羅克韋爾自動控制技術在巖東污水處理廠的應用

摘 要:本文介紹了羅克韋爾自動化ControlLogix PLC控制系統和上位機監控軟件RSVIEW32在巖東污水處理廠中的應用及其網絡構成。該系統可靠性高，采集數據準確快捷，自動化程度高，工作人員維護量小，操作靈活，很好地滿足了污水處理工藝要求。

關鍵詞:PLC自動控制網絡

中圖分類號:TP273文獻標識碼:A文章編號:1674-098x(2011)06(b)-0023-02

巖東污水處理廠位于浙江省寧波市北侖區中部，日處理污水12萬t規模，采用氧化溝污水處理工藝。其自控系統以高性價比的ControlLogix PLC為控制單元，采用工控機為監控站，整個系統在實現生產自動化的情況下，有效降低了系統成本，運行情況良好。

1 污水處理工藝和主要控制功能

1.1 巖東污水處理廠工藝

污水經市政污水管道收集進入污水廠，經一級處理后進入二級生化處理設施——厭氧池和氧化溝，去除污水中溶解的COD及氮、磷等有機污染物，去除的污染物以剩余污泥的形式經二沉池沉淀分離。經二沉池固液分離后的凈化水進入接觸池，大部分送入再生水廠進行深度處理，小部分直接排海，工藝流程見圖1。

1.2 主要控制功能

主要電控設備的控制采用就地控制、現場控制、中央控制的三層控制模式，控制級別由高到低為:手動控制、遙控控制、自動控制。

手動模式:通過就地電控箱或MCC開關柜的按鈕實現對設備的啟停操作。

遙控模式:即遠程手動控制方式。操作人員通過中控系統操作站的監控畫面用鼠標或鍵盤來控制現場設備。

自動方式:設備的運行完全由各分控站根據污水處理廠的工況及工藝參數來完成對設備的啟?？刂?，而不需要人工干預。

1.3 控制系統介紹

1.3.1 格柵的控制系統

根據超聲波液位計測得的格柵前后水位差值自動控制格柵的運行。當格柵停止運行的時間超過設定值時，系統轉為時間控制。PLC系統將根據軟件程序自動控制輸送機、機械格柵的順序啟停、運行、停車以及安全連鎖保護。

1.3.2 水泵自動控制系統

在泵房設超聲波液位儀表，根據水位測量儀測得的泵房水位值自動控制多臺水泵的啟停運行。當泵房水位高至某一設定的水位值時，PLC系統將按軟件程序自動增加水泵的運行臺數;相反，當泵房水位降至某一設定的水位值時，PLC系統將按軟件程序自動減少水泵的運行臺數。

1.3.3 生物池自動控制系統

生物池的生物處理過程就是由PLC按照檢測儀表的實時測量值和預先編制的控制程序相互配合來調節表曝機的曝氣量。

1.3.4 污泥脫水的自動控制

污泥脫水過程按污泥脫水系統自身PLC預先編制的程序控制運行。上位監控管理計算機可遠程監測污泥脫水系統全部設備的運行狀態和故障報警。

1.3.5 回流污泥量的自動調節

根據生物池的進水量控制回流污泥泵的運行時間，實現進水量與污泥回流量的合理配比。通過監控管理系統和就地控制系統的操作面板，可以設定回流污泥比例和污泥回流泵的運行時間。

3 系統組成及功能

本廠的自控系統由計算機控制管理系統和儀表檢測系統兩大部分組成?？刂乒芾硐到y遵循“集中管理、分散控制、資源共享”的原則，采用了集散型二級分布式計算機控制系統。由可編程序控制器(PLC)及自動化儀表組成檢測控制系統——現場分控站，以控制分區為對象，具有獨立的區域控制能力，能接受中央控制室的調控，但不依賴中央控制室的存在，對污水處理廠各過程進行分散控制;再由中央控制室，對全廠實行集中管理。全廠設置了一座中央控制室，四座現場分控站。

3.1 通訊網絡系統

從污水廠自動控制系統的構成和分布來看，自動控制系統具有系統檢測點多、執行機構分散、連鎖性控制要求高等特點。從先進性、可靠性、經濟性等諸方面考慮，本廠組建的工廠網絡系統是一個集管理、監控功能于一體的網絡通訊系統。通訊系統采用開放的集中管理、分散控制網絡，控制網絡由二級網絡三個層次組成:

3.1.1 二級通訊網絡

1)第一級為監控管理級:中央控制室至管理系統星形拓撲結構的100M以太網;

2)第二級為現場控制級:現場分控站至中央控制室總線拓撲結構的ControlNet高速率通訊總線。

3.1.2 三個層次

1)第一層為信息層，即中央控制室與各現場分控站間由ControlNet環形數據總線網絡進行數據通信，對等通訊方式(光纜，環網冗余，速率5Mbit/s自適應);2)第二層為控制層，即現場分控站與遠程I/O子站的通訊，采用開放的，國際上認可的遠程總線網絡;

3)第三層為設備層，集散控制系統與現場控制箱、高低壓開關柜之間的通訊，采用開放的，國際上認可的現場總線。系統網絡圖如圖2所示。

3.2 PLC控制系統

全廠設置四座現場分控站，四座現場分控站為:PLC1——設于1號變電站，與MCC1合建;PLC2——設于2號變電站，與MCC2合建;PLC3——設于加氯間;PLC4——設于污泥脫水機房。主要設置如下:

1號現場分控站設在1號變電站，負責采集粗格柵及進水泵房、細格柵及漩流沉砂池等項目的各種信號，并按中央控制室的指令對相關設備進行調節和控制;

2號現場分控站設在2號變電站，負責采集初沉池、厭氧池、氧化溝、污泥泵房、排海提升泵房等項目的各種信號，并按中央控制室的指令對相關設備進行調節和控制;

3號現場分控站設在加氯間，負責采集二沉池、接觸池、加藥間、加氯間等單元的各種信號，并按中央控制室的指令對相關設備進行調節和控制;

4號現場分控站設在污泥脫水泵房，負責采集儲泥池、污泥脫水機房等單元的各種信號，并按中央控制室的指令對相關設備進行調節和控制。

PLC控制系統主站采用美國羅克韋爾自動化公司的ControlLogix系列。ControlLogix可編程控制器是羅克韋爾自動化公司致力于發展的新一代控制理念Logix控制平臺，在這一個平臺上，用戶就可以實現順序控制、過程控制、傳動或運動控制的任意組合控制。靈活的ControlLogix平臺允許用戶混合使用多個處理器、多種網絡和I/O，而沒有任何限制。隨著應用的不斷擴展，用戶可以使用Netlinx系統結構，通過EtherNet/IP，ControlNet和DeviceNet網絡來實現控制和設備組態以及信息采集。

3.3 中央控制系統

中央控制室內配置一個獨立的計算機系統(由中央控制室操作員站、工程師站及資料站等組成)，負責統一協調、管理污水處理控制系統。采用基于客戶機/服務器結構的Windows XP操作系統和美國羅克韋爾公司的RSVIEW32組態軟件，在此平臺上設計開發用戶界面友好、操作簡單的專用監控軟件，滿足工藝控制要求。

監控計算機采用冗余結構，實現對整個污水廠的數據采集、故障實時報警、遠程監控等功能。通過Control Net協議總線網絡與PLC控制站連接，采集實時工控和生產數據。通過RSVIEW32軟件的圖形組態功能，可以動態的顯示整個污水廠的工藝流程和設備工作狀態，具備友好的人機界面。通過鼠標可以對整個廠各設備進行遠程控制。操作員站、工程師站分別側重監控或管理功能，故障時互為備用，具有靈活的運行方式，即使當其中一臺操作員站出現故障，另一臺也能夠完全獨立地運行。據此可保證控制和數據采集的高可靠性。系統中的每臺計算機能隨時獨立完成圖象管理控制、數據保存、系統再生、數據處理等的不同任務。

4 結語

寧波巖東污水處理廠建成后，自控系統穩定運行，實現了污水處理廠的自動化運行。ControlLogix 系統可靠性高，自動化程度高，工作人員維護量小操作靈活，出水水質達到國家排放標準。巖東污水處理廠的建成和平穩運行，不僅提高了北侖區域和海域的環境質量，改善了人民的生活環境，并且為北侖經濟的可持續發展發揮了積極作用。

參考文獻

[1]鄧李.ControlLogix系統實用手冊[M].北京:機械工業出版社，2008，1.

[2]黃允凱，談英姿.深入淺出NetLinx網絡架構[M].北京:機械工業出版社，2008，9.