淺析我市污水處理廠自控系統(tǒng)升級(jí)改造的研究

邱洪偉

摘 要：為了在升級(jí)改造過程中能夠徹底解決目前自控系統(tǒng)存在的問題，更好的服務(wù)于現(xiàn)場生產(chǎn)運(yùn)行，本文對(duì)自控儀表系統(tǒng)進(jìn)行了描述，對(duì)升級(jí)改造的具體內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，詳細(xì)介紹了自控儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：污水處理廠；自控系統(tǒng)；升級(jí)改造

1.引言

城市污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)非常重要，它擔(dān)負(fù)著全廠電氣設(shè)備及儀表的監(jiān)測和控制以及生產(chǎn)工藝流程的實(shí)現(xiàn)。擁有性能可靠、穩(wěn)定的自控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)可以充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)通信優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)信息資源共享，改善操作環(huán)境，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度等，實(shí)現(xiàn)工藝處理優(yōu)化運(yùn)行和生產(chǎn)運(yùn)行的智能化調(diào)度、從而達(dá)到節(jié)能降耗經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。目前大多數(shù)污水處理廠設(shè)立中央控制室通過自控系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)采集、傳輸、監(jiān)控現(xiàn)場的設(shè)備信號(hào)。由于污水廠現(xiàn)場設(shè)備分布比較分散，離中控室距離較遠(yuǎn)，信號(hào)傳輸網(wǎng)絡(luò)較長，受周圍惡劣環(huán)境影響現(xiàn)場干擾源較多，加之通訊線路老化，容易出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定通訊中斷等問題。本文以大連某污水處理廠為研究對(duì)象對(duì)其自控系統(tǒng)進(jìn)行研究與并提出了改造方案，以實(shí)現(xiàn)污水廠高效穩(wěn)定的運(yùn)作。

2.污水處理廠自控儀表系統(tǒng)描述及升級(jí)改造的具體內(nèi)容

大連某污水處理廠現(xiàn)有一套集散型二級(jí)分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)在國內(nèi)外污水處理廠已廣泛應(yīng)用，并有良好效果。實(shí)現(xiàn)了全廠生產(chǎn)運(yùn)行的集中管理、分散控制、資源共享。集中管理層主要是對(duì)全廠的生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析；分散控制層主要是通過現(xiàn)場PLC完成各自轄域內(nèi)的自動(dòng)控制。自控系統(tǒng)通過現(xiàn)場檢測儀表和網(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。現(xiàn)有自控系統(tǒng)設(shè)有1座中央控制室和4個(gè)分控站。采用光纖環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)連接，通訊速率為10Mbps。

升級(jí)改造工程自控儀表的主要內(nèi)容有：

1） 生物池改造部分自動(dòng)化儀表檢測和過程控制的調(diào)整、增補(bǔ)；

2） 新增工藝過程要求的自動(dòng)化儀表檢測和過程控制；

3） 增補(bǔ)污水廠進(jìn)水和出水水質(zhì)在線監(jiān)測儀表，更新部分已損壞的儀表；

4） 污水處理廠原分控站更新或修改、擴(kuò)容；

5） 污水處理廠原中央控制系統(tǒng)的修改、擴(kuò)容；

6） 升級(jí)光纖環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)；

7）污水處理廠原有自控內(nèi)容的調(diào)試整改，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3.自控儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

仍然采用集散型二級(jí)分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，充分利用現(xiàn)有硬/軟件資源。

升級(jí)改造后，大連某污水處理廠自控系統(tǒng)仍然由一個(gè)1個(gè)中央控制室和4個(gè)分控站構(gòu)成。但是，中央控制室（CCR）與分控站（PLC）之間的光纖環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)升級(jí)為10/100Mbps自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。具體設(shè)計(jì)方案如下：

1） 中央控制系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和監(jiān)控工作站冗余配置，采用具有C/S（客戶機(jī)/服務(wù)器）結(jié)構(gòu)形式100M交換式的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)，并可與上級(jí)系統(tǒng)或周邊系統(tǒng)鏈接。

中央控制系統(tǒng)可部分利用原有的數(shù)據(jù)服務(wù)器、監(jiān)控工作站、工程師操作站、閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)、圖像投影裝置、數(shù)據(jù)圖表打印記錄裝置等。

2） 現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)

具有PLC的可視化分控站，可以獨(dú)立運(yùn)行。現(xiàn)場控制站采用高速總線網(wǎng)絡(luò)連接遠(yuǎn)程I/O單元及現(xiàn)場總線型測控設(shè)備。

3）控制方式

主要電控設(shè)備的控制采用就地控制、現(xiàn)場控制、中央控制的三層控制模式，控制級(jí)別由高到低為：手動(dòng)控制、遙控控制、自動(dòng)控制。

4） 可靠性設(shè)計(jì)

采用集散型二級(jí)分布式控制，使得整個(gè)污水處理廠的自動(dòng)化控制不依賴于中央控制系統(tǒng)，有利于提高控制系統(tǒng)的整體可靠性。即使中央控制室因故障停止運(yùn)行，各現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)仍可按照原來的模式獨(dú)立運(yùn)行。

采用穩(wěn)定的先進(jìn)的智能化的儀表和控制設(shè)備，利用其具有的自檢、自校和故障隔離功能，進(jìn)一步提高設(shè)備故障的檢出率，縮小局部故障的影響范圍。在極端情況時(shí)，如控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，造成局部設(shè)備運(yùn)行失控，通過現(xiàn)場的手動(dòng)操作仍可以維持全廠的生產(chǎn)過程。

5）測控儀表

根據(jù)工藝改造和生產(chǎn)要求，在改造生物池、新建加藥間、新建接觸池、新建碳源投加間、新建污泥均質(zhì)池、新建污泥脫水機(jī)房等新增和補(bǔ)充相適應(yīng)的儀表檢測控制系統(tǒng)。增配的儀表有流量、壓力、液位、溶解氧、硝氮、氨氮等檢測或分析儀表，還有自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門等控制儀表。

由于這些儀表的優(yōu)劣直接影響到計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性，所以本工程中的自動(dòng)化儀表均選用國內(nèi)外先進(jìn)的、成熟的產(chǎn)品，以使自控系統(tǒng)有良好的保證。

儀表選用帶現(xiàn)場顯示變送器的智能化儀表。各儀表的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)送至各分控站（PLC），再轉(zhuǎn)送至中央控制室監(jiān)控計(jì)算機(jī)。

4.升級(jí)改造工作中自控系統(tǒng)維護(hù)管理方案的選擇

在我國，對(duì)于自控設(shè)備的管理存在著空白，在新建自控系統(tǒng)中，通過恰當(dāng)?shù)拇胧?duì)其維護(hù)方法的改善，可以最大限度的提高自控產(chǎn)品的運(yùn)行性能，增強(qiáng)單位設(shè)備效能，增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

總的來說，維護(hù)方案主要包括：預(yù)防型、響應(yīng)型兩種，企業(yè)根據(jù)自身的實(shí)際情況不同，采取不同的維護(hù)方案，找出自控安全穩(wěn)定運(yùn)行性與費(fèi)用投入的最佳結(jié)合點(diǎn)。

我們?cè)诰唧w應(yīng)用上可以采用與廠家聯(lián)合實(shí)行全過程預(yù)防性維護(hù)方案的形式，下面結(jié)合本廠的實(shí)際情況，就全過程預(yù)防性維護(hù)方案基本操作程序作如下分析。全過程預(yù)防性維護(hù)方案通常包括三個(gè)主要步驟：對(duì)使用單位自控系統(tǒng)現(xiàn)場狀況綜合分析一制定完備的即時(shí)備件庫存管理方案一全方位的維護(hù)服務(wù)。

（1）與廠家一起對(duì)自控系統(tǒng)現(xiàn)場運(yùn)行狀況分析，主要包括：所有自控設(shè)備系統(tǒng)詳細(xì)列表；同類系統(tǒng)的一般工作壽命周期；基本的通常庫存情況分析；潛在的設(shè)備故障可能造成的生產(chǎn)損失分析；現(xiàn)場工作環(huán)境對(duì)自控系統(tǒng)運(yùn)行的具體影響分析；同類產(chǎn)品發(fā)生故障的歷史記錄；年度維護(hù)費(fèi)用概算及費(fèi)用增減情況分析等，通過上述各項(xiàng)要素的分析，對(duì)目前系統(tǒng)狀況作一基本了解，并可以通過相關(guān)關(guān)鍵參數(shù)計(jì)算出目前系統(tǒng)的危險(xiǎn)指數(shù)，作為一步工作的基礎(chǔ)。

（2）即時(shí)備件庫存管理方案是由目前流行提出的新型管理方案，是指生產(chǎn)廠家在一定區(qū)域內(nèi)或客戶廠區(qū)范圍內(nèi)建立專用的備件存儲(chǔ)區(qū)，廠家對(duì)該備件存儲(chǔ)區(qū)擁有所有權(quán)，客戶支付固定的服務(wù)費(fèi)用，一旦發(fā)生故障，客戶即時(shí)提用備件，然后再支付備件費(fèi)用，廠家隨時(shí)補(bǔ)充，再根據(jù)客戶使用情況每年重新更換補(bǔ)充備件的管理方式。

（3）全方位的維護(hù)服務(wù)是指所用產(chǎn)品的廠家技術(shù)人員通過全方位跟蹤維修部件使用情況；定期與客戶技術(shù)人員進(jìn)行溝通，持續(xù)了解新的情況的發(fā)生；向客戶提供必要的技術(shù)支持和軟件支持等手段，讓使用產(chǎn)品的客戶生產(chǎn)效率更高，以達(dá)到降低費(fèi)用的目的。

5.結(jié)束語

總之，污水處理廠對(duì)自控系統(tǒng)的升級(jí)改造不僅提高了污水處理廠生產(chǎn)運(yùn)行的管理水平和科技含量，同時(shí)降低運(yùn)營成本、節(jié)約能源、利于環(huán)保.污水處理技術(shù)的優(yōu)化改良和新技術(shù)的開發(fā)研究，將為人們的生活帶來更多的綠色和清新。

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