污水處理自動化系統(tǒng)的分析與應(yīng)用

摘 要：文章針對我國污水處理自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行了介紹，并對其核心PLC控制器及整體解決方案進行了分析，以及自動化系統(tǒng)在污水處理廠的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：可編程控制器；自動化系統(tǒng)；污水處理

1 前言

隨著科技的快速發(fā)展和人類生活水平的不斷提高，人們對潔凈的水源需求也逐漸提高。水作為人類生活與經(jīng)濟發(fā)展不可缺少的重要資源，水處理自動化系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定逐漸成為城市水資源管理部門關(guān)注的重點。信息技術(shù)、自控技術(shù)的發(fā)展使水處理控制系統(tǒng)的智能化程度明顯提高，PLC與3C技術(shù)結(jié)合由于具有明顯的抗干擾性、穩(wěn)定性及靈活的控制方式而成為水處理自動化系統(tǒng)的主要控制部件，并促進水處理自動化系統(tǒng)智能化程度的提高。

2 水處理自動控制

水處理主要分為污水處理與凈水處理兩種方式，凈水處理控制系統(tǒng)一般分為水廠調(diào)度系統(tǒng)、加氯PLC控制站、濾站PLC控制站、送水泵房PLC控制站等。各控制站的工作相對獨立，以有線網(wǎng)絡(luò)方式進行通訊，并處理送至水廠調(diào)度室的數(shù)據(jù)信息，或?qū)⒛承?shù)據(jù)經(jīng)調(diào)度系統(tǒng)以通訊方式送至調(diào)度中心。

污水處理控制系統(tǒng)通常依據(jù)污水水源的實際情況確定工藝流程，因污水處理工藝的差異而對自控系統(tǒng)的要求也不盡相同。通常整個污水處理廠都是通過控制器層或信息層網(wǎng)絡(luò)將多個現(xiàn)場控制站連接到總控室，總控室利用信息層網(wǎng)絡(luò)將多臺工作站相連，與現(xiàn)場控制站實現(xiàn)控制分散，管理統(tǒng)一的高速數(shù)據(jù)交換的自動化網(wǎng)絡(luò)。水處理廠的控制核心是PLC自控系統(tǒng)，其設(shè)計與選型的合理性對污水廠自動化系統(tǒng)的高效運行至關(guān)重要，而PLC網(wǎng)絡(luò)更是重中之重，直接對污水廠的正常運行起到關(guān)鍵作用。

3 污水自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

污水處理廠自控系統(tǒng)通常由污水廠與廠外泵站兩部分組成。污水處理自動化系統(tǒng)的核心是監(jiān)控系統(tǒng)的PLC與通訊網(wǎng)絡(luò)，其性能對于污水處理自動化系統(tǒng)具有決定性作用，PLC與通訊網(wǎng)絡(luò)的選擇要符合污水處理自動化實際監(jiān)控需求，這是確保污水處理自動化系統(tǒng)性能的關(guān)鍵。

3.1 通信網(wǎng)絡(luò)

國內(nèi)污水處理自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通常采用監(jiān)控總中心、區(qū)域監(jiān)控分中心與監(jiān)控站三級管理體制。監(jiān)控站由于不能直接控制污水處理廠的外場設(shè)備，所以工程界通常把監(jiān)控系統(tǒng)劃按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)劃分為信息層、控制層與設(shè)備層三層。

信息層主要承擔(dān)不同廠家設(shè)備間的信息傳輸，目前常用工業(yè)以太網(wǎng)作為信息網(wǎng)絡(luò)，而且目前絕大部分PLC廠商都支持該網(wǎng)絡(luò)，并基于原有的TCP/IP協(xié)議基礎(chǔ)上研發(fā)出更高實時性的產(chǎn)品。因Ethernet具有的高信息量優(yōu)勢，在污水處理廠自動化系統(tǒng)中各個控制分站與監(jiān)控中心的大量數(shù)據(jù)傳輸主要通過以太網(wǎng)實現(xiàn)。

控制層主要基于現(xiàn)場總線構(gòu)成的隧道區(qū)域控制器網(wǎng)絡(luò)，由于選用標(biāo)準(zhǔn)總線進行組網(wǎng)，不僅在通信中具有較好的實時性，接口還兼容標(biāo)準(zhǔn)的開放協(xié)議，可在總線上很容易連接外場設(shè)備，便于監(jiān)控系統(tǒng)擴展。目前污水處理廠自動化系統(tǒng)中主要應(yīng)用Lon Works、ControllerLink、Inetrtbus等總線，由于其傳輸高速、可靠性高，能夠滿足PLC與計算機、PLC之間及其它設(shè)備間進行大量數(shù)據(jù)高速傳輸。為提高系統(tǒng)可靠性，控制層網(wǎng)絡(luò)多采用線纜和光纖作為傳輸介質(zhì)的環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。設(shè)備層通常通過Device Net、Modbus等總線進行現(xiàn)場設(shè)備與PLC、遠程I/O端口及儀表間的通訊，Device Net由于已成為業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)總線而被廣泛應(yīng)用。

近來年由于以太網(wǎng)應(yīng)用的廣泛而使人們更關(guān)注現(xiàn)場總線，以太網(wǎng)最終能否取代現(xiàn)場總線一直爭論不休。畢竟在某些主要性能指標(biāo)上現(xiàn)場總線有明顯優(yōu)勢。以太網(wǎng)的CSMA/CD訪問方式本質(zhì)上沒有現(xiàn)場總線所采用的令牌環(huán)和令牌總線訪問方式的實時性高，因此協(xié)議封裝、分時訪問控制等方式還不能實現(xiàn)本質(zhì)改變。目前的技術(shù)還不夠成熟，比較穩(wěn)妥的方法是將現(xiàn)場總線應(yīng)用于控制層。隨著以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，在不遠的將來在控制層上還是有可能取代現(xiàn)場總線的。

3.2 監(jiān)控分中心及上位監(jiān)控軟件

監(jiān)控分中心通常設(shè)置多臺工控機用于水廠調(diào)度系統(tǒng)、加氯間、濾站、送水泵房等監(jiān)控，實現(xiàn)污水廠內(nèi)設(shè)備狀態(tài)顯示、自動控制、分析報表等工作。而且還設(shè)置多臺服務(wù)器實現(xiàn)與監(jiān)控中心的通訊。

3.3 選擇PLC

污水處理自動控制系統(tǒng)要求PLC有更高的性能，首先，PLC也是污水處理自動控制系統(tǒng)的控制器核心，要具有穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢，能夠預(yù)處理數(shù)據(jù)并進行集中傳輸，故障保護能力較高；第二，控制分站中的控制器要具有能夠獨立控制分區(qū)各項任務(wù)的能力，當(dāng)監(jiān)控站或者監(jiān)控中心意外停止運行時，相鄰區(qū)域控制器也可以進行數(shù)據(jù)信息交換；第三，某控制站中的控制量如發(fā)生變化，就要按預(yù)定方案采取適宜措施，對相關(guān)區(qū)域設(shè)備進行相應(yīng)調(diào)整。所以，一定要具有實現(xiàn)集中或獨立工作方式，特別是可以在獨立控制時實現(xiàn)與相鄰控制器進行數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)采集存儲處理、容錯等功能模塊。

對整個監(jiān)控系統(tǒng)性能及運營周期等因素綜合考慮后選擇適宜的設(shè)備，特別在氣候環(huán)境條件惡劣情況下以及相對規(guī)模較大的污水處理廠，一定要選用如Schneider的2Quantom系列等性能更高的雙機熱備冗余PLC。

通常環(huán)境下或規(guī)模相對較小的污水處理廠，一般多采用Quantom140系列標(biāo)準(zhǔn)機型作為現(xiàn)場控制器，對工業(yè)以太網(wǎng)與多種現(xiàn)場總線的支持性、系統(tǒng)開放性及兼容性都較好，采用遠程智能分布式結(jié)構(gòu)控制方式，能夠滿足污水處理自動控制系統(tǒng)對信號處理的不同要求。

4 結(jié)束語

綜上所述，國內(nèi)污水處理廠的自動化系統(tǒng)設(shè)計實施正在發(fā)展過程中，系統(tǒng)設(shè)計、結(jié)構(gòu)等方面還有待于進一步完善，污水處理自動化系統(tǒng)在技術(shù)發(fā)展中也不斷進行完善。在系統(tǒng)實際應(yīng)用中，不僅要兼顧系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定與可控，使系統(tǒng)具有技術(shù)先進、經(jīng)濟與可擴展等特點，便于操作維護；而且，不同區(qū)域由于客觀條件各異，而對系統(tǒng)合理集成方式、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等方面在管理上都有不同的要求，力求將系統(tǒng)先進性、穩(wěn)定性、可靠性及經(jīng)濟性相結(jié)合；系統(tǒng)設(shè)計上不僅要涉及系統(tǒng)規(guī)模與設(shè)計方法，還要兼顧新技術(shù)應(yīng)用，使系統(tǒng)不僅技術(shù)先進而且具有實用價值；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通常采用分布式總線控制方式，如Profibus等主從式結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場總線因系統(tǒng)可靠性受到一定制約，不適合全分布式現(xiàn)場總線控制，未來發(fā)展趨勢將采用對等自愈網(wǎng)絡(luò)進行解決；國內(nèi)很多污水處理廠監(jiān)控還存在監(jiān)強控弱現(xiàn)象，有效利用好各種控制信息，對于污水處理廠要針對不同現(xiàn)象，采用不同方式進行合理控制并逐步完善，使污水處理廠自動化系統(tǒng)的建設(shè)更加符合實際需要。

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