基于PLC的DCS控制系統(tǒng)在污水處理廠中的應用

　　隨著國民經(jīng)濟建設的快速發(fā)展，各級政府對環(huán)境保護更加關注，各地陸續(xù)新建了一大批污水處理廠。這些新建的污水處理廠根據(jù)自身特點，對控制系統(tǒng)的性能和價格提出了新的要求。
　　重慶市奉節(jié)污水處理廠采用CASS工藝對生活污水進行處理，日處理量為3萬噸。其DCS系統(tǒng)以高性價比的PLC為控制單元，采用商用計算機為監(jiān)控站。整個系統(tǒng)在實現(xiàn)生產(chǎn)自動化的情況下，有效降低了系統(tǒng)成本，從2004年投產(chǎn)至今運行情況良好。
1 生產(chǎn)工藝簡介
　　污水處理是一種連續(xù)的生化反應過程，有氧化溝工藝、AO、SBR、CASS等眾多不同的處理工藝。奉節(jié)污水處理廠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，屬于改進型SBR工藝的一種，由格柵井、CASS 池、鼓風機房、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：
　?。?）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。
　?。?）抗沖擊力強，對難降解有機物的去除效率高，同時具有脫氮除磷功能。
　?。?）工藝流程短，占地面積小，建設費用低，運轉費用省。
　　（4）管理簡單，運行可靠，出水水質好，無異味。
　　（5）污泥產(chǎn)量低，污泥性質穩(wěn)定，不發(fā)生污泥膨脹。
2 DCS控制系統(tǒng)選型及硬件配置
2．1 DCS系統(tǒng)的選型
　　重慶市奉節(jié)口前污水處理廠為三峽庫區(qū)國債項目建設的第一批污水處理廠，根據(jù)實際的工藝要求及建設特點，該項目對控制系統(tǒng)提出了如下要求：
　?。?）受控設備控制點數(shù)在800點內?？刂乒に囕^為復雜，但是我們所需要的算法并不復雜，基本以時間控制和位式控制為主。
　?。?）控制系統(tǒng)須成熟可靠，便于調試和維護。
　?。?）考慮到會有第三方產(chǎn)品，網(wǎng)絡通訊及其協(xié)議須具備開放性和標準性。
　　（4）測量設備和受控設備均為傳統(tǒng)設備，基本不帶現(xiàn)場總線通訊能力，所以輸入、輸出控制還是以傳統(tǒng)的I／O點為基礎。
　　（5）作為國債投資項目，盡可能在滿足要求的前提下降低造價。
　　經(jīng)過比較，該廠的自動化控制系統(tǒng)采用以PLC為基礎的DCS控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)在滿足生產(chǎn)要求的基礎上其性能和價格上取得了很好的平衡。
2．2 基于PLC的DCS系統(tǒng)
　　傳統(tǒng)DCS是針對流程工業(yè)的儀表控制系統(tǒng)發(fā)展起來的，主要功能是實現(xiàn)連續(xù)物理量的監(jiān)視與調節(jié)。PLC是針對傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)而發(fā)展起來的，主要功能是實現(xiàn)開關量的邏輯控制。
　　一般來說，PLC是一種局部的控制器，但隨著應用規(guī)模的擴大以及工業(yè)以太網(wǎng)的出現(xiàn)，多臺PLC能夠互連起來而形成的較大控制系統(tǒng)。與單個的PLC相比有幾點重大的改變：
　?。?）在網(wǎng)絡上掛接了在線的通用計算機，其作用一是實現(xiàn)系統(tǒng)組態(tài)、編程和下裝，二是在線監(jiān)視被控過程的狀態(tài)。這樣，一個具有現(xiàn)場控制層和協(xié)調控制層的DCS雛形就出現(xiàn)了。
　?。?）在PLC中增加了模擬量I／O接口和數(shù)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(jiān)測及控制和混合控制的功能。
　　（3）越來越多的PLC廠家把專用的網(wǎng)絡改成為通用的網(wǎng)絡，這樣就使PLC有條件和其它各種計算機系統(tǒng)和設備實現(xiàn)集成，以組成大型的控制系統(tǒng)。
　　上述幾點改變使得PLC組成的系統(tǒng)具備了DCS的形態(tài)。由于PLC產(chǎn)品已經(jīng)進入市場多年，其I／O接口、編程方法、網(wǎng)絡通信都趨于標準化和適應開放系統(tǒng)的要求，同時通過擴展能夠增加現(xiàn)場總線通訊功能。加上PLC在價格上的優(yōu)勢，使得PLC在分布式控制系統(tǒng)領域有著很重要的地位，在很多應用領域具有相當大的競爭優(yōu)勢。
2．3 奉節(jié)污水處理廠DCS系統(tǒng)配置及構成
　　DCS控制系統(tǒng)以工業(yè)以太網(wǎng)這種開放式的網(wǎng)絡結構為基礎，由三個下位控制站PLC0、PLC1、PLC2站，1個上位工程師站、1個上位操作員站組成。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)的整個流程以及設備狀態(tài)顯示出來。