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　?。ㄌ峁篠chneider-施耐德電氣（中國）投資有限公司-HEC，作者：盧鍇、*北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所）
　　
　　摘要：文章介紹了江南水廠污水處理自控系統(tǒng)的配置和功能，闡述了其系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)——由計(jì)算機(jī)、PLC、現(xiàn)場總線、現(xiàn)場在線儀表組成多級的、開放的、模塊化的、實(shí)時(shí)多任務(wù)的、集散型的、可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)。
　　
　　一、概述
　　
　　廣西南寧江南水廠污水處理控制及監(jiān)控系統(tǒng)為廣西重點(diǎn)工程，建設(shè)資金來源于世行。北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所自控中心承擔(dān)了該項(xiàng)工程。該工程包括：污水處理廠及城區(qū)配套截污干管。水處理能力為24×104m3/d，處理工藝采用了A2/O生物法。即城市污水→格柵→污水泵→沉砂池→A2/O生物池→沉淀池→排放。處理后的廢水達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）。剩余污泥經(jīng)過濃縮、脫水后外運(yùn)填埋或作堆肥?，F(xiàn)在常用的污水處理工藝包括氧化溝處理、地表滲漏法、A/O生物法、A2/O生物法。而A2/O生物法作為污水處理行業(yè)其中一種成熟、有效的處理方法被業(yè)界廣泛應(yīng)用。
　　
　　二、工藝描述、系統(tǒng)控制內(nèi)容
　　
　　該系統(tǒng)的工藝主要包括污水處理和污泥處理兩個(gè)環(huán)節(jié)。
　　
　　1、污水處理環(huán)節(jié)
　　
　　其作用是將污水經(jīng)過層層處理后，zui終滿足排放要求，污水處理工藝流程如圖一所示。
　　
　　1.1、粗格柵
　　
　　功能：去除污水中較大的漂浮物。
　　
　　控制方式：時(shí)間控制、液位差控制。
　　
　　1.2、進(jìn)水泵房
　　
　　功能：提升污水的水位。
　　
　　控制方式：根據(jù)吸水井液位進(jìn)行控制。在主站設(shè)定幾個(gè)液位值，根據(jù)測得的液位值與設(shè)定液位值比較，自動(dòng)增、減泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)，并且自動(dòng)累計(jì)每臺(tái)泵運(yùn)行時(shí)間，實(shí)現(xiàn)泵的自動(dòng)輪換運(yùn)行。
　　
　　1.3、細(xì)格柵
　　
　　功能：去除污水中較小的漂浮物，特別是絲狀、帶狀漂浮物，保證后續(xù)處理系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
　　
　　控制方式：根據(jù)時(shí)間及格柵前后液位差控制。
　　
　　1.4、沉砂池
　　
　　功能：去除污水中比重大于2.65，粒徑大于0.2mm的無機(jī)砂粒，以保證后續(xù)流程的正常運(yùn)行。
　　
　　控制方式：根據(jù)時(shí)間進(jìn)行控制。
　　
　　1.5、生物池
　　
　　功能：利用微生物降解和去除污水中的污染物質(zhì)，達(dá)到預(yù)期的水質(zhì)凈化目的。A2/O生物脫氮除磷工藝由厭氧、缺氧和好氧三個(gè)生物反應(yīng)過程組成。
　　
　　控制方式：水下攪拌器連續(xù)運(yùn)行，并對鼓風(fēng)機(jī)及電動(dòng)空氣調(diào)節(jié)蝶閥進(jìn)行閉環(huán)控制
　　
　　1.6、回流污泥泵
　　
　　功能：將一定數(shù)量的活性污泥回流到生化處理系統(tǒng)，以維持生化系統(tǒng)活性污泥的濃度，保證其生化反應(yīng)的能力
　　
　　控制方式：根據(jù)生物池的污泥濃度，計(jì)算出回流污泥比，再換算成污泥回流量，自動(dòng)控制回流污泥泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)。同時(shí)自動(dòng)累計(jì)單臺(tái)泵運(yùn)行時(shí)間，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)輪換運(yùn)行。
　　
　　1.7、沉淀池
　　
　　功能：對生化處理后的混合液進(jìn)行固液分離，以保證出水水質(zhì)。
　　
　　控制方式：根據(jù)時(shí)間及泥位計(jì)控制。
　　
　　圖一、污水處理工藝流程圖
　　
　　2、污泥處理部分
　　
　　其作用是將污泥經(jīng)過處理后，脫離出來，以便可以外運(yùn)填埋或作堆肥。
　　
　　2.1、剩余污泥泵房
　　
　　功能：將生化系統(tǒng)產(chǎn)生的剩余污泥提升至污泥貯泥池進(jìn)而至脫水機(jī)房。
　　
　　控制方式：根據(jù)進(jìn)水流量及進(jìn)水BOD值，計(jì)算出總的產(chǎn)泥量，以自動(dòng)控制剩余污泥泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，自動(dòng)累計(jì)泵單臺(tái)的運(yùn)行時(shí)間，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)輪換運(yùn)行。設(shè)定吸泥井液位的高低限報(bào)警，達(dá)到高限報(bào)警時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)排泥泵或減小沉淀池排泥量。
　　
　　2.2、污泥濃縮及脫水系統(tǒng)
　　
　　功能：降低污泥含水率，減少污泥體積。
　　
　　控制方式：系統(tǒng)能根據(jù)進(jìn)來的污泥量自動(dòng)控制設(shè)備的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，根據(jù)進(jìn)來的污泥量及污泥含固率自動(dòng)控制加藥量，對儲(chǔ)藥罐的液位及藥量進(jìn)行監(jiān)測。對濃縮機(jī)、脫水機(jī)、加藥系統(tǒng)和螺旋輸送器狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。
　　
　　另外，系統(tǒng)還包括沉砂系統(tǒng)、1#除臭系統(tǒng)、鼓風(fēng)機(jī)、2#除臭系統(tǒng)、紫外消毒系統(tǒng)等配套設(shè)備。這些配套設(shè)備既可以獨(dú)立運(yùn)行，又可以和各PLC控制站進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。值得注意的是，由于各成套設(shè)備的生產(chǎn)廠家各不相同，所以通訊協(xié)議也不盡相同。
　　
　　上述工藝要求給控制系統(tǒng)提出苛刻的控制要求：
　　
　?。?）控制系統(tǒng)要采用分散控制
　　
　　根據(jù)系統(tǒng)分散控制的原則，須設(shè)置4個(gè)PLC現(xiàn)場控制站對總變電所控制站和鼓風(fēng)機(jī)房控制站、脫水機(jī)房控制站、出水井分變電室控制站、污泥泵房變電室控制站進(jìn)行控制。由于設(shè)備繁多、功能復(fù)雜以及程序大，所選PLC控制系統(tǒng)需具備強(qiáng)大的處理能力。
　　
　?。?）控制系統(tǒng)要支持多種不同網(wǎng)絡(luò)通訊
　　
　　江南水廠污水處理自控系統(tǒng)是一個(gè)集中監(jiān)視管理、分散控制的PLC控制系統(tǒng)?？刂浦行摹⒖刂普就ㄟ^有線網(wǎng)絡(luò)連接。各有分工，既能獨(dú)立工作，又能在統(tǒng)一指揮下協(xié)調(diào)工作?？刂普竞推渌涮自O(shè)備也需通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊。為了實(shí)現(xiàn)這些目的所選PLC控制系統(tǒng)必須支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。
　　
　　三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　
　　根據(jù)國內(nèi)外城市水系統(tǒng)的運(yùn)行管理情況以及我們在該行業(yè)中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，依照自動(dòng)控制領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，本著安全可靠,簡單實(shí)用,*（十年不落后）的原則，我們采用了施耐德的PLC控制產(chǎn)品，充分發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢，以施耐德UNITY控制平臺(tái)和開放的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)體系為核心，采用的控制器、第三方控制設(shè)備、智能變送器、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及工控軟件產(chǎn)品為用戶提供了一個(gè)由計(jì)算機(jī)、PLC、現(xiàn)場總線、現(xiàn)場在線儀表組成的多級的、開放的、模塊化的、實(shí)時(shí)多任務(wù)的、集散型的、可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)。
　　
　　該系統(tǒng)采用集成工業(yè)現(xiàn)場總線、控制總線和高速以太網(wǎng)組成的混合三層體系結(jié)構(gòu)，如圖二所示。
　　
　　圖二、江南水廠污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)圖
　　
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　　信息層以網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)為中心，通訊協(xié)議為TCP/IP，系統(tǒng)架構(gòu)為Internet/Intranet，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對內(nèi)通信網(wǎng)數(shù)據(jù)吞吐率100Mbps。
　　
　　其中信息層硬件部分主要為中控室的生產(chǎn)管理計(jì)算機(jī)站、服務(wù)器，化驗(yàn)室計(jì)算機(jī)站及配套網(wǎng)絡(luò)傳輸線路、設(shè)備組成，完成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測、控制、通信、顯示及生產(chǎn)管理調(diào)度等功能。軟件系統(tǒng)主要由基于組態(tài)軟件開發(fā)的江南污水廠生產(chǎn)過程控制、運(yùn)行監(jiān)控、調(diào)度系統(tǒng)以及生產(chǎn)管理（水質(zhì)監(jiān)測、生產(chǎn)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)故障報(bào)警信息）信息系統(tǒng)等組成。該體系結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了對江南水廠生產(chǎn)管理系統(tǒng)軟硬件資源的整合和充分利用，使系統(tǒng)具有更高的兼容性、開放性和安全性。
　　
　?、瓶刂茖樱?br />　　
　　控制層以施耐德Unity平臺(tái)為控制核心，將分布在各工藝段之間的施耐德UnityPLC和中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)相連，實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)的高速傳輸。施耐德UnityPLC自動(dòng)監(jiān)測重要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和工藝參數(shù)變化，并對設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制。控制層硬件設(shè)備主要為施耐德Unity系列PLC（140CPU65150）、操作員面板（XBTG5230）、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)（4997100）
　　
　　在這里我們要特別提一下控制層的網(wǎng)絡(luò)?？刂茖拥木W(wǎng)絡(luò)體系采用TCP／IP網(wǎng)絡(luò)以及環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以光纖為通信介質(zhì)，通過以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)構(gòu)成帶寬為100Mbps的工業(yè)以太網(wǎng)。該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為自愈環(huán)網(wǎng)，其應(yīng)用層采用開放的通訊協(xié)議。當(dāng)環(huán)網(wǎng)發(fā)生一個(gè)光纖斷點(diǎn)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)仍能夠正常工作。作為全廠的控制主干網(wǎng)，工業(yè)以太網(wǎng)光纖環(huán)網(wǎng)能在任何節(jié)點(diǎn)接入設(shè)備，而不需要更改從前的站號(hào)和配置，充分考慮了今后擴(kuò)展的方便性。在出現(xiàn)故障時(shí)，在線增加或刪除任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)，都不會(huì)影響到其他設(shè)備的運(yùn)行和通訊。
　　
　　根據(jù)工藝流程，全廠共設(shè)4套施耐德UnityPLC控制站：
　　
　　LCS1控制站---總變電所控制站
　　
　　主要控制粗格柵、進(jìn)水泵房、轉(zhuǎn)鼓格柵的設(shè)備。LCS1控制站的觸摸屏通過RJ45連接到該站的交換機(jī)上。另外，LCS1控制站通過DP網(wǎng)和鼓風(fēng)機(jī)設(shè)備廠家配套的PLC進(jìn)行通訊；通過MB網(wǎng)和沉砂系統(tǒng)PLC、1#除臭系統(tǒng)PLC進(jìn)行通訊。
　　
　　LCS11控制站---鼓風(fēng)機(jī)房控制站
　　
　　主要控制鼓風(fēng)機(jī)房的設(shè)備。LCS11控制站為LCS1控制站的遠(yuǎn)程I/O站。本控制站的觸摸屏通過光纖介質(zhì)連接到LCS1控制站的交換機(jī)上。
　　
　　LCS2控制站---脫水機(jī)房控制站
　　
　　主要控制脫水機(jī)房的設(shè)備。本控制站的觸摸屏通過光纖介質(zhì)連接到LCS1控制站的交換機(jī)上。
　　
　　LCS3控制站---出水井分變電室控制站
　　
　　主要控制出水泵房、回流污泥房、剩余污泥泵房、二沉池的設(shè)備。本控制站的觸摸屏通過光纖介質(zhì)連接到LCS1控制站的交換機(jī)上。
　　
　　LCS4控制站---污泥泵房變電室控制站
　　
　　主要控制曝氣池的設(shè)備。本控制站的觸摸屏通過光纖介質(zhì)連接到LCS1控制站的交換機(jī)上。
　　
　　另外，LCS4控制站通過MB網(wǎng)和紫外消毒PLC、2#除臭系統(tǒng)PLC進(jìn)行通訊。
　　
　?。?）設(shè)備層：
　　
　　我們利用施耐德UNITYPLC的MB口，采用MB網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議對MCC柜的各智能變送器進(jìn)行多點(diǎn)通訊。這種不用傳統(tǒng)I/O模塊而直接采用總線電纜連接的通訊方式，在實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場離散設(shè)備和可編程邏輯控制器（PLC）之間的數(shù)據(jù)數(shù)字化傳輸?shù)耐瑫r(shí)，將成本費(fèi)用減少到zui小，這種用于低層設(shè)備的低成本、率信息集成模式，已經(jīng)逐漸成為控制領(lǐng)域的主流。
　　
　　四、調(diào)試體會(huì)：
　　
　　通過親身經(jīng)歷，我們認(rèn)為施耐德UNITY確實(shí)是新一代自動(dòng)化平臺(tái)上的硬件和軟件產(chǎn)品：新軟件的使用可以大大地減少開發(fā)項(xiàng)目的時(shí)間，新硬件的使用可以大大地提高系統(tǒng)處理的速度，基于開發(fā)平臺(tái)和協(xié)同工具，施耐德UNITY使得設(shè)計(jì)、制造、維護(hù)的自動(dòng)化水平達(dá)到的高度，從而大大提高了生產(chǎn)效率。下<