自動(dòng)化控制技術(shù)在污水處理廠的應(yīng)用進(jìn)展

陳銀庫

（中冶華天南京自動(dòng)化工程有限公司，江蘇 南京 210019）

引言

自動(dòng)化控制系統(tǒng)是指計(jì)算機(jī)經(jīng)通信網(wǎng)絡(luò)與帶有通信接口的檢測(cè)元件、控制設(shè)備、執(zhí)行器件連接起來，以便利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)智能化管理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控、集中數(shù)據(jù)處理、集中調(diào)度、集中分析，此乃新型的生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)。隨著PLC、SCADA、FCS、DCS等技術(shù)的優(yōu)化升級(jí)，自動(dòng)化控制技術(shù)也面臨新的發(fā)展機(jī)遇。國外污水處理廠很早便開始應(yīng)用到自動(dòng)化控制技術(shù)，例如20世紀(jì)70年代美國污水處理廠實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。與國外發(fā)達(dá)國家相比，我國污水處理廠直到20世紀(jì)90年代后期方才首次引進(jìn)自動(dòng)控制系統(tǒng)，而且多屬對(duì)國外成套自控設(shè)備的直接引進(jìn)，即國產(chǎn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用相當(dāng)少。自此以后經(jīng)歷的幾次大的變革使自動(dòng)化控制水平逐步提升至較高水平。目前，我國污水處理廠應(yīng)用的自動(dòng)化控制系統(tǒng)當(dāng)屬基于工業(yè)以太網(wǎng)+FCS的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)最先進(jìn)，為國際最先進(jìn)的自動(dòng)化系統(tǒng)。下文著重介紹污水處理廠自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展。

1 污水處理廠自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展

總體而言，我國污水處理廠自動(dòng)化控制技術(shù)經(jīng)歷過可編程控制器（PLC）、集中分散型控制系統(tǒng)或分散控制系統(tǒng)（DCS）、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）、監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCDAD系統(tǒng)）四大階段，本文著重從上述方面淺析我國污水處理張自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展。

1.1 PLC

PLC是指基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的新型工業(yè)控制裝置，同時(shí)PLC作為繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)化升級(jí)，具體具有實(shí)現(xiàn)開關(guān)量邏輯控制的功能；PLC作為面向現(xiàn)場(chǎng)的控制裝置，具體具有抗擾能力強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，因此對(duì)惡劣的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境具有很好的適應(yīng)性；PLC作為局部的控制器，若干PLC互連起來便能夠構(gòu)成更具應(yīng)用價(jià)值的控制系統(tǒng)。針對(duì)污水處理廠，不同的污水處理工藝要求自控系統(tǒng)根據(jù)不同的要求應(yīng)用PLC。污水處理廠往往設(shè)有總控室與若干現(xiàn)場(chǎng)控制站，同時(shí)站間經(jīng)信息層網(wǎng)絡(luò)或控制器層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)連接，隨后再與總控室實(shí)現(xiàn)連接，其中總控室的工作站、計(jì)算機(jī)、圖形站均經(jīng)信息層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)連接，進(jìn)而與現(xiàn)場(chǎng)控制站形成高速數(shù)據(jù)交換、分散控制、集中管理的工廠級(jí)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。總體而言，PLC自控系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)與選型能夠有效提高污水處理廠運(yùn)行的自動(dòng)化與高效性。

1.2 DCS

DCS是指CRT顯示技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合的高科技控制裝置，具體用來完成數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)管理、過程控制，此外亦屬4C技術(shù)的結(jié)合，即對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視、管理、操作、分散控制。傳統(tǒng)的DCS源自流程工業(yè)的儀表控制系統(tǒng)，具體用來完成連續(xù)物理量的調(diào)節(jié)與監(jiān)視，同時(shí)全廠工業(yè)控制網(wǎng)由現(xiàn)場(chǎng)分散控制站、廠級(jí)中央監(jiān)控工作站組成。目前，我國污水處理廠已廣泛采用基于PLC+工業(yè)以太網(wǎng)的DCS控制系統(tǒng)，同時(shí)具有十分理想的應(yīng)用效果。

1.3 FCS

FCS作為全球最新型的控制系統(tǒng)，20世紀(jì)90年代便開始走向?qū)嵱没撕蟊阋匝该偷乃俣劝l(fā)展成自動(dòng)化技術(shù)的特點(diǎn)。FCS是指經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)把組成自動(dòng)化系統(tǒng)的控制器、執(zhí)行器、傳感器連接起來，同時(shí)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸實(shí)現(xiàn)信號(hào)的直接專遞，此外實(shí)現(xiàn)各種設(shè)備的協(xié)調(diào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。目前，全球自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用的現(xiàn)場(chǎng)總線具體包括CAN、HART、FF、LONWORKS、MODBUS、PROFIBUS等。FCS作為第五代過程控制系統(tǒng)，具體從DCS或PLC發(fā)展起來，同時(shí)也是以集散控制系統(tǒng)、儀表控制系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)為基礎(chǔ)，因此，仍采用大量的DCS與PLC系統(tǒng)、模擬儀表。由此可見，自動(dòng)化控制必定發(fā)展成始終圍繞FCS、PLC、DCS系統(tǒng)的新型網(wǎng)絡(luò)化、智能化、信息化、標(biāo)準(zhǔn)化、開放性的控制系統(tǒng)。總體而言，污水處理廠FCS系統(tǒng)的應(yīng)用不僅推動(dòng)污水處理領(lǐng)域的革新，同時(shí)也推動(dòng)污水處理廠朝向自動(dòng)控制發(fā)展。

1.4 SCDAD系統(tǒng)

SCDAD系統(tǒng)具體包括執(zhí)行設(shè)備層、控制設(shè)備層、上位監(jiān)視層三部分，具體實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)程或本地自動(dòng)控制生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、全面實(shí)時(shí)監(jiān)控工藝流程及向管理層提供所需數(shù)據(jù)等功能。污水處理SCDAD系統(tǒng)主要經(jīng)計(jì)算機(jī)、控制裝置、儀表等設(shè)備設(shè)施自動(dòng)檢測(cè)、管理及控制污水處理工程，進(jìn)而提高污水處理系統(tǒng)運(yùn)行的有效性、經(jīng)濟(jì)性、安全性。除此以外，實(shí)時(shí)控制與自動(dòng)化監(jiān)測(cè)污水處理工藝，能夠?qū)崿F(xiàn)污水處理效率的提高及處理能耗的降低。總體而言，SCDAD經(jīng)遠(yuǎn)程通信便可組成分級(jí)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)污水處理廠進(jìn)行遠(yuǎn)程或本地集中監(jiān)控與調(diào)度，以及實(shí)時(shí)傳輸信號(hào)與在線遙控?zé)o人值守遠(yuǎn)程站。

2 結(jié)語

綜上所述，污水處理自控系統(tǒng)作為網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的綜合體，能夠?qū)崿F(xiàn)污水處理工業(yè)自動(dòng)化控制的智能化、網(wǎng)絡(luò)化作業(yè)，此乃我國污水處理行業(yè)未來的發(fā)展方向。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)化升級(jí)，遠(yuǎn)程管理與遠(yuǎn)程訪問必定日漸被應(yīng)用到污水處理行業(yè)。但若想增強(qiáng)國家綜合實(shí)力，我國必須加強(qiáng)對(duì)自動(dòng)化技術(shù)的研究，以提高自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用水平，進(jìn)而縮短我國綜合實(shí)力與西方發(fā)達(dá)國家間的差距。除此以外，受到電子信息技術(shù)發(fā)展浪潮的影響，我國必須盡快掌握現(xiàn)代自動(dòng)化系統(tǒng)的某些關(guān)鍵性技術(shù)，同時(shí)應(yīng)盡快研發(fā)出更標(biāo)準(zhǔn)、更快速、更可靠的自動(dòng)化產(chǎn)品，以實(shí)現(xiàn)我國污水處理行業(yè)的高水平發(fā)展，并最終實(shí)現(xiàn)我國綜合國力的增加。

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