基于PLC的DCS控制系統在污水處理廠(chǎng)中的應用

　　隨著(zhù)國民經(jīng)濟建設的快速發(fā)展，各級政府對環(huán)境保護更加關(guān)注，各地陸續新建了一大批污水處理廠(chǎng)。這些新建的污水處理廠(chǎng)根據自身特點(diǎn)，對控制系統的性能和價(jià)格提出了新的要求。
　　重慶市奉節污水處理廠(chǎng)采用CASS工藝對生活污水進(jìn)行處理，日處理量為3萬(wàn)噸。其DCS系統以高性?xún)r(jià)比的PLC為控制單元，采用商用計算機為監控站。整個(gè)系統在實(shí)現生產(chǎn)自動(dòng)化的情況下，有效降低了系統成本，從2004年投產(chǎn)至今運行情況良好。
1 生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介
　　污水處理是一種連續的生化反應過(guò)程，有氧化溝工藝、AO、SBR、CASS等眾多不同的處理工藝。奉節污水處理廠(chǎng)所采用的污水處理工藝為新型改良 CASS（Cyclic Activated Sludge System，循環(huán)式活性污泥法）工藝，屬于改進(jìn)型SBR工藝的一種，由格柵井、CASS 池、鼓風(fēng)機房、加藥間、儲泥池、脫水機房、接觸消毒池組成。該工藝具有以下特點(diǎn)：
　?。?）可升降的潷水器最大限度降低了排水水流對底部沉淀污泥擾動(dòng)。
　?。?）抗沖擊力強，對難降解有機物的去除效率高，同時(shí)具有脫氮除磷功能。
　?。?）工藝流程短，占地面積小，建設費用低，運轉費用省。
　?。?）管理簡(jiǎn)單，運行可靠，出水水質(zhì)好，無(wú)異味。
　?。?）污泥產(chǎn)量低，污泥性質(zhì)穩定，不發(fā)生污泥膨脹。
2 DCS控制系統選型及硬件配置
2．1 DCS系統的選型
　　重慶市奉節口前污水處理廠(chǎng)為三峽庫區國債項目建設的第一批污水處理廠(chǎng)，根據實(shí)際的工藝要求及建設特點(diǎn)，該項目對控制系統提出了如下要求：
　?。?）受控設備控制點(diǎn)數在800點(diǎn)內?？刂乒に囕^為復雜，但是我們所需要的算法并不復雜，基本以時(shí)間控制和位式控制為主。
　?。?）控制系統須成熟可靠，便于調試和維護。
　?。?）考慮到會(huì )有第三方產(chǎn)品，網(wǎng)絡(luò )通訊及其協(xié)議須具備開(kāi)放性和標準性。
　?。?）測量設備和受控設備均為傳統設備，基本不帶現場(chǎng)總線(xiàn)通訊能力，所以輸入、輸出控制還是以傳統的I／O點(diǎn)為基礎。
　?。?）作為國債投資項目，盡可能在滿(mǎn)足要求的前提下降低造價(jià)。
　　經(jīng)過(guò)比較，該廠(chǎng)的自動(dòng)化控制系統采用以PLC為基礎的DCS控制系統，該系統在滿(mǎn)足生產(chǎn)要求的基礎上其性能和價(jià)格上取得了很好的平衡。
2．2 基于PLC的DCS系統
　　傳統DCS是針對流程工業(yè)的儀表控制系統發(fā)展起來(lái)的，主要功能是實(shí)現連續物理量的監視與調節。PLC是針對傳統的繼電器控制系統而發(fā)展起來(lái)的，主要功能是實(shí)現開(kāi)關(guān)量的邏輯控制。
　　一般來(lái)說(shuō)，PLC是一種局部的控制器，但隨著(zhù)應用規模的擴大以及工業(yè)以太網(wǎng)的出現，多臺PLC能夠互連起來(lái)而形成的較大控制系統。與單個(gè)的PLC相比有幾點(diǎn)重大的改變：
　?。?）在網(wǎng)絡(luò )上掛接了在線(xiàn)的通用計算機，其作用一是實(shí)現系統組態(tài)、編程和下裝，二是在線(xiàn)監視被控過(guò)程的狀態(tài)。這樣，一個(gè)具有現場(chǎng)控制層和協(xié)調控制層的DCS雛形就出現了。
　?。?）在PLC中增加了模擬量I／O接口和數值計算功能，這樣，PLC就不僅可以完成邏輯控制，也可以完成模擬量監測及控制和混合控制的功能。
　?。?）越來(lái)越多的PLC廠(chǎng)家把專(zhuān)用的網(wǎng)絡(luò )改成為通用的網(wǎng)絡(luò )，這樣就使PLC有條件和其它各種計算機系統和設備實(shí)現集成，以組成大型的控制系統。
　　上述幾點(diǎn)改變使得PLC組成的系統具備了DCS的形態(tài)。由于PLC產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入市場(chǎng)多年，其I／O接口、編程方法、網(wǎng)絡(luò )通信都趨于標準化和適應開(kāi)放系統的要求，同時(shí)通過(guò)擴展能夠增加現場(chǎng)總線(xiàn)通訊功能。加上PLC在價(jià)格上的優(yōu)勢，使得PLC在分布式控制系統領(lǐng)域有著(zhù)很重要的地位，在很多應用領(lǐng)域具有相當大的競爭優(yōu)勢。
2．3 奉節污水處理廠(chǎng)DCS系統配置及構成
　　DCS控制系統以工業(yè)以太網(wǎng)這種開(kāi)放式的網(wǎng)絡(luò )結構為基礎，由三個(gè)下位控制站PLC0、PLC1、PLC2站，1個(gè)上位工程師站、1個(gè)上位操作員站組成。其拓撲結構如圖1所示。

　　PLC0控制站安裝在中央管理中心的大屏幕馬塞克模擬顯示屏內，通過(guò)以太網(wǎng)采集各設備的狀態(tài)信號并用RS232的通訊方式與馬賽克屏通訊，將生產(chǎn)的整個(gè)流程以及設備狀態(tài)顯示出來(lái)。