1 引言
香洲污水處理廠于1994年1月建成投產(chǎn)，日處理規(guī)模3萬(wàn)噸/日，采用帕氏維爾氧化溝工藝，成套引進(jìn)法國(guó)得利滿(mǎn)公司的設(shè)備和技術(shù)，具備20世紀(jì)90年代國(guó)際先進(jìn)水平。自動(dòng)控制系統(tǒng)采用法國(guó)Telemecanique公司的TSX 4730可編過(guò)程控制器(PLC)，美國(guó)Wonder Ware的工廠監(jiān)控軟件Intouch4.0和微軟公司的操作系統(tǒng)Windows 3.1，如圖1。
圖1 原系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
在10多年的生產(chǎn)中，自控系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，故障率低，較好地滿(mǎn)足出水達(dá)標(biāo)排放的要求。但隨著時(shí)代的發(fā)展，自控系統(tǒng)生命周期的后期缺陷逐漸出現(xiàn)。主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面:
(1) PLC生產(chǎn)商已經(jīng)不生產(chǎn)TSX 4730系列產(chǎn)品及相關(guān)配件，如果PLC模塊損壞需要更換，將面臨備件供貨量極少并且價(jià)格較高的問(wèn)題;
(2) 監(jiān)控計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)Windows 3.1和監(jiān)控軟件Intouch4.0，版本落后，運(yùn)行速度慢，安全可靠性差，已經(jīng)不能滿(mǎn)足生產(chǎn)的要求;
(3) 所有設(shè)備的手動(dòng)或自動(dòng)運(yùn)行都需通過(guò)PLC進(jìn)行控制，當(dāng)PLC或相關(guān)模塊故障時(shí)，控制面臨“癱瘓”的危險(xiǎn)，需手工改接線路才能使設(shè)備運(yùn)行，這會(huì)使生產(chǎn)發(fā)生一段時(shí)間的中斷;
(4) 監(jiān)控系統(tǒng)只能設(shè)置工藝參數(shù)和監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，不能通過(guò)計(jì)算機(jī)控制設(shè)備的運(yùn)行和停止;
(5) 工藝控制的需要，增加了推流器和內(nèi)回流泵等設(shè)備，氧化溝轉(zhuǎn)刷根據(jù)溶解氧的控制模型已不滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)的需要，而原有控制系統(tǒng)較難開(kāi)發(fā)和擴(kuò)展。綜合上述原因，我公司決定對(duì)香洲一期自控系統(tǒng)實(shí)施升級(jí)改造。
2 自控系統(tǒng)改造方案說(shuō)明
(1) 網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)
考慮到一期和已建成的二期污水處理廠控制部分在同一個(gè)控制室，本次改造升級(jí)將和二期控制部分采用相同的架構(gòu)，因所有I/O系統(tǒng)在同一個(gè)控制室內(nèi)，距離較近，網(wǎng)絡(luò)通信方式采用工業(yè)以太網(wǎng)。
●主站采用施耐德公司的PLC;
● 采用Wago的I/O SYSTEM;
●采用Ethernet通信網(wǎng)絡(luò);
●上位機(jī)采用WONDERWARE 的INTOUCH 8.0。
(2) 施耐德的QUANTUM PLC
Quantum易于組態(tài)和維護(hù)。它提供對(duì)結(jié)構(gòu)與模塊的靈活選擇。即使是對(duì)要求最苛刻的應(yīng)用，Quantum也是可靠的選擇。具有如下特點(diǎn):高性能的控制器，先進(jìn)的IEC編程和開(kāi)放式的網(wǎng)絡(luò)連接。
(3) 德國(guó)萬(wàn)可公司的WAGO
從站采用WAGO I/O SYSTEM/750系列產(chǎn)品，有如下功能和特點(diǎn):
●安裝容易;
●使用靈活;
●功能齊全;
● 設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì);
●連接快速簡(jiǎn)單。
(4) MODBUS TCP/IP以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)
整個(gè)系統(tǒng)采用MODBUS TCP/IP以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。
(5) WONDERWARE 的INTOUCH 8.0
InTouch HMI軟件用于可視化和控制工業(yè)過(guò)程。它為工程師提供了一種易用的開(kāi)發(fā)環(huán)境和廣泛的功能，使工程師能夠快速地建立、測(cè)試和部署強(qiáng)大的連接和傳遞實(shí)時(shí)信息的自動(dòng)化應(yīng)用。InTouch軟件是一個(gè)開(kāi)放的，可擴(kuò)展的人機(jī)界面，為定制應(yīng)用程序設(shè)計(jì)提供了靈活性，同時(shí)為工業(yè)中的各種自動(dòng)化設(shè)備提供了連接能力。
3 自控改造方案詳述
改造后的自控系統(tǒng)由監(jiān)控PC、交換機(jī)、PLC和現(xiàn)場(chǎng)I/O等部分組成，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2:
圖2 改造后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
3.1 中央控制室CP操作柜改造
CP柜改造的主要內(nèi)容是將設(shè)備原先手動(dòng)經(jīng)過(guò)PLC控制的回路→改為手動(dòng)控制可以直接控制設(shè)備的啟動(dòng)和停止的回路，這樣即使PLC故障，我們也可保證順序啟動(dòng)設(shè)備，不會(huì)造成生產(chǎn)的中斷。改造過(guò)程中需把原先的報(bào)警信號(hào)(過(guò)載、溫度過(guò)高、泄漏等)使用中間繼電器把報(bào)警信號(hào)一分為二，一路作為PLC的數(shù)字輸入信號(hào)，另一路串入手動(dòng)控制回路，這樣在手動(dòng)控制設(shè)備時(shí)，所有的保護(hù)仍然起作用，保證設(shè)備的運(yùn)行可靠。
3.2 PLC的更新及現(xiàn)場(chǎng)Wago I/O的接入
原PLC輸入、輸出點(diǎn)為48VAC信號(hào)，大部分設(shè)備的控制電源為48VAC，現(xiàn)輸入、輸出點(diǎn)為24VDC信號(hào)，因此，需要24VDC的直流電源和24VDC的中間繼電器以實(shí)現(xiàn)輸入、輸出信號(hào)的變更。
3.3 PLC程序的升級(jí)開(kāi)發(fā)
原Telemecanique公司的TSX 4730可編過(guò)程控制器(PLC)采用PL7編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，現(xiàn)Quantum PLC采用Concept2.6編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，設(shè)備的控制邏輯除氧化溝曝氣控制模型外，其余部分沒(méi)有太大的改變。原氧化溝轉(zhuǎn)刷控制模式:每條生產(chǎn)線上有3臺(tái)轉(zhuǎn)刷，其中兩臺(tái)常開(kāi)，第三臺(tái)根據(jù)時(shí)間周期控制，運(yùn)行2小時(shí)，停止1小時(shí)，當(dāng)出水溶解氧DO低于下限值，則第三臺(tái)轉(zhuǎn)刷立即啟動(dòng)運(yùn)行，當(dāng)出水溶解氧DO高于上限值，則第三臺(tái)轉(zhuǎn)刷立即停止運(yùn)行，由于溶解氧變化波動(dòng)較大，這容易引起轉(zhuǎn)刷的頻繁起停。
3.4 幾個(gè)關(guān)鍵工藝控制點(diǎn)
(1) 轉(zhuǎn)刷自動(dòng)運(yùn)行
新的氧化溝轉(zhuǎn)刷控制模式根據(jù)氧化還原電位計(jì)ORP進(jìn)行控制，增加推流器和內(nèi)回流泵的控制。每組轉(zhuǎn)刷中有兩臺(tái)處于長(zhǎng)期運(yùn)行，在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上選擇其中兩臺(tái)，最后一臺(tái)轉(zhuǎn)刷受ORP氧化還原電位計(jì)控制，當(dāng)ORP值在設(shè)定的時(shí)間范圍內(nèi)小于設(shè)定值并延時(shí)一段時(shí)間(缺省15min)都小于設(shè)定值時(shí)轉(zhuǎn)刷啟動(dòng)，高于設(shè)定值并延時(shí)一段時(shí)間(缺省20min)都高于設(shè)定值時(shí)停機(jī)，并設(shè)定最小的開(kāi)機(jī)時(shí)間和待機(jī)時(shí)間。
(2) 轉(zhuǎn)刷手動(dòng)運(yùn)行
可在計(jì)算機(jī)和中控室CP柜上進(jìn)行操作。
報(bào)警類(lèi)別:過(guò)載保護(hù)、溫度保護(hù)、緊急停機(jī)。
(3) 2臺(tái)推流器
計(jì)算機(jī)和中控室CP柜控制電機(jī)開(kāi)停。
報(bào)警類(lèi)別:過(guò)載保護(hù)、溫度保護(hù)、泄漏保護(hù)。
(4) 1臺(tái)內(nèi)回流泵
計(jì)算機(jī)和中控室CP柜控制電機(jī)開(kāi)停。
報(bào)警類(lèi)別:過(guò)載保護(hù)、溫度保護(hù)。
3.5 監(jiān)控軟件Intouch的升級(jí)開(kāi)發(fā)
(1) 監(jiān)控軟件Intouch從4.0版本升級(jí)到8.0版本，原先程序仍然可用，可經(jīng)過(guò)如下步驟升級(jí)Intouch4.0→ Intouch5.6b→Intouch8.0。
(2) 原監(jiān)控系統(tǒng)只能設(shè)置工藝參數(shù)和監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，不能通過(guò)計(jì)算機(jī)控制設(shè)備的運(yùn)行和停止;此次開(kāi)發(fā)后，我們不但能通過(guò)計(jì)算機(jī)控制設(shè)備的運(yùn)行和停止，而且能靈活設(shè)置設(shè)備處于自動(dòng)或遠(yuǎn)程手動(dòng)控制模式，通過(guò)編程，使設(shè)備報(bào)警和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控功能大大加強(qiáng)。
(3) 實(shí)現(xiàn)設(shè)備或工藝報(bào)警，能以短信的方式發(fā)到手機(jī)的功能，采用附表所示設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。
附表 設(shè)備或工藝報(bào)警短信接口設(shè)備
注:本報(bào)警自動(dòng)撥號(hào)系統(tǒng)需用戶(hù)提供供電話線。
本套短信發(fā)送報(bào)警系統(tǒng)，通過(guò)與Wago輸出模塊的連接通信來(lái)實(shí)現(xiàn)，具有強(qiáng)大的報(bào)警功能，能把設(shè)備的故障報(bào)警狀況以及工藝參數(shù)變化情況通過(guò)短信及時(shí)發(fā)送通知相關(guān)工作人員，縮短了獲取信息及作出處理意見(jiàn)的時(shí)間，提高了工作效率，為實(shí)現(xiàn)夜間無(wú)人值班創(chuàng)造了條件。
4三個(gè)污水處理廠監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)和遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制
香洲污水處理廠一、二期及北區(qū)污水處理廠使用VPN(專(zhuān)用虛擬網(wǎng)絡(luò))組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)Internet接入方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控三個(gè)工廠的生產(chǎn)狀況。隨著科技的進(jìn)步，網(wǎng)絡(luò)通訊的速度和安全可靠性得到了極大的提高，這使我們通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視或控制工廠的生產(chǎn)狀況提供了可能。香洲一期、二期自控系統(tǒng)由于經(jīng)這次改造后，采用了相同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它們通過(guò)以太網(wǎng)互聯(lián)，共同使用二臺(tái)上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)，香洲中控室與北區(qū)中控室的監(jiān)控計(jì)算機(jī)、辦公室或家中的筆記本計(jì)算機(jī)等組成VPN網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了三個(gè)工廠的互相監(jiān)控，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示:
圖3 三個(gè)工廠的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
香洲廠監(jiān)控計(jì)算機(jī)采用固定IP并作為Intouch軟件數(shù)據(jù)服務(wù)器，接收來(lái)自三個(gè)工廠的生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息，通過(guò)VPN虛擬網(wǎng)絡(luò)，在其中任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)監(jiān)控終端可以監(jiān)視和控制三個(gè)廠的生產(chǎn)情況。所有計(jì)算機(jī)可采用ADSL方式或數(shù)據(jù)專(zhuān)線方式接入INTERNET。
5 自控改造的價(jià)值評(píng)述
5.1 網(wǎng)絡(luò)通信速度
自控系統(tǒng)技術(shù)改造完成后，PLC和上位機(jī)采用以太網(wǎng)通訊，PLC與Wago子站采用MODBUS TCP/
