自控技术在污水厂升级改造中的应用_污水厂自控升级改造
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自控技术在污水厂升级改造中的应用
姚志明 文斌
天津市中环系统工程有限责任公司 300060 摘要：说明了污水处理厂升级改造过程中遇到的问题及解决方案。同时，描述了当今自动化控制技术、电视监控技术和工业控制网络技术在污水处理过程中的应用。关键词：升级改造、工业控制网络、二网合一
Abstract: the sewage treatment plant upgrading the problems encountered and solutions.At the same time, this paper describes the automatic control technology, television monitoring technology and industrial control network technology in wastewater treatment procees Key word：Upgrade、Industrial control network、Two network union1、引言
随着我国经济发展的加速，城镇居民人口的不断增加，工业污水与生活污水的排放量在逐年增加，环境质量恶化正在逐步加剧。为了提高环境质量，“节能”和“环保”的重要性也就越发的明显。经污水处理厂处理的达标水，具有不受气候影响、不与临近地区争水、就地可取、稳定可靠、保证率高等许多优点。自动化控制系统为实现污水处理系统的高质量、低能耗、稳定运行提供了良好的手段，同时也使污水处理技术得到长足的发展和应用。
2、原有系统概况
东郊污水处理厂1989年8月开始建设，于1993年4月投入运行，污水处理厂设计平均流量40万m3/d，污水处理系统采用传统的活性污泥法，其中6万m3/d采用A/O法。污泥处理采用厌氧中温消化，沼气搅拌，带式脱水机脱水。氨氮、COD、SS三大主要污染物在处理后基本达到国家规定的二级出水标准。
为保证污水处理过程的安全性、可靠性和生产的连续性，污水处理厂的原控制系统设置了1个中央控制室及4个PLC分控站。中控室与分控站之间采用星型结构，使用RS-485进行网络通讯。各分控站主要负责对所管辖区域内主要工艺设备的自动监控和对生产过程的工艺参数进行监测，利用RS-485网络将数据上传至中控室。中央控制室可对全厂整个生产过程及工艺流程进行监视。污水处理厂设置有闭路电视监控系统，通过安装在厂区及车间内的摄像头，可以观测全厂的动态。
3、升级改造后实现的主要功能
工业控制网由数据服务器、监控计算机、交换机、可编程控制器和自动化仪表组成，每组PLC可单独作为一个分控站。分控站对污水处理的工艺过程进行分散控制，再由通讯系统、数据服务器、监控计算机组成的中央控制系统及中央控制室对全厂集中管理。该系统由三层组成，从上到下依次为信息管理层、控制层和设备层的金字塔结构，实现系统“集中管理、分散控制”的理念。其结构如图1所示：
图1 此次升级改造工程在原有系统的基础上新增设了1个中控室和4个分控站，并将原分控站作为分控子站纳入到新系统中。各分控站与中央控制室之间通过工业以太网进行数据通讯。网络系统采用光纤环型工业以太网，1000Mbps传输速率，全双工通信。网络系统如图2所示：
图24、改造过程中解决的技术难题 4.1、原有PLC系统的集成升级改造的重点之一是：在保证原有系统正常运行的基础上，新系统需将原有系统纳入其中。由于原系统为10多年前的老系统，CPU模块及通讯模块的许多方面已不适合继续使用，在纳入新系统的同时，需对不适用的地方进行改造或更新。在改造方面，在原PLC基础上更换了通讯模块，CPU模块更新了软件，在中控室重新编制上位软件并将原上位软件功能完整集成。
4.2、工艺设备自带PLC系统纳入主系统中
污水处理工艺中包含有甲醇投加系统、加药系统、脱水系统等，各系统自带PLC系统，PLC品牌、型号不同。此次升级改造工程的上位软件使用的是GE公司的iFIX软件，PLC采用的是施耐德公司的Modicon Quantum系列产品，其他子系统采用的则有西门子公司的200、300系列PLC。将不同品牌、不同协议的系统集成进自控网络，还要保证系统的稳定就成了最大难点。针对这个问题，该系统采用了大量的第三方通讯软件及驱动，尽量利用常用的通讯协议如MODBUS、OPC等，这样就避免了各系统之间的通讯冲突问题，保证了系统的稳定性。
4.3、双中控室
此次改造原有中控室的同时，在另一处新增加一个中控室。两个中控室均能够对现场仪表及设备进行读取数据、状态监测和远程控制，能够同时记录工艺过程仪表及出水水质监测仪表的数据。两个中控室的任何操作不能相冲突。解决这个问题首先就需要对两个中控室的操作权限做出限制及操作确认，这样可以避免由于误操作而对现场设备造成的影响；其次就是控制限时方式，即当任一中控室对某一设备进行控制操作后，另一处的控制只能在规定的时间后生效，这样避免两个中控室同时控制，造成系统故障，也避免了由于频繁操作而对设备造成的损坏。
4.4、DLP显示屏
原系统的工艺流程图全部在模拟盘上显示，模拟盘只能静态的以线条形式显示工艺流程，已经不能满足现代化生产的需要。为了能够更形象，更直观的看到工艺过程参数及画面，在此次改造过程中安装了DLP大屏。DLP显示屏可以将多台计算机的显示画面融合、叠加显示。这样，操作人员就可以在监测工艺流程的同时查看该处的实时监控画面，及时掌握现场情况。
4.5、高清电视监控系统数字化
为了使操作人员更直观的监控污水处理的工艺过程，需将原有的电视监控系统进行了改造。首先，对原电视监控摄像机进行更换并在各重点工艺流程位置加装高清摄像机，同时使用高质量的视频编码器。视频编码器可将电视监控的模拟信号转换成数字信号，并通过以太网的TCP/IP协议进行传送。为了保证电视监控系统的画面质量，在视频转数字的格式上，选择的是清晰度较高但相对较占带宽的D-one格式。这样，就在保证了画面质量的同时也保证了电视监控信号能够融入整个工业控制网络中。
4.6、二网合一
由于将电视监控的视频信号转换为TCP/IP协议数字信号，百兆带宽的网络已明显不能满足系统的需要。为了保证系统数据的正常传输，需将光纤环网扩展成为千兆网络，这样就达到了使工业控制网络和视频监控网络二网合一，可以通过计算机接入环网查看数据或监控摄像机的实时视频，在节省投资成本的同时大大的提高了系统的灵活性。使用环网的另一个好处在于，即使网络的任意一处出现断点，网络仍然是连通的，不会影响到整体的系统运行，保证了系统网络的稳定性及可靠性。
5、结论 目前，该项目已通过天津市环保局环保验收，并通过环境保护部核查。该厂自投入运营以来，自控系统运行稳定、可靠，各项性能指标均达到了设计的要求，运行成本大大降低，节能环保效果显著，出水水质稳定，达到了国家1级标准，创造了良好的经济效益和社会效益。参考文献：
[1] 顾启峰，李玉庆，彭金利.天津污水处理厂升级改造工艺技术优选.全国城镇污水处理厂除磷脱氮及深度处理技术交流大会 论文集，江苏无锡2010.[2] 段永康.浅谈工业以太网的服务和应用.工业以太网与现场总线，1003-0492（2004）04-0040-03.
