。
附圖 與快速以太網(wǎng)聯(lián)接系統(tǒng)圖
l 中央控制室:操作站、工程師站、服務(wù)器、多屏幕顯示裝置。
l 廠區(qū)分控站LC1、PLC2、PLC3、PLC4。
l 成套設(shè)備:污泥消化系統(tǒng)、污泥干化系統(tǒng)、電站自動(dòng)化系統(tǒng)。
在中控室設(shè)置基于100M以太網(wǎng)的服務(wù)器、交換機(jī)、路由器，以便能夠擴(kuò)展到企業(yè)局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)、建立數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。與局域網(wǎng)聯(lián)接的系統(tǒng)有:
l 中控室設(shè)備:服務(wù)器;
l 污水廠管理部門:辦公室計(jì)算機(jī)等;
l 遠(yuǎn)程管理設(shè)備:辦公室計(jì)算機(jī)、便攜機(jī)等。
以太網(wǎng)采用單機(jī)單環(huán)方式。單機(jī)單環(huán)即在網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)站點(diǎn)均有一臺(tái)工業(yè)冗余以太環(huán)網(wǎng)交換機(jī)。這種網(wǎng)絡(luò)具有單一的冗余功能，當(dāng)WDP(Watch Dog Packets數(shù)據(jù)檢測(cè)包)檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)中的某一處信道發(fā)生故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)會(huì)在300ms內(nèi)重新拓樸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在邏輯上形成另一個(gè)總線通訊方式，可繼續(xù)維持整個(gè)系統(tǒng)的正常工作。
由于這種網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)只能形成單一的信道冗余，如果在網(wǎng)絡(luò)中的某一臺(tái)交換機(jī)發(fā)生故障時(shí)，則這臺(tái)發(fā)生故障的交換機(jī)所連接的設(shè)備將不能與其它交換機(jī)所連接的設(shè)備進(jìn)行通信。在該廠自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，力求各個(gè)工藝區(qū)域相對(duì)獨(dú)立，不存在各交換機(jī)所聯(lián)接的系統(tǒng)互相通信，而工藝環(huán)節(jié)之間的通信在各系統(tǒng)內(nèi)部的PLC及其子站完成，因此，某臺(tái)交換機(jī)的故障不會(huì)影響其他系統(tǒng)的工作，而故障交換機(jī)僅暫時(shí)影響信息上傳，不會(huì)影響系統(tǒng)內(nèi)部的自動(dòng)運(yùn)行。采用單機(jī)單環(huán)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)于該廠是經(jīng)濟(jì)合理的。
另外，由于以太網(wǎng)協(xié)議應(yīng)用十分廣泛，設(shè)備連接容易實(shí)現(xiàn)，也容易擴(kuò)展，因此該廠采用以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)其他設(shè)備、局域網(wǎng)和系統(tǒng)擴(kuò)展的需要。
4 結(jié)束語(yǔ)
天津咸陽(yáng)路污水廠為實(shí)現(xiàn)“國(guó)際先進(jìn)、國(guó)內(nèi)領(lǐng)先”的技術(shù)水平，自動(dòng)控制系統(tǒng)采用了如下先進(jìn)技術(shù):
9臺(tái)200kW進(jìn)水泵的變頻調(diào)速技術(shù);
通過(guò)以太網(wǎng)將互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)和廠內(nèi)外自控系統(tǒng)有機(jī)聯(lián)結(jié)的IT信息技術(shù);
考慮廠區(qū)面積較大，部分儀表采用無(wú)線通信技術(shù);
將上位組態(tài)畫(huà)面和電視監(jiān)控融為一體的多媒體數(shù)字圖像技術(shù)，取代傳統(tǒng)模擬顯示;
廠外泵站實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守的電站管理和自控通信技術(shù)。
