城市污水處理是政府的重點(diǎn)工程，一些大的城市每天要處理污水幾十萬立方米乃至幾百萬立方米。城市污水處理工程自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求采用集散型控制系統(tǒng)，采取“集中監(jiān)測(cè)，分散控制”的原則，由廠級(jí)中央監(jiān)控工作站和現(xiàn)場(chǎng)分散控制站組成全廠工業(yè)控制網(wǎng)?，F(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)與二臺(tái)中央調(diào)度計(jì)算機(jī)之間的通訊采用以通訊光纖為介質(zhì)的高速工業(yè)以太網(wǎng)。

　　一、系統(tǒng)的要求：

　　1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　控制網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備容量>128臺(tái)，通訊波特率>5MB，通訊距離>2KM，在出現(xiàn)故障時(shí)增加或刪除一個(gè)節(jié)點(diǎn)，都不會(huì)影響其它設(shè)備的運(yùn)行和通訊。

　　1.2故障診斷

　　控制系統(tǒng)應(yīng)具有自診斷功能，可以在運(yùn)行中診斷出系統(tǒng)的部件是否出現(xiàn)故障，并且在監(jiān)控軟件中及時(shí)、準(zhǔn)確地反映出故障狀態(tài)、故障時(shí)間、故障地點(diǎn)、及相關(guān)信息。在系統(tǒng)發(fā)生故障后，I／O的狀態(tài)應(yīng)返回到系統(tǒng)根據(jù)工藝要求預(yù)設(shè)置的狀態(tài)上。

　　1.3通訊系統(tǒng)的性能

　　控制系統(tǒng)應(yīng)是開放的控制系統(tǒng)。它除了具有良好的網(wǎng)絡(luò)通訊能力外，通訊結(jié)構(gòu)應(yīng)采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)環(huán)形冗余結(jié)構(gòu)。還應(yīng)具有與其它控制系統(tǒng)通訊功能和標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)外通訊接口，網(wǎng)絡(luò)連接應(yīng)無特殊要求。

　　1.4擴(kuò)展性和兼容性

　　為了保證在工廠擴(kuò)建或改造時(shí)滿足工廠的控制要求，控制系統(tǒng)應(yīng)具有較強(qiáng)擴(kuò)展能力，并且系統(tǒng)的關(guān)鍵部件如主機(jī)、電源及通訊網(wǎng)絡(luò)均可進(jìn)行擴(kuò)展。

　　1.5控制網(wǎng)絡(luò)要求

　　安全可靠、迅捷高效的控制網(wǎng)絡(luò)是成功的過程自動(dòng)控制系統(tǒng)的先決條件，對(duì)于分布式自動(dòng)化控制系統(tǒng)更是如此。本項(xiàng)目的通信系統(tǒng)采用以光纖為傳輸介質(zhì)的冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它包括：

　　☆工業(yè)以太網(wǎng)，傳輸速率為10MB／S

　　☆現(xiàn)場(chǎng)總線，傳輸速率為9.6KB／S至12MB／S(波特)，可根據(jù)需要自由設(shè)定。

　　工業(yè)以太網(wǎng)作為整個(gè)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)總線，用于連接中央控制室內(nèi)的各種設(shè)備(包括工程師站和操作員站)和各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站。

　　二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　自控系統(tǒng)采用美國(guó)AB公司生產(chǎn)的CONTROLLOGIX系列PLC，PLC控制系統(tǒng)的組成如下：

　　如上所示，自控系統(tǒng)的組成主要包括：

　　2.1PLC現(xiàn)場(chǎng)控制站

　　現(xiàn)場(chǎng)控制站的PLC系統(tǒng)的主要功能是遠(yuǎn)程I/O模塊和通訊的功能，它主要包括模擬輸入模塊、數(shù)字輸入模塊、數(shù)字輸出模塊、以及通訊模塊。

　　2.2主PLC控制站

　　主PLC控制站的主要功能是通過預(yù)先編制好的控制程序，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制站I/O模塊所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、運(yùn)算并相應(yīng)的輸出結(jié)果。主PLC控制站還通訊功能，包括和PLC現(xiàn)場(chǎng)控制站之間的通訊和與中央控制站之間進(jìn)行通訊。它的組成主要包LIM1（PLC的CPU）、通訊模塊和電源等。

　　2.3控制網(wǎng)絡(luò)

　　自控系統(tǒng)包括如下網(wǎng)絡(luò)：

　　2.3.1工業(yè)以太網(wǎng)

　　工業(yè)以太網(wǎng)是一種帶有沖突檢測(cè)的多點(diǎn)數(shù)據(jù)通訊方法(CSMA/CD)，使用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議，大慶東城污水處理廠自控系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)來完成中央控制站和現(xiàn)場(chǎng)控制站之間的數(shù)據(jù)傳遞，利用工業(yè)以太網(wǎng)，可以充分的利用系統(tǒng)資源，數(shù)據(jù)的傳送可以暢通無阻，因?yàn)樗捎脟?guó)家標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議，所以它可以方便地進(jìn)行連接和擴(kuò)充，并且可以在國(guó)際互連網(wǎng)上，獲得污水處理廠的數(shù)據(jù)信息。AB的CONTROLLOGIX系統(tǒng)通過ENET模塊，來實(shí)現(xiàn)在以太網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳遞。

　　2.3.2PLC控制網(wǎng)絡(luò)(CONTROLNET)

　　控制網(wǎng)絡(luò)是一種高速確定性的網(wǎng)絡(luò)，用于對(duì)時(shí)間有苛刻要求的應(yīng)用場(chǎng)合的信息傳輸，它為對(duì)等通訊提高了實(shí)時(shí)的控制和報(bào)文傳送服務(wù)。CONTROLLOGIX系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)對(duì)同一鏈路上的I/O、實(shí)時(shí)互鎖、對(duì)等通訊等，均具有相同的帶寬。對(duì)離散和連續(xù)的過程控制應(yīng)用場(chǎng)合，均具有確定性和可重復(fù)性的功能。在控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)的多信道廣播、對(duì)等數(shù)據(jù)的多信道廣播。通過CBNR通訊模塊，可以輕松地完成CONTROLNET控制網(wǎng)絡(luò)的通訊功能。

　　2.3.3中央控制室計(jì)算機(jī)

　　中央控制室計(jì)算機(jī)采用力控組態(tài)軟件來完成實(shí)時(shí)控制和監(jiān)測(cè)功能。

　　三、控制方案概述

　　儀表和動(dòng)力設(shè)備均設(shè)有兩種控制方式，即現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制方式和集中控制方式，以集中控制方式為主。集中控制主要在值班控制室的PLC控制臺(tái)上由值班操作員進(jìn)行。集中控制方式又分為自動(dòng)控制方式和手動(dòng)控制方式。雖然在中央控制室也可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表和設(shè)備進(jìn)行必要的直接操作控制，但中央控制室主要是執(zhí)行管理和監(jiān)督功能和對(duì)重要設(shè)備的運(yùn)行及停止給出允許指令。

　　3.1調(diào)節(jié)池控制

　　進(jìn)入污水處理廠的污水首先進(jìn)入調(diào)節(jié)池，以對(duì)水量和水質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)池內(nèi)的4個(gè)潛水泵對(duì)應(yīng)有4個(gè)電動(dòng)碟閥。潛水泵和電動(dòng)碟閥的控制分手動(dòng)方式和自動(dòng)方式。在自動(dòng)方式下，當(dāng)調(diào)節(jié)池水位高于75%時(shí)，4臺(tái)潛水泵和其對(duì)應(yīng)的電動(dòng)蝶閥全都起動(dòng)和打開。當(dāng)調(diào)節(jié)池水位在50~75%時(shí)，只起動(dòng)3臺(tái)潛水泵并打開和其對(duì)應(yīng)的3臺(tái)電動(dòng)蝶閥。當(dāng)調(diào)節(jié)池水位在25~50%時(shí)，只起動(dòng)2臺(tái)潛水泵并打開和其對(duì)應(yīng)的2臺(tái)電動(dòng)蝶閥。當(dāng)調(diào)節(jié)池水位在低于25%時(shí)，只起動(dòng)1臺(tái)潛水泵并打開和其對(duì)應(yīng)的1臺(tái)電動(dòng)蝶閥。當(dāng)調(diào)節(jié)池水位低于低限設(shè)定值時(shí)潛水泵停泵，電動(dòng)蝶閥全關(guān)。在手動(dòng)方式下，操作員可根據(jù)情況對(duì)每臺(tái)潛水泵和其對(duì)應(yīng)的電動(dòng)蝶閥單獨(dú)操作。

　　調(diào)節(jié)池的攪拌機(jī)可根據(jù)潛水泵運(yùn)行信號(hào)自動(dòng)起動(dòng)，也可由操作員手動(dòng)起動(dòng)。自動(dòng)起動(dòng)方式下，攪拌機(jī)可分組起動(dòng)或全部起動(dòng)。手動(dòng)起動(dòng)方式下，每臺(tái)攪拌機(jī)均可單獨(dú)操作。

　　流量計(jì)FI-101增加進(jìn)水流量累計(jì)軟功能塊，對(duì)進(jìn)水流量進(jìn)行累計(jì)，數(shù)據(jù)存在中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫中，可隨時(shí)調(diào)用和打印。

　　3.2細(xì)格柵間與沉砂池的控制

　　細(xì)格柵間設(shè)回轉(zhuǎn)式機(jī)械格柵2臺(tái)（1用1備）。細(xì)格柵間前后各裝有啟閉機(jī)和液位差計(jì)。去渣設(shè)備可根據(jù)液位差（如大于某設(shè)定值）或定時(shí)自動(dòng)起動(dòng)，也可由操作員手動(dòng)起動(dòng)。

　　沉砂池的行車式刮砂機(jī)和砂泵可根據(jù)設(shè)定的時(shí)間自動(dòng)同步運(yùn)行或由操作員手動(dòng)控制運(yùn)行。當(dāng)刮砂機(jī)在池上往返運(yùn)行一個(gè)來回后，刮砂機(jī)和砂泵自動(dòng)停機(jī)。

　　流量計(jì)FI-102增加進(jìn)水流量累計(jì)軟功能塊，對(duì)進(jìn)水流量進(jìn)行累計(jì)，數(shù)據(jù)存在中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫中，可隨時(shí)調(diào)用和打印。

　　3.3初沉池及配水井的控制

　　初沉池配水井有3個(gè)啟閉機(jī)，2個(gè)啟閉機(jī)分別控制到2個(gè)初沉池的進(jìn)水，第3個(gè)啟閉機(jī)控制跨越初沉池的旁路。

　　初沉池裝有液位計(jì)，以指示其液位變化。當(dāng)液位超過設(shè)定的上限時(shí)，自動(dòng)打開啟閉機(jī)將水送入對(duì)應(yīng)的A/O生化反應(yīng)池。

　　刮泥機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)由PLC進(jìn)行監(jiān)控。刮泥機(jī)可自動(dòng)或手動(dòng)運(yùn)行。

　　3.4廠區(qū)排水泵池的控制

　　廠區(qū)排水泵池的控制分手動(dòng)控制方式和自動(dòng)控制方式。

　　在自動(dòng)控制方式下，當(dāng)廠區(qū)排水泵池水位在50~75%時(shí)，起動(dòng)一臺(tái)排水泵。當(dāng)廠區(qū)排水泵池水位在75%以上時(shí)，起動(dòng)另一臺(tái)排水泵。

　　當(dāng)廠區(qū)排水泵池水位回落到75%以下時(shí)，停一臺(tái)排水泵。當(dāng)廠區(qū)排水泵池水位回落到50%以下時(shí)，停另一臺(tái)排水泵。

　　在手動(dòng)控制方式下，操作員可指定任一排水泵的起、停。

　　3.5A/O生化反應(yīng)池與鼓風(fēng)機(jī)的控制

　　每座生化反應(yīng)池分五個(gè)廊道，每個(gè)廊道都裝有溶解氧指示儀表。在好氧段有送風(fēng)管，送風(fēng)管入口設(shè)有電動(dòng)蝶閥。操作員可根據(jù)各廊道溶解氧指示儀的指示值決定該廊道電動(dòng)蝶閥的開啟。

　　在絕氧段設(shè)水下攪拌器3臺(tái)。水下攪拌器設(shè)定為“自動(dòng)”運(yùn)行狀態(tài)后將連續(xù)運(yùn)行，除非故障或手動(dòng)停機(jī)。

　　一期工程設(shè)3臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)，2用1備，每個(gè)鼓風(fēng)機(jī)出口設(shè)一電動(dòng)蝶閥。

　　當(dāng)溶解氧值還未達(dá)到要求時(shí)，自動(dòng)起動(dòng)第2臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)以增加風(fēng)量，直至滿足要求。

　　3.6二沉池的控制

　　監(jiān)視二沉池的泥位，溫度，溶解氧和出水量。

　　監(jiān)視二沉池出口的PH值,COD值,BOD值，氨氮值，溶解氧值。

　　3.7污泥池控制

　　污泥泵池設(shè)4臺(tái)回流污泥泵，其工作程序同調(diào)節(jié)池的抽水泵工作程序相同。但回流污泥泵除受泥位高低控制外，還受進(jìn)水量大小變化的控制，原則上污泥回流量與進(jìn)水量為1:1。

　　每臺(tái)泵在上述任一條件滿足后起動(dòng)；反之，當(dāng)兩個(gè)停機(jī)控制條件同時(shí)滿足時(shí)方可停泵。

　　監(jiān)視進(jìn)入A/O生化反應(yīng)池的污泥壓力和MLSS值。

　　根據(jù)工藝要求和工廠穩(wěn)定操作后，每天定時(shí)定量起動(dòng)潛污泵，將剩余污泥排入污泥間。

　　3.8污泥間控制

　　監(jiān)視剩余污泥的流量和污泥累計(jì)量。

　　監(jiān)視污泥液位和MLSS值。

　　當(dāng)污泥液位高于上限值時(shí)，起動(dòng)螺桿泵，將污泥送入污泥脫水間。

　　四、總結(jié)

　　采用AB的CONTROLLOGIX和力控的組態(tài)軟件，采用上圖的硬件結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的要求。