摘要：在環(huán)境保護和環(huán)境治理的大環(huán)境下，我國各水域對水質達標都有嚴格的規(guī)定，而國家環(huán)保機構為了進一步提高治理質量和管理效率，開始利用高科技方法實施污水處理工程。現(xiàn)場總線、可編程控制器、集散控制系統(tǒng)、組態(tài)軟件在水處理工程中充分的發(fā)揮了自動化優(yōu)勢，使復雜的監(jiān)控環(huán)境，發(fā)展為無人監(jiān)控及網(wǎng)絡控制模式。本文以上海白龍港污水處理廠為例介紹了組態(tài)王監(jiān)控軟件在污水處理系統(tǒng)中的應用，并詳細介紹了PLC、工業(yè)以太網(wǎng)、上位機監(jiān)控等技術在污水遠程集散監(jiān)控系統(tǒng)中實現(xiàn)的功能以及實現(xiàn)方法。

一 、引言

    上海白龍港污水處理廠位于浦東新區(qū)合慶鄉(xiāng)東側長江岸邊，該處已建白龍港預處理廠，新廠擴建位于預處理廠北側長江邊，總用地面積120 Km2。主要包括市中心區(qū)、閔行區(qū)及浦東新區(qū)，這些地區(qū)部分為合流制，部分為分流制。上海污水二期系統(tǒng)已建成輸送管道，預處理廠以及污水排放管，其規(guī)模為172萬m3/d，服務面積271.7 km2，人口355.76萬，考慮近期污水系統(tǒng)完善尚待時日，故白龍港污水廠近期處理水量為120萬m3/d。按照2001年全年污水規(guī)劃，本廠遠期處理水量為210萬m3/d。鑒于該污水規(guī)模較大，生產(chǎn)控制系統(tǒng)采用了先進的自動化控制方案，實現(xiàn)對污水處理個流程的控制功能。該控制系統(tǒng)對擴展性、開放性及可持續(xù)性，都具有相當高的要求。

二、系統(tǒng)概述

    本系統(tǒng)采用目前國內(nèi)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(tǒng)，以及監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集(SCADA)系統(tǒng)。集散型控制系統(tǒng)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(chǎn)過程進行監(jiān)視、數(shù)據(jù)存儲和分析; 控制層主要是通過現(xiàn)場PLC或計算機完成各自轄域內(nèi)工藝過程和工藝設備的自動控制，同時在傳統(tǒng)控制的基礎上，提供了智能控制的可能性。SCADA系統(tǒng)通過現(xiàn)場檢測儀表和網(wǎng)絡設備完成對主要工藝參數(shù)的數(shù)據(jù)采集并對生產(chǎn)流程進行監(jiān)控。通信網(wǎng)絡采用100Mbps工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)。系統(tǒng)除具備對生產(chǎn)過程的監(jiān)視和控制功能外，數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡通信功能也很強大，對運行階段的生產(chǎn)管理、調(diào)度以及科學分析都具有十分重要的意義。本系統(tǒng)考慮到遠期污水廠擴大規(guī)模或進行改造，自控設備、通信網(wǎng)絡及上位機管理系統(tǒng)都有可擴展的特點，為了保證正常生產(chǎn)，系統(tǒng)要具備極高的穩(wěn)定性和可靠性。

三、工藝與功能要求

    污水處理的主要對象是泥和水，泥主要通過沉淀排出，污水則要經(jīng)過充分反應處理后達標后才能被排出。在污水經(jīng)過各工序的過程中，每個工序相應的工藝控制設備都需要進行監(jiān)控。該污水處理廠采用的工藝流程如圖1所示，主要控制部分為加藥間、高效沉淀池、污泥脫水、中水回用等環(huán)節(jié)。
 

    該系統(tǒng)控制系統(tǒng)包括加藥間控制系統(tǒng)、3套高效沉淀池控制系統(tǒng)、中水可用控制系統(tǒng)、脫水機房控制系統(tǒng)以及6KV配電間電力監(jiān)控系統(tǒng)，均采用先進的PLC控制，并且由光線環(huán)網(wǎng)連接，環(huán)網(wǎng)中由組態(tài)王作為IO采集站對各控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集，而上層工作站通過以太網(wǎng)從IO采集站獲得現(xiàn)場數(shù)據(jù)，分別將數(shù)據(jù)顯示在不同的監(jiān)控系統(tǒng)中， 實現(xiàn)的遠程監(jiān)控的目的。

五、系統(tǒng)配置及功能

    (1)系統(tǒng)硬件配置：

    選用高性能和高可靠性的SIEMENS400系列PLC以及帶PROFIBUS/DP現(xiàn)場總線接口ET200M的網(wǎng)絡控制I/O作為基本控制單元，由3個沉淀池控制PLC（PLC01、PLC02、PLC03）與1個加藥間控制PLC（PLC04）共4個完全獨立的分控制PLC站所組成，4個完全獨立的分控制PLC站通過ETHERNET接口模板及光纖網(wǎng)絡與以組態(tài)王為監(jiān)控系統(tǒng)的上位計算機相連，3個沉淀池分控制PLC站分別監(jiān)控1#～3#沉淀池，加藥間分控制PLC則監(jiān)控整個加藥分區(qū)域。另外此環(huán)網(wǎng)中同時具有中水可用控制系統(tǒng)、脫水機房控制系統(tǒng)以及電力監(jiān)控系統(tǒng)，也同樣采用PLC分站控制系統(tǒng)，通過光線網(wǎng)絡同組態(tài)王為監(jiān)控系統(tǒng)的上位機系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通訊，分別獨立于各個系統(tǒng)進行現(xiàn)場控制。

    (2)系統(tǒng)軟件環(huán)境：

    與PLC站相連接的監(jiān)控系統(tǒng)采用組態(tài)王軟件，作為人機監(jiān)控軟件，并且配置為IO數(shù)據(jù)采集站，以便為各上層控制系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對各流程的工藝控制、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)備份等功能。而上層網(wǎng)絡中控制系統(tǒng)又包括工藝監(jiān)控工作站、電力監(jiān)控工作站、管理工作站、工程師站及備份工作站，均采用組態(tài)王軟件作為監(jiān)控系統(tǒng)軟件，通過以太網(wǎng)從IO采集服務器中獲得現(xiàn)場數(shù)據(jù)，進行遠程設備監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)功能管理等。

    (3)系統(tǒng)功能實現(xiàn)

    4個分控制PLC站是污水處理中監(jiān)控系統(tǒng)的基本控制單元，與每個分控制PLC站有關的設備與儀表的監(jiān)視與控制功能均由各自的分控制PLC完成。根據(jù)自控的要求，在整個PLC監(jiān)控系統(tǒng)的遠程控制中，無論是分控制PLC在自動控制方式時，還是在組態(tài)王監(jiān)控界面上的聯(lián)動或單動的手動控制方式時，分控制PLC均不能被旁路。各分控制PLC經(jīng)由ETHERNET接口模板及光纖網(wǎng)絡接收來自CCR的對整個系統(tǒng)的控制與調(diào)度命令，同時把該分控制PLC的運行參數(shù)與設備狀態(tài)實時送至CCR。CCR是整個污水處理的調(diào)度與控制中心。CCR計算機網(wǎng)絡同時通過DDN與RADIO 通訊與數(shù)據(jù)監(jiān)控中心相連。

    廠內(nèi)設有中控室，中控室配置工藝監(jiān)控工作站、電力監(jiān)控工作站、管理工作站、工程師站及備份工作站五臺上位機用于現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)管理等功能，配置網(wǎng)絡打印機用于數(shù)據(jù)、報表等打印輸出。

    系統(tǒng)用組態(tài)王軟件設計了精美的組態(tài)畫面，真實地反映了現(xiàn)場設備的狀態(tài)，能夠方便的通過對組態(tài)畫面上的可控設備進行操作，部分系統(tǒng)界面圖如下所示：

    1、 系統(tǒng)總貌圖：（如圖4所示）
 

    該系統(tǒng)上位機控制系統(tǒng)具有以下功能：

    1、 對整個系統(tǒng)內(nèi)的設備及運行結果（泥位、液位、流量）具有控制、監(jiān)視、參數(shù)設定、故障報警、故障診斷功能。

    2、 根據(jù)污水處理的工藝邏輯要求，嚴格執(zhí)行設備開啟、停止、故障或緊急停機的邏輯控制。

    3、 系統(tǒng)動態(tài)顯示，畫面將各個工藝流程直觀的顯示在屏幕上，可以實時監(jiān)控系統(tǒng)設備的工作狀態(tài)和參數(shù)。

    4、 選擇合理的自動運行模式，使整個系統(tǒng)的運行處于安全穩(wěn)定的狀態(tài)，并能達到污水處理的工藝要求。

    5、 當設備或控制參數(shù)接近非正常狀態(tài)時，界面有報警提示，并伴有聲音報警。

    6、 進行報警歷史記錄，將故障分類整理歸檔，且報警記錄不可刪除，用于事故分析和追憶。

    7、 歷史數(shù)據(jù)通過歷史庫進行存儲，操作人員可以方便的生成重要設備和監(jiān)測指標的運行報表和曲線，并具有隨時進行調(diào)用、打印功能。

    8、 系統(tǒng)具有用戶權限管理功能，對工程各關鍵操作都設有不同級別的權限，以保證系統(tǒng)的安全性。

六、總結

    本系統(tǒng)目前已投入運行，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。由于監(jiān)控系統(tǒng)對整個生產(chǎn)過程都進行了實時監(jiān)控，操作人員只需要通過監(jiān)視器就能了解生產(chǎn)運行情況，同時能夠實時掌握工藝過程中各工藝參數(shù)的變化情況，并通過聲光報警、語音報警，對所發(fā)生的事故能夠及時處理，具有故障自動診斷功能，一旦數(shù)據(jù)超出正常允許范圍會發(fā)出自動停機命令，便于安排運行，檢修計劃，大大提高了工作效率，實現(xiàn)了節(jié)能降耗、提高水質的目標，為合理調(diào)度提供了決策依據(jù)。該系統(tǒng)與廠內(nèi)其他控制系統(tǒng)均具有數(shù)據(jù)通訊接口，具有良好的擴展性，能夠為生產(chǎn)管理提供可靠的數(shù)據(jù)。