基于現(xiàn)場(chǎng)總線的SCADA系統(tǒng)在污水處理廠的應(yīng)用

　　SCADA系統(tǒng)自誕生之日起就與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展緊密相關(guān)。sCADA系統(tǒng)發(fā)展到今天已經(jīng)經(jīng)歷了三代?；诜植际接?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍聯(lián)網(wǎng)的EMS／SCADA系統(tǒng)稱為第三代。這一階段是我國(guó)scADA／EMs系統(tǒng)發(fā)展最快的階段，各種最新的計(jì)算機(jī)技術(shù)都匯集進(jìn)scADA／EMs系統(tǒng)中。

　　隨著現(xiàn)代化城市高速發(fā)展和城市人口的不斷增加，污水處理廠的需求也日漸強(qiáng)烈，污水處理行業(yè)得到了快速發(fā)展。污水處理廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)越來(lái)越成為污水處理穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)水廠自控系統(tǒng)多采用SCADA系統(tǒng)，全廠的監(jiān)控在中控室內(nèi)完成，對(duì)設(shè)備的控制則是在現(xiàn)場(chǎng)PLC完成，真正實(shí)現(xiàn)了分散控制，集中管理的功能。針對(duì)污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)工藝設(shè)備的安全運(yùn)行的重要性，以菲律賓San Antonio污水處理廠為例，說(shuō)明SCADA系統(tǒng)的組成及實(shí)現(xiàn)。

　　由于污水處理系統(tǒng)龐大、工藝參數(shù)多、位置分散 ，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)控制成為提高污水處理效率、降低處理功耗的重要措施。阜新市城市污水處理工程主要包括 13 km 長(zhǎng)的截流管網(wǎng)和 1座規(guī)模為 10 ×104 m3 / d的污水處理廠 ，工程總投資為 1. 664 8 億元 ，目前正在建設(shè)中。

　　工藝流程

　　由于原水水質(zhì)比較復(fù)雜 ，特別是來(lái)自工業(yè)區(qū)的廢水 COD 濃度高 ，組分多變 ，加之地處北方 （冬季溫度低 ） ，處理難度大。為確保處理出水達(dá)標(biāo) ，運(yùn)行管理可靠 ，處理費(fèi)用經(jīng)濟(jì) ，采用了 A /O 工藝 ，流程見(jiàn)圖 1。

　　污水經(jīng)粗格柵、進(jìn)水泵房、細(xì)格柵入曝氣沉砂池 ，在池中停留時(shí)間雨季為 6. 8 m in，旱季為 10 m in，可去除污水中粒徑 ≥0. 2 mm 的砂粒。出水隨后進(jìn)入初沉池去除可沉的固體懸浮物及化學(xué)污泥 ，停留時(shí)間雨季為 0. 74 h，旱季為 1. 1 h。初沉池出水進(jìn)入生物池 ， 生物池分為缺氧段 （ A 段 ） 和好氧段 （ O段 ） ，污水在缺氧段大約停留 2. 78 h，去除部分有機(jī)物并脫氮。隨后出水進(jìn)入好氧段 ，好氧段停留時(shí)間為 6. 64 h，大部分有機(jī)物在該段降解去除 ，同時(shí)進(jìn)行硝化反應(yīng)。好氧段出水部分回流至缺氧段 ，其余進(jìn)入二沉池進(jìn)行泥水分離。二沉池部分活性污泥回流至缺氧段 ，出水達(dá)標(biāo)后直接排入細(xì)河

　　污泥濃縮采用重力濃縮 ， 初沉池污泥、二沉池剩余污泥混合進(jìn)入污泥均質(zhì)池濃縮 ，然后送至帶式脫水機(jī)脫水。脫水泥餅外運(yùn)處置 ，污泥均質(zhì)池上清液及濾液排入廠區(qū)污水處理系統(tǒng)。

　　現(xiàn)場(chǎng)總線的選擇

　　Profibus是一種國(guó)際化的開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn) ，為供應(yīng)商和用戶的投資提供了最佳的保護(hù)并確保供應(yīng)商的獨(dú)立自主性。Profibus是一種高可靠性、低成本、組態(tài)簡(jiǎn)單、可互換、可互操作、分散控制、方便運(yùn)行、數(shù)據(jù)庫(kù)一致的開(kāi)放式系統(tǒng) ，也是我國(guó)現(xiàn)場(chǎng)總線推薦標(biāo)準(zhǔn) ， 包括 3 個(gè)兼容版本： Profibus—FM S、Profi2bus—DP、Profibus—PA。

　?、?Profibus—DP是適合于分布式 I/O 站的協(xié)議模型 ，專門用于自動(dòng)化控制系統(tǒng)與在設(shè)備級(jí)分散的 I/O 之間進(jìn)行通訊 ，最高傳輸速率可達(dá) 12 M bp s。它的特點(diǎn)是快速、即插即用、效率高、成本低。

　?、?Profibus—FM S是用來(lái)解決管理級(jí)通用性通信任務(wù)的 ，可用于大范圍和復(fù)雜的通信系統(tǒng)。它的特點(diǎn)是通用、應(yīng)用范圍大、多主通信。

　?、?Profibus—PA 是專為過(guò)程自動(dòng)化而設(shè)計(jì)的 ，可用于爆炸危險(xiǎn)區(qū)域。它的特點(diǎn)是面向過(guò)程控制、總線供電、本征安裝。

　　根據(jù)污水處理廠自動(dòng)化控制任務(wù) ，必須建立一個(gè)從廠級(jí)到現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)的管理和控制一體化的系統(tǒng) ，同時(shí)考慮控制任務(wù)的實(shí)時(shí)性和數(shù)據(jù)的共享性 ，組網(wǎng)時(shí)必然要選擇工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線。根據(jù)目前我國(guó)污水處理廠現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線的使用情況 ，并兼顧技術(shù)的先進(jìn)性以及未來(lái)發(fā)展對(duì)測(cè)控網(wǎng)絡(luò)的要求 ，選擇了 Profibus。

　　PLC編程

　　污水處理控制方式分為邏輯控制和PID閉環(huán)控制。以邏輯控制為主，根據(jù)工藝要求在PLC中編寫相應(yīng)的邏輯控制指令，控制設(shè)備按照預(yù)定的方式運(yùn)行。PLD閉環(huán)控制主要用于曝氣生物濾池鼓風(fēng)機(jī)恒壓控制，DO溶解氧控制，加藥系統(tǒng)恒流量控制等。整套污水處理流程有多個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，包括液位、PH值、溶氧、濁度、頻率、泵運(yùn)行狀態(tài)等。為了便于檢查，PLC編程中，邏輯控制均采用梯形圖編程，電機(jī)功能塊、閥門控制功能塊、儀表模擬信號(hào)、流量累計(jì)等采用功能塊編程，大量的時(shí)間模式控制采用匯編語(yǔ)言編程。三種編程語(yǔ)言的結(jié)合使得整個(gè)水廠繁瑣復(fù)雜的控制程序變得簡(jiǎn)單明了，便于維護(hù)和故障點(diǎn)排查。

　　SCADA 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

　　根據(jù)污水處理廠的工藝特點(diǎn)和技術(shù)要求 ，整個(gè)污水處理廠的 SCADA 系統(tǒng)由檢測(cè)執(zhí)行級(jí) （設(shè)備層 ） 、過(guò)程監(jiān)控級(jí) （數(shù)據(jù)層 ） 、中央控制管理級(jí) （信息層 ）組成三級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。

　　中央監(jiān)控管理級(jí)設(shè)置整個(gè)污水處理廠的中央數(shù)據(jù)庫(kù) ，提供全廠的綜合信息管理;過(guò)程控制級(jí)采用高性能的 PLC控制站實(shí)施過(guò)程控制; 檢測(cè)執(zhí)行級(jí)采用智能化儀表和控制器完成對(duì)設(shè)備的分散控制。信息層網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)布置在中央控制室和有關(guān)管理科室 ，采用交換式快速以太網(wǎng) ; 數(shù)據(jù)層網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)布置在中央控制室和各 PLC控制站之間 ，采用符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的具有冗余路由的光纖以太網(wǎng) （ Profibus—FM S） ; 設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)布置在 PLC控制站和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)儀表之間以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)儀表之間 ，采用標(biāo)準(zhǔn)的、開(kāi)放的現(xiàn)場(chǎng)總線 （ Profibus—DP） ?，F(xiàn)場(chǎng)總線選用分布式網(wǎng)絡(luò) ，在現(xiàn)場(chǎng)儀表之間、電氣控制設(shè)備之間、現(xiàn)場(chǎng)儀表和電氣設(shè)備之間、現(xiàn)場(chǎng)儀表及電氣控制設(shè)備之間構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)互連系統(tǒng) ，采集工藝過(guò)程數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù) ，自動(dòng)調(diào)節(jié)生產(chǎn)數(shù)據(jù)、控制工藝設(shè)備運(yùn)行。

　　 檢測(cè)執(zhí)行級(jí)

　　檢測(cè)執(zhí)行級(jí)是整個(gè)系統(tǒng)的最低層 ，根據(jù)工藝必需、先進(jìn)實(shí)用、維護(hù)簡(jiǎn)便的原則配置測(cè)量?jī)x表和檢測(cè)執(zhí)行機(jī)構(gòu) ，建立分散控制的自動(dòng)化裝置和儀表檢測(cè)執(zhí)行系統(tǒng)。采用分布式現(xiàn)場(chǎng)總線 I/O 單元組成檢測(cè)執(zhí)行級(jí)數(shù)字通訊測(cè)控網(wǎng)絡(luò) ， 連接現(xiàn)場(chǎng)儀表、電氣裝置、現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器。為減少 I/O 點(diǎn)數(shù) ，應(yīng)盡量選用帶有Profibus接口的總線型儀表。