城市污水处理厂自动化系统的结构形式

论述与分析城市污水处理厂自动化系统的结构形式

0 前言

近数十年来，自动化技术的应用范围越来越广泛，应用程度也更加深入。自动化技术的普遍应用，极大地把人类从繁杂的体力劳动和不安全的工作环境中解放出来，显著地改善了人类的工作环境和提高了人类的生活质量。不仅如此，自动化技术的应用，还明显地增强了企业的竞争能力，使企业在激烈的市场竞争中立于不败之地。

随着计算机技术的快速发展和在各个领域的渗透，使基于计算机软硬件技术的自动化技术发展到了一个新的水平，并展示出了强劲的生命力和应用前景。特别是信息时代的到来、计算机网络技术的成熟和迅速普及，给自动化技术提出了新的要求和展示了新的应用前景。可以相信，基于计算机网络技术的自动控制技术将是今天和明天的应用主流。

在总体技术上与其他的西方国家相比，中国的自动化技术领域是一个起步较晚、水平相对落后但发展较快的一个国家。自动化技术在我国的应用，已经产生了巨大的经济效益和社会效益。为了进一步增强国家的实力和与发达国家竞争，我们还必须进一步加强自动化技术的基础研究和深化应用程度。

1 污水处理厂的项目建设总体原则

污水处理厂顶上建设总体原则有如下几条：

·实用性。以解决现实问题为主，坚持为领导决策服务，又为经营管理服务，为生产建设服务。

·先进性。采用成熟的技术，兼顾未来的发展趋势，及量力而行，又适当超前，留有发展余地。

·可扩展性。系统便于扩展，以保护前期投资的有效性和后续投资的连续性。

·经济性。以节约成本为基本出发点，建立一个运行可靠、满足公司实际需求的监控系统。

·易用性。系统操作简便、直观，以利于各个层次的人员使用。

·可靠性。确保系统可靠运行，在关键部分应有安全和容错措施。

·可管理性。系统从设计、器件、设备等的选型都必须考虑到系统的可管理性和可维护性。

·开放性。采用符合国际标准的产品，保证系统具有开放性特点。

2 两个城市污水处理厂自动化系统的结构形式

2.1 结构形式一

中央控制室和厂区三个现场控制站之间以一个冗余的100Mbps

光纤工业以太网环网组成一个有线数据通信网络系统。现场控制站在现场进行工艺检测参数、设备运行工况信号的采集、检测和控制，并通过该站的人机界面对设备运行操作，同时向中央控制室进行实时传送。中央控制室可监视各现场站的全部运行信息，在中央控制室可通过上位计算机控制现场设备的启动和停止。

现场控制站在与设备自带的PLC通讯时，采用Profibus_FMS的方式，其通讯介质为屏蔽双绞线，其通讯速率最大可达1.5Mbit/s。

现场控制站采用西门子S7 400 PLC，CPU采用4163DP高档CPU，具有运算速度快，资源丰富等优点。-计算机监控软件采用西门子WINCC，它具有画面显示、趋势曲线、报警处理、报表处理、数据管理、网上浏览等功能。-整个自控系统体现了西门子全厂一体化的先进自控理念，并且网络结构完全符合现场总线的国际标准。

该模式布置如下所示：

----

2.2 结构模式二

下面一个系统采用了当前国际先进的计算机技术、自动控制技术，网络通讯技术，实现了污水处理厂的测、控、管、信息一体化。

该模式布置如下所示：

3 城市污水处理厂自动化系统各个部分的分析

3.1 污水预处理系统/进水泵房

该PLC工作站设在厂区进水提升泵房控制室，负责监控污水处理厂的预处理工段。其主要控制对象为粗格栅间的粗格栅及进水电动闸门、进水泵房的污水提升泵、沉砂池的排砂装置和砂水分离等设备，此外，还负责进水水质如pH、SS(浊度测量)等参数的在线检测。

3.2 生物处理系统/配电中心

该PLC工作站一般设在全厂的配电中心控制室，负责监控污水生物处理工段。其主要控制对象为生物池的水下搅拌器、水下推进器和曝气设备，污泥回流泵房的污泥回流泵、剩余污泥泵，二沉池的刮吸泥机等设备。此外，其还负责生物池DO、ORP、MLSS；污泥泵房pH、MLSS，配电中心的电气参数如：电流、电压、有功功率，无功功率、有功电能、无功电能等参数的在线检测。

若污水厂生物池采用鼓风曝气时，在系统中还需增设鼓风机房PLC工作站，一般情况下工作站设在鼓风机房配电间控制室，负责监控鼓风机及其辅助设备的运行及风量的调节。

3.3 污水消毒系统/出水泵房

该PLC工作站设在出水泵房控制室。其主要控制对象为出水提升泵、切换井电动阀门以及加氯消毒等设备，此外其还负责出水水质如：余氯、COD、流量等参数的在线检测。

3.4 污泥处理系统/脱水车间

该PLC工作站一般设在脱水车间配电间控制室，负责监控污泥处理工段。其主要控制对象为储泥池的搅拌器、电动阀门，脱水车间的进泥泵、脱水机、浓缩机、加药系统等设备

4 层次化管理模式分析

4.1 集中监视操作层

该层一般设在综合楼或配电中心的中心控制室，由两台工业控制计算机和输入/输出设备等组成。在中心控制室设置大屏幕投影仪或模拟屏，以使值班人员更清晰地监视全厂的生产实况。

4.2 厂区生产管理层

该层由中、高档计算机终端担当的工厂自动化综合服务系统和办公自动化系统组合而成，负责有关的生产管理、成本控制、质量管理、人事管理、财务管理等方面的综合处理，达到优化组合的目标。

为使厂部管理人员更好、更直接地了解全厂生产情况，在厂部一般设置4个计算机终端，即厂长办公室、总工程师办公室、化验室和厂务办公室计算机终端作为厂部生产管理层。

4.3 公司调度层

公司调度系统负责全区域污水处理厂的生产调度及与其他管理

部门或行政主管部门的联系，其对内通过对各污水厂的监控来协调各厂的生产，对外可与其他行业及各级行政主管部门进行通信交换信息。

4.4 网络结构