自控系統(tǒng)的升級(jí)改造及應(yīng)用

摘 要：自控系統(tǒng)組態(tài)軟件運(yùn)行于污水處理廠中控室的計(jì)算機(jī)中，通過現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)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，從而幫助企業(yè)更快捷、更準(zhǔn)確的的實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制；設(shè)計(jì)目標(biāo)；升級(jí)改造

1概述

衡水市污水處理廠始建于1999年，占地面積約十萬平方米，日處理污水能力為10萬噸。原有自控系統(tǒng)是1999年設(shè)計(jì)，2002年投入使用，由于沒有進(jìn)行較好的維修保養(yǎng)和升級(jí)更新，導(dǎo)致自控系統(tǒng)軟硬件設(shè)施老化問題嚴(yán)重，已不能適應(yīng)環(huán)保部門對(duì)污水處理廠中控系統(tǒng)監(jiān)督管理的要求，升級(jí)改造勢(shì)在必行。

2014年開始升級(jí)改造，此次升級(jí)改造工程生物處理工藝為：部分反硝化A/O +后置速分池反硝化工藝，升級(jí)改造后出水水質(zhì)達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

2自控系統(tǒng)簡介

衡水市污水處理廠原有自控系統(tǒng)采用二級(jí)分布式（集散型）計(jì)算機(jī)測(cè)控管理系統(tǒng)方案，系統(tǒng)由監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)操作站OPS二套，通訊裝置（星形結(jié)構(gòu)）及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控級(jí)PLC可編邏輯控制器組成。升級(jí)改造是在原有自控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，充分利用已有的設(shè)備和資源，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)升級(jí)、設(shè)備更換、軟件更新。升級(jí)改造后自動(dòng)化系統(tǒng)是由檢測(cè)執(zhí)行級(jí)、區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)級(jí)、中央監(jiān)控管理級(jí)組成的三級(jí)計(jì)算機(jī)分散控制系統(tǒng)。自控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)改造為100M/bps全雙工環(huán)型工業(yè)以太網(wǎng)。

3總體要求

應(yīng)用于污水和污泥處理現(xiàn)場(chǎng)的自控設(shè)備要求穩(wěn)定可靠、易操作、易維護(hù)、能長期連續(xù)運(yùn)行。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)“分控站無人職守，中控室值班監(jiān)控”為目的，設(shè)備裝置的啟、停及聯(lián)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)均可由中央控制室遠(yuǎn)程操縱與調(diào)度。

為實(shí)現(xiàn)正常工作時(shí)的全自動(dòng)化運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，分布式結(jié)構(gòu)，控制、保護(hù)、測(cè)量之間既互相獨(dú)立又互相聯(lián)系，既考慮正常工作時(shí)的全自動(dòng)化運(yùn)行，又考慮多種非正常運(yùn)行狀態(tài)下的輔助策略。

4設(shè)計(jì)目標(biāo)

4.1集中管理、分散控制

由可編程序控制器（PLC）及自動(dòng)化儀表組成的檢測(cè)控制系統(tǒng)——現(xiàn)場(chǎng)分控站，對(duì)污水處理廠各過程進(jìn)行分散控制；再由通訊系統(tǒng)、數(shù)據(jù)服務(wù)器、監(jiān)控計(jì)算機(jī)組成的中央控制系統(tǒng)——中央控制室，對(duì)全廠實(shí)行集中管理。

4.2功能完善、管理有序

中央控制室實(shí)施全廠的運(yùn)行監(jiān)視、生產(chǎn)調(diào)度、數(shù)據(jù)服務(wù)和設(shè)備管理；通過顯示屏和計(jì)算機(jī)CRT，同時(shí)顯示靜態(tài)和動(dòng)態(tài)運(yùn)行工況。

4.3設(shè)備配置合理

儀表配置簡潔、可靠、實(shí)用，滿足污水和污泥處理工藝的要求，連續(xù)監(jiān)測(cè)污水和污泥處理過程；成套設(shè)備的控制系統(tǒng)利用廠商配套提供的成熟設(shè)備。

5系統(tǒng)方案

5.1自控系統(tǒng)

全廠自動(dòng)化系統(tǒng)采用集散控制系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)過程中的信息能夠?qū)崟r(shí)采集、集中管理，實(shí)現(xiàn)整體操作、管理和優(yōu)化。也使得控制危險(xiǎn)分散，提高系統(tǒng)可靠性。具體設(shè)計(jì)方案如下：

5.1.1中央控制系統(tǒng)

中央控制系統(tǒng)以數(shù)據(jù)服務(wù)器為核心，監(jiān)控工作站冗余配置，設(shè)置，采用具有客戶機(jī)/服務(wù)器（C/S）結(jié)構(gòu)形式100M交換式的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)，并可與市排水信息中心鏈接；中央控制室通過光纖環(huán)和工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)與各現(xiàn)場(chǎng)分控站連接，同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)和視頻，傳輸速率為100Mbps。中央控制室主要設(shè)備全部更新?lián)Q代，設(shè)有操作員站、工程師站、數(shù)據(jù)服務(wù)器、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、圖像顯示、數(shù)據(jù)圖表打印記錄等裝置。拆除現(xiàn)已停用的馬賽克模擬屏，改用液晶拼接顯示屏，滿足升級(jí)改造后的全廠集中監(jiān)控的需要，同時(shí)，也可適應(yīng)視頻監(jiān)控的需求。

5.1.2區(qū)域監(jiān)控系統(tǒng)

利用現(xiàn)有資源，重新整合現(xiàn)有3個(gè)現(xiàn)場(chǎng)分控站PLC1～3。升級(jí)改造后仍為3個(gè)區(qū)域監(jiān)控的現(xiàn)場(chǎng)分控站。具有PLC的區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)分控站，為“無人職守”工作模式，可以獨(dú)立運(yùn)行。現(xiàn)場(chǎng)分控站采用10/100M工業(yè)以太網(wǎng)連接升級(jí)改造工程的現(xiàn)場(chǎng)控制箱/柜。

5.1.3現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控系統(tǒng)

采用數(shù)字化分布式控制，使污水處理廠的自動(dòng)化控制不依賴于一個(gè)控制裝置或系統(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(chǎng)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(chǎng)的手動(dòng)操作仍可以維持全廠的生產(chǎn)過程。

5.2儀表系統(tǒng)

采用在線式智能儀表，具有在線式連續(xù)檢測(cè)、自動(dòng)運(yùn)算、線性校正、自動(dòng)溫度補(bǔ)償、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字顯示、故障診斷、傳送標(biāo)準(zhǔn)的模擬、數(shù)字信號(hào)等智能化功能。直接與污水、污泥接觸的儀表傳感器具有自清洗裝置或功能。變送器增設(shè)保護(hù)箱，保證儀表運(yùn)行安全，也有利于管理、維護(hù)。

5.3防雷系統(tǒng)及其他

對(duì)于更新和新增的自控儀表，按照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，補(bǔ)充防雷過電壓保護(hù)器件，完善防雷及接地保護(hù)系統(tǒng)。更新全部現(xiàn)有電纜橋架、電纜保護(hù)管及支架，更新部分外露老化電纜。

5.4視頻監(jiān)控系統(tǒng)

在主要生產(chǎn)、管理、重點(diǎn)設(shè)備區(qū)域安裝攝像機(jī)，使運(yùn)行人員在控制中心便可監(jiān)視整個(gè)污水處理廠內(nèi)外的情況。視頻監(jiān)控系統(tǒng)除起到正常的監(jiān)視作用，還可及時(shí)提醒值班人員觀察并自動(dòng)錄下報(bào)警時(shí)相關(guān)的現(xiàn)場(chǎng)及設(shè)備運(yùn)行情況外，對(duì)可能出現(xiàn)的任何異常情況盡早發(fā)現(xiàn)、盡早處理、并在事后重放分析。

攝像機(jī)分戶外和戶內(nèi)一體化全天候彩色低照度型，具有電動(dòng)云臺(tái)和變焦鏡頭，能夠看清設(shè)備或裝置的細(xì)節(jié)。中控室配有視頻顯示控制器、彩色監(jiān)視器、數(shù)字式視頻存儲(chǔ)器等設(shè)備，可控制、切換在投影屏上的視頻圖像和顯示模式，以及控制攝象機(jī)的方位和視角，巡視或定點(diǎn)監(jiān)視生產(chǎn)區(qū)域或設(shè)備。并且，還可以將選擇的視頻圖像送入中央控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，鑲嵌到主控界面中。

6結(jié)語

該自控系統(tǒng)已投入運(yùn)行，能夠滿足工藝及設(shè)備運(yùn)行的需要，通過監(jiān)視器操作人員就能了解工藝過程中各工藝參數(shù)的變化情況，并通過聲光報(bào)警、語音報(bào)警，對(duì)所發(fā)生的事故能夠及時(shí)處理，最大限度的保障生產(chǎn)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]章文華.翟健.徐曉建 城市污水處理廠自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析[期刊論文]-魅力中國2010（20）

[2]尚愛安.工藝優(yōu)化診斷技術(shù)用于污水廠的改造[期刊論文]-中國給水排水 2006（02）

作者簡介

田培，1975年生，女，河北科技大學(xué)電氣及自動(dòng)化專業(yè)，本科，現(xiàn)就職于衡水市污水處理廠，工程師，研究方向?yàn)樽詣?dòng)化控制及設(shè)備維護(hù)。

（作者單位：衡水市污水處理廠）