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(zhì)達標都有嚴格的規定，而國家環(huán)保機構為了進(jìn)一步提高治理質(zhì)量和管理效率，開(kāi)始利用高科技方法實(shí)施污水處理工程?，F場(chǎng)總線(xiàn)、可編程控制器、集散控制系統、組態(tài)軟件在水處理工程中充分的發(fā)揮了自動(dòng)化優(yōu)勢，使復雜的監控環(huán)境，發(fā)展為無(wú)人監控及網(wǎng)絡(luò )控制模式。本文以上海白龍港污水處理廠(chǎng)為例介紹了組態(tài)王監控軟件在污水處理系統中的應用，并詳細介紹了PLC、工業(yè)以太網(wǎng)、上位機監控等技術(shù)在污水遠程集散監控系統中實(shí)現的功能以及實(shí)現方法。

一 、引言

    上海白龍港污水處理廠(chǎng)位于浦東新區合慶鄉東側長(cháng)江岸邊，該處已建白龍港預處理廠(chǎng)，新廠(chǎng)擴建位于預處理廠(chǎng)北側長(cháng)江邊，總用地面積120 Km2。主要包括市中心區、閔行區及浦東新區，這些地區部分為合流制，部分為分流制。上海污水二期系統已建成輸送管道，預處理廠(chǎng)以及污水排放管，其規模為172萬(wàn)m3/d，服務(wù)面積271.7 km2，人口355.76萬(wàn)，考慮近期污水系統完善尚待時(shí)日，故白龍港污水廠(chǎng)近期處理水量為120萬(wàn)m3/d。按照2001年全年污水規劃，本廠(chǎng)遠期處理水量為210萬(wàn)m3/d。鑒于該污水規模較大，生產(chǎn)控制系統采用了先進(jìn)的自動(dòng)化控制方案，實(shí)現對污水處理個(gè)流程的控制功能。該控制系統對擴展性、開(kāi)放性及可持續性，都具有相當高的要求。

二、系統概述

    本系統采用目前國內外污水處理廠(chǎng)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，以及監控和數據采集(SCADA)系統。集散型控制系統的特點(diǎn)是將管理層和控制層分開(kāi)。管理層主要是對全廠(chǎng)的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監視、數據存儲和分析; 控制層主要是通過(guò)現場(chǎng)PLC或計算機完成各自轄域內工藝過(guò)程和工藝設備的自動(dòng)控制，同時(shí)在傳統控制的基礎上，提供了智能控制的可能性。SCADA系統通過(guò)現場(chǎng)檢測儀表和網(wǎng)絡(luò )設備完成對主要工藝參數的數據采集并對生產(chǎn)流程進(jìn)行監控。通信網(wǎng)絡(luò )采用100Mbps工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)。系統除具備對生產(chǎn)過(guò)程的監視和控制功能外，數據處理和網(wǎng)絡(luò )通信功能也很強大，對運行階段的生產(chǎn)管理、調度以及科學(xué)分析都具有十分重要的意義。本系統考慮到遠期污水廠(chǎng)擴大規?；蜻M(jìn)行改造，自控設備、通信網(wǎng)絡(luò )及上位機管理系統都有可擴展的特點(diǎn)，為了保證正常生產(chǎn)，系統要具備極高的穩定性和可靠性。

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(guò)沉淀排出，污水則要經(jīng)過(guò)充分反應處理后達標后才能被排出。在污水經(jīng)過(guò)各工序的過(guò)程中，每個(gè)工序相應的工藝控制設備都需要進(jìn)行監控。該污水處理廠(chǎng)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。
 

    該系統控制系統包括加藥間控制系統、3套高效沉淀池控制系統、中水可用控制系統、脫水機房控制系統以及6KV配電間電力監控系統，均采用先進(jìn)的PLC控制，并且由光線(xiàn)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進(jìn)行數據采集，而上層工作站通過(guò)以太網(wǎng)從IO采集站獲得現場(chǎng)數據，分別將數據顯示在不同的監控系統中， 實(shí)現的遠程監控的目的。

五、系統配置及功能

    (1)系統硬件配置：

    選用高性能和高可靠性的SIEMENS400系列PLC以及帶PROFIBUS/DP現場(chǎng)總線(xiàn)接口ET200M的網(wǎng)絡(luò )控制I/O作為基本控制單元，由3個(gè)沉淀池控制PLC（PLC01、PLC02、PLC03）與1個(gè)加藥間控制PLC（PLC04）共4個(gè)完全獨立的分控制PLC站所組成，4個(gè)完全獨立的分控制PLC站通過(guò)ETHERNET接口模板及光纖網(wǎng)絡(luò )與以組態(tài)王為監控系統的上位計算機相連，3個(gè)沉淀池分控制PLC站分別監控1#～3#沉淀池，加藥間分控制PLC則監控整個(gè)加藥分區域。另外此環(huán)網(wǎng)中同時(shí)具有中水可用控制系統、脫水機房控制系統以及電力監控系統，也同樣采用PLC分站控制系統，通過(guò)光線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )同組態(tài)王為監控系統的上位機系統進(jìn)行數據通訊，分別獨立于各個(gè)系統進(jìn)行現場(chǎng)控制。

    (2)系統軟件環(huán)境：

    與PLC站相連接的監控系統采用組態(tài)王軟件，作為人機監控軟件，并且配置為IO數據采集站，以便為各上層控制系統提供數據，實(shí)現對各流程的工藝控制、數據管理、數據備份等功能。而上層網(wǎng)絡(luò )中控制系統又包括工藝監控工作站、電力監控工作站、管理工作站、工程師站及備份工作站，均采用組態(tài)王軟件作為監控系統軟件，通過(guò)以太網(wǎng)從IO采集服務(wù)器中獲得現場(chǎng)數據，進(jìn)行遠程設備監控、歷史數據管理、系統功能管理等。

    (3)系統功能實(shí)現

    4個(gè)分控制PLC站是污水處理中監控系統的基本控制單元，與每個(gè)分控制PLC站有關(guān)的設備與儀表的監視與控制功能均由各自的分控制PLC完成。根據自控的要求，在整個(gè)PLC監控系統的遠程控制中，無(wú)論是分控制PLC在自動(dòng)控制方式時(shí)，還是在組態(tài)王監控界面上的聯(lián)動(dòng)或單動(dòng)的手動(dòng)控制方式時(shí)，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(luò )接收來(lái)自CCR的對整個(gè)系統的控制與調度命令，同時(shí)把該分控制PLC的運行參數與設備狀態(tài)實(shí)時(shí)送至CCR。CCR是整個(gè)污水處理的調度與控制中心。CCR計算機網(wǎng)絡(luò )同時(shí)通過(guò)DDN與RADIO 通訊與數據監控中心相連。

    廠(chǎng)內設有中控室，中控室配置工藝監控工作站、電力監控工作站、管理工作站、工程師站及備份工作站五臺上位機用于現場(chǎng)數據采集、數據管理、系統管理等功能，配置網(wǎng)絡(luò )打印機用于數據、報表等打印輸出。

    系統用組態(tài)王軟件設計了精美的組態(tài)畫(huà)面，真實(shí)地反映了現場(chǎng)設備的狀態(tài)，能夠方便的通過(guò)對組態(tài)畫(huà)面上的可控設備進(jìn)行操作，部分系統界面圖如下所示：

    1、 系統總貌圖：（如圖4所示）
 

    該系統上位機控制系統具有以下功能：

    1、 對整個(gè)系統內的設備及運行結果（泥位、液位、流量）具有控制、監視、參數設定、故障報警、故障診斷功能。

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

    3、 系統動(dòng)態(tài)顯示，畫(huà)面將各個(gè)工藝流程直觀(guān)的顯示在屏幕上，可以實(shí)時(shí)監控系統設備的工作狀態(tài)和參數。

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

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

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

    7、 歷史數據通過(guò)歷史庫進(jìn)行存儲，操作人員可以方便的生成重要設備和監測指標的運行報表和曲線(xiàn)，并具有隨時(shí)進(jìn)行調用、打印功能。

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

六、總結

    本系統目前已投入運行，系統運行穩定可靠。由于監控系統對整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程都進(jìn)行了實(shí)時(shí)監控，操作人員只需要通過(guò)監視器就能了解生產(chǎn)運行情況，同時(shí)能夠實(shí)時(shí)掌握工藝過(guò)程中各工藝參數的變化情況，并通過(guò)聲光報警、語(yǔ)音報警，對所發(fā)生的事故能夠及時(shí)處理，具有故障自動(dòng)診斷功能，一旦數據超出正常允許范圍會(huì )發(fā)出自動(dòng)停機命令，便于安排運行，檢修計劃，大大提高了工作效率，實(shí)現了節能降耗、提高水質(zhì)的目標，為合理調度提供了決策依據。該系統與廠(chǎng)內其他控制系統均具有數據通訊接口，具有良好的擴展性，能夠為生產(chǎn)管理提供可靠的數據。