摘 要：介紹基于PLC的DCS控制系統(tǒng)在污水處理廠的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)相比，以該方式搭建的DCS控制系統(tǒng)滿足了污水處理廠自動(dòng)化生產(chǎn)的需要，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)配置的靈活性，降低了造價(jià)。 關(guān)鍵詞：可編程控制器；工業(yè)以太網(wǎng)；分散控制系統(tǒng)（DCS）；污水處理；CASS；

The Application of DCS System Based on PLC in Sewage Treatment Plant

（Rockwell Automation Chongqing Ofice，Chongqing 400010） Abstract：This paper introduces the application of DCS based on PLC．Compared with the old DCS，this can meetthe needs of automatic operation of the sewage plant．Besides，it is much more flexible and low cost． Key words：PLC；industrial ethernet；DCS；sewage treatment；CASS 　　隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，各級(jí)政府對(duì)環(huán)境保護(hù)更加關(guān)注，各地陸續(xù)新建了一大批污水處理廠。這些新建的污水處理廠根據(jù)自身特點(diǎn)，對(duì)控制系統(tǒng)的性能和價(jià)格提出了新的要求。 　　重慶市奉節(jié)污水處理廠采用CASS工藝對(duì)生活污水進(jìn)行處理，日處理量為3萬噸。其DCS系統(tǒng)以高性價(jià)比的PLC為控制單元，采用商用計(jì)算機(jī)為監(jiān)控站。整個(gè)系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化的情況下，有效降低了系統(tǒng)成本，從2004年投產(chǎn)至今運(yùn)行情況良好。 1 生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介 　　污水處理是一種連續(xù)的生化反應(yīng)過程，有氧化溝工藝、AO、SBR、CASS等眾多不同的處理工藝。奉節(jié)污水處理廠所采用的污水處理工藝為新型改良CASS（Cyclic Activated Sludge System，循環(huán)式活性污泥法）工藝，屬于改進(jìn)型SBR工藝的一種，由格柵井、CASS池、鼓風(fēng)機(jī)房、加藥間、儲(chǔ)泥池、脫水機(jī)房、接觸消毒池組成。該工藝具有以下特點(diǎn)： 　?。?）可升降的潷水器最大限度降低了排水水流對(duì)底部沉淀污泥擾動(dòng)。 　　（2）抗沖擊力強(qiáng)，對(duì)難降解有機(jī)物的去除效率高，同時(shí)具有脫氮除磷功能。 　　（3）工藝流程短，占地面積小，建設(shè)費(fèi)用低，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用省。 　　（4）管理簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，出水水質(zhì)好，無異味。 　　（5）污泥產(chǎn)量低，污泥性質(zhì)穩(wěn)定，不發(fā)生污泥膨脹。 [b]2 DCS控制系統(tǒng)選型及硬件配置 2．1 DCS系統(tǒng)的選型[/b] 　　重慶市奉節(jié)口前污水處理廠為三峽庫區(qū)國(guó)債項(xiàng)目建設(shè)的第一批污水處理廠，根據(jù)實(shí)際的工藝要求及建設(shè)特點(diǎn)，該項(xiàng)目對(duì)控制系統(tǒng)提出了如下要求： 　?。?）受控設(shè)備控制點(diǎn)數(shù)在800點(diǎn)內(nèi)。控制工藝較為復(fù)雜，但是我們所需要的算法并不復(fù)雜，基本以時(shí)間控制和位式控制為主。 　　（2）控制系統(tǒng)須成熟可靠，便于調(diào)試和維護(hù)。 　?。?）考慮到會(huì)有第三方產(chǎn)品，網(wǎng)絡(luò)通訊及其協(xié)議須具備開放性和標(biāo)準(zhǔn)性。 　?。?）測(cè)量設(shè)備和受控設(shè)備均為傳統(tǒng)設(shè)備，基本不帶現(xiàn)場(chǎng)總線通訊能力，所以輸入、輸出控制還是以傳統(tǒng)的I／O點(diǎn)為基礎(chǔ)。 　?。?）作為國(guó)債投資項(xiàng)目，盡可能在滿足要求的前提下降低造價(jià)。 　　經(jīng)過比較，該廠的自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用以PLC為基礎(chǔ)的DCS控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)在滿足生產(chǎn)要求的基礎(chǔ)上其性能和價(jià)格上取得了很好的平衡。 2．2 基于PLC的DCS系統(tǒng) 　　傳統(tǒng)DCS是針對(duì)流程工業(yè)的儀表控制系統(tǒng)發(fā)展起來的，主要功能是實(shí)現(xiàn)連續(xù)物理量的監(jiān)視與調(diào)節(jié)。PLC是針對(duì)傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)而發(fā)展起來的，主要功能是實(shí)現(xiàn)開關(guān)量的邏輯控制。 　　一般來說，PLC是一種局部的控制器，但隨著應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大以及工業(yè)以太網(wǎng)的出現(xiàn)，多臺(tái)PLC能夠互連起來而形成的較大控制系統(tǒng)。與單個(gè)的PLC相比有幾點(diǎn)重大的改變： 　?。?）在網(wǎng)絡(luò)上掛接了在線的通用計(jì)算機(jī)，其作用一是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)組態(tài)、編程和下裝，二是在線監(jiān)視被控過程的狀態(tài)。這樣，一個(gè)具有現(xiàn)場(chǎng)控制層和協(xié)調(diào)控制層的DCS雛形就出現(xiàn)了。 　　（2）在PLC中增加了模擬量I／O接口和數(shù)值計(jì)算功能，這樣，PLC就不僅可以完成邏輯控制，也可以完成模擬量監(jiān)測(cè)及控制和混合控制的功能。 　　（3）越來越多的PLC廠家把專用的網(wǎng)絡(luò)改成為通用的網(wǎng)絡(luò)，這樣就使PLC有條件和其它各種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和設(shè)備實(shí)現(xiàn)集成，以組成大型的控制系統(tǒng)。 　　上述幾點(diǎn)改變使得PLC組成的系統(tǒng)具備了DCS的形態(tài)。由于PLC產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入市場(chǎng)多年，其I／O接口、編程方法、網(wǎng)絡(luò)通信都趨于標(biāo)準(zhǔn)化和適應(yīng)開放系統(tǒng)的要求，同時(shí)通過擴(kuò)展能夠增加現(xiàn)場(chǎng)總線通訊功能。加上PLC在價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)，使得PLC在分布式控制系統(tǒng)領(lǐng)域有著很重要的地位，在很多應(yīng)用領(lǐng)域具有相當(dāng)大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。 2．3 奉節(jié)污水處理廠DCS系統(tǒng)配置及構(gòu)成 　　DCS控制系統(tǒng)以工業(yè)以太網(wǎng)這種開放式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，由三個(gè)下位控制站PLC0、PLC1、PLC2站，1個(gè)上位工程師站、1個(gè)上位操作員站組成。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。 　　PLC0控制站安裝在中央管理中心的大屏幕馬塞克模擬顯示屏內(nèi)，通過以太網(wǎng)采集各設(shè)備的狀態(tài)信號(hào)并用RS232的通訊方式與馬賽克屏通訊，將生產(chǎn)的整個(gè)流程以及設(shè)備狀態(tài)顯示出來。 　　PLC1安裝在變配電所，負(fù)責(zé)控制格柵井、污水提升泵、沉砂池、1號(hào)CASS池、2號(hào)CASS池、3號(hào)CASS池、鼓風(fēng)機(jī)房、儲(chǔ)泥池及流量井流量檢測(cè)、接觸消毒池的部分檢測(cè)控制、配電室的部分電力參數(shù)監(jiān)測(cè)。 　　PLC2安裝于加藥間。用于控制加藥間的電磁閥、攪拌器、隔膜泵在內(nèi)的全套加藥設(shè)備。 　　中央管理中心的兩臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)采用DELL公司的OptiPlex系列臺(tái)式機(jī)。OptiPlex系列臺(tái)式機(jī)定位于初級(jí)服務(wù)器應(yīng)用，在高性能的前提下其專門設(shè)計(jì)的鋼絲屏蔽層結(jié)構(gòu)以及散熱系統(tǒng)保證了系統(tǒng)的高可靠性和穩(wěn)定性。所采用的監(jiān)控軟件是基于微軟的Windows 2000平臺(tái)的，商用機(jī)對(duì)操作系統(tǒng)的兼容性比工控機(jī)略好。 　　該廠整個(gè)控制的系統(tǒng)信息交換層和控制層兩層合一。采用先進(jìn)的工業(yè)以太網(wǎng)，具有高速可靠的特點(diǎn)。工業(yè)以太網(wǎng)是以傳統(tǒng)以太網(wǎng)為基礎(chǔ)，針對(duì)工業(yè)控制的要求，改良后的一種信息及控制網(wǎng)，具有一網(wǎng)到底和降低網(wǎng)絡(luò)造價(jià)的特點(diǎn)。 [b]3 自控系統(tǒng)功能 3．1 監(jiān)控軟件[/b] 　　監(jiān)控軟件采用開物2000軟件，開物2000為北京華富慧通開發(fā)的一款通用監(jiān)控軟件，該軟件對(duì)OPC通訊方式支持較好。OPC（OLE for ProcessContro1）是基于COM（Component Object Mode1）和DCOM（Distributed Component Object Mode1）技術(shù)的面向?qū)ο筌浖f(xié)議。OPC為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、自動(dòng)控制應(yīng)用軟件和企業(yè)管理應(yīng)用軟件之間提供了開放、一致的接口規(guī)范，為來自不同供應(yīng)商的軟、硬件提供“即插即用”的連接。 　　本系統(tǒng)的監(jiān)控軟件和DCS硬件之間的通訊協(xié)議采用OPC方式，ROCKWELL的RSLINX軟件為OPC SEVER端而監(jiān)控軟件作為OPC CLIENT讀取數(shù)據(jù)，采用該方式通訊避免了監(jiān)控軟件對(duì)DCS系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序支持不完善的情況發(fā)生。 3．2 控制方式X 　　為便于操作調(diào)試和事故的緊急處理，系統(tǒng)控制方式分為三種： 　?。?）就地手動(dòng)方式。即通過就地控制箱或MCC上的按扭、開關(guān)操縱設(shè)備。 　?。?）遙控方式。通過中央管理中心的兩臺(tái)計(jì)算機(jī)在手動(dòng)模式下控制設(shè)備。 　　（3）自動(dòng)方式。系統(tǒng)根據(jù)工況自動(dòng)完成設(shè)備的啟停、調(diào)節(jié)控制。 　　遙控和就地控制方式的切換由MCC柜或就地控制箱完成；自動(dòng)方式和遙控方式的切換由兩臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)完成。 3．3 監(jiān)控功能 　　兩臺(tái)計(jì)算機(jī)分別作為操作站和工程師站相互備用，設(shè)置于中央管理中心，對(duì)全廠工藝設(shè)備運(yùn)行狀況、運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行集中監(jiān)控，遙控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過集成的1000M網(wǎng)卡與PLC系統(tǒng)經(jīng)工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 　　主要功能： 　?。?）工藝流程監(jiān)控功能。系統(tǒng)能按工藝要求對(duì)污水處理的各環(huán)節(jié)參數(shù)及設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，同時(shí)根據(jù)工藝要求選擇自動(dòng)、順序、定時(shí)等控制方式。 　?。?）報(bào)警及報(bào)警記錄功能。當(dāng)設(shè)備發(fā)生事故時(shí)，系統(tǒng)將在計(jì)算機(jī)、馬賽克大屏幕、就地控制箱上進(jìn)行報(bào)警指示。同時(shí)計(jì)算機(jī)將對(duì)所發(fā)生的報(bào)警內(nèi)容、時(shí)間及確認(rèn)時(shí)間進(jìn)行記錄。在計(jì)算機(jī)上還可進(jìn)行語音報(bào)警。 　?。?）聯(lián)鎖保護(hù)功能。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到局部故障后啟動(dòng)相應(yīng)的聯(lián)鎖保護(hù)程序。 　?。?）參數(shù)設(shè)定功能。可在中央管理中心的任何一臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)或現(xiàn)場(chǎng)控制站的人機(jī)界面上進(jìn)行報(bào)警上下限、調(diào)節(jié)參數(shù)、運(yùn)行時(shí)間等參數(shù)的設(shè)定。 　?。?）數(shù)據(jù)記錄存儲(chǔ)功能。系統(tǒng)可對(duì)重要數(shù)據(jù)如工藝參數(shù)、工況、設(shè)備運(yùn)行時(shí)間等進(jìn)行記錄儲(chǔ)存，以備調(diào)用。 　　（6）操作記錄功能。系統(tǒng)自動(dòng)保存重要操作記錄，如改動(dòng)參數(shù)，操作設(shè)備的操作員代號(hào)、時(shí)間、內(nèi)容等。 　?。?）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線和歷史數(shù)據(jù)曲線。對(duì)重要工藝參數(shù)可以進(jìn)行實(shí)時(shí)曲線顯示，并記錄歷史數(shù)據(jù)曲線。 　　（8）多級(jí)口令保護(hù)功能。在中央管理中心的任何一臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)上可設(shè)定不同操作權(quán)限，只有相應(yīng)操作權(quán)限的操作員，在輸入正確的口令后才可訪問該級(jí)畫面。 　?。?）打印功能?？蛇M(jìn)行報(bào)表打印、曲線打印、圖形打印。 4 工程效果 　　該工程于2003年5月份開始實(shí)施，2004年4月份設(shè)備移交廠方運(yùn)行，其DCS系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠無損壞情況。系統(tǒng)投入使用后，操作人員在中央管理中心就能夠全面了解整個(gè)工廠的運(yùn)行情，DCS系統(tǒng)對(duì)泵及潷水器等主要設(shè)備能夠根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制。整個(gè)系統(tǒng)只需中央管理中心操作人員就能夠保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，大大降低了值班員的勞動(dòng)強(qiáng)度。該系統(tǒng)的投運(yùn)解決了以往污水處理廠自動(dòng)化程度低，所有設(shè)備均需手動(dòng)操作，值班人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、操作易出錯(cuò)，出水水質(zhì)不穩(wěn)定、生產(chǎn)過程無法集中監(jiān)控的問題。該廠作為三峽庫區(qū)第一批興建的污水處理廠，對(duì)三峽庫區(qū)水質(zhì)的保護(hù)起到了積極的作用。各級(jí)政府領(lǐng)導(dǎo)多次對(duì)該廠進(jìn)行視察和工作指導(dǎo)，對(duì)該廠的生產(chǎn)以及工藝水平給予了良好的評(píng)價(jià)，取得了很好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。 5 結(jié)語 　　PLC作為成熟的控制器其編程語言及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有統(tǒng)一性，便于控制系統(tǒng)的調(diào)試及維護(hù)。雖然PLC控制算法相對(duì)單一，但是卻很好的滿足了污水生產(chǎn)工藝的要求，在避免功能浪費(fèi)的同時(shí)降低了系統(tǒng)造價(jià)。采用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，保證了通訊網(wǎng)絡(luò)良好的兼容性和穩(wěn)定性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了通訊的高速化。以PLC為基礎(chǔ)采用工業(yè)以太網(wǎng)搭建的DCS控制系統(tǒng)，在污水處理廠的自動(dòng)化控制中具有成熟可靠，既滿足生產(chǎn)工藝要求，同時(shí)也降低了工程造價(jià)，具有很好的應(yīng)用前景。 參考文獻(xiàn)： [1]Rockwell Automation．EtherNet／IP簡(jiǎn)介[EB／OL]．https：／／www．rockwellautomation．com．cn／applications／gs／ap／gscn．nsf／pages／Controller_ Network2007—2—20． [2]何衍慶，俞金壽．集散控制系統(tǒng)原理及應(yīng)用（修訂版）[M]．化學(xué)工業(yè)出版社，1999． [3]王常力，廖道文．集散控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M]．清華大學(xué)出版社，1993．