基于PLC的DCS控制系統在污水處理廠中的應用

　　隨著國民經濟建設的快速發展，各級政府對環境保護更加關注，各地陸續新建了一大批污水處理廠。這些新建的污水處理廠根據自身特點，對控制系統的性能和價格提出了新的要求。
　　重慶市奉節污水處理廠采用CASS工藝對生活污水進行處理，日處理量為3萬噸。其DCS系統以高性價比的PLC為控制單元，采用商用計算機為監控站。整個系統在實現生產自動化的情況下，有效降低了系統成本，從2004年投產至今運行情況良好。
1 生產工藝簡介
　　污水處理是一種連續的生化反應過程，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：
　　（1）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。
　　（2）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。
　　（3）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）污泥產量低，污泥性質穩定，不發生污泥膨脹。
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為三峽庫區國債項目建設的第一批污水處理廠，根據實際的工藝要求及建設特點，該項目對控制系統提出了如下要求：
　　（1）受控設備控制點數在800點內。控制工藝較為復雜，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。
　　（2）控制系統須成熟可靠，便于調試和維護。
　　（3）考慮到會有第三方產品，網絡通訊及其協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設備，基本不帶現場總線通訊能力，所以輸入、輸出控制還是以傳統的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。
　　經過比較，該廠的自動化控制系統采用以PLC為基礎的DCS控制系統，該系統在滿足生產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
　　傳統DCS是針對流程工業的儀表控制系統發展起來的，主要功能是實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展起來的，主要功能是實現開關量的邏輯控制。
　　一般來說，PLC是一種局部的控制器，但隨著應用規模的擴大以及工業以太網的出現，多臺PLC能夠互連起來而形成的較大控制系統。與單個的PLC相比有幾點重大的改變：
　　（1）在網絡上掛接了在線的通用計算機，其作用一是實現系統組態、編程和下裝，二是在線監視被控過程的狀態。這樣，一個具有現場控制層和協調控制層的DCS雛形就出現了。
　　（2）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。
　　（3）越來越多的PLC廠家把專用的網絡改成為通用的網絡，這樣就使PLC有條件和其它各種計算機系統和設備實現集成，以組成大型的控制系統。
　　上述幾點改變使得PLC組成的系統具備了DCS的形態。由于PLC產品已經進入市場多年，其I／O接口、編程方法、網絡通信都趨于標準化和適應開放系統的要求，同時通過擴展能夠增加現場總線通訊功能。加上PLC在價格上的優勢，使得PLC在分布式控制系統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勢。
2．3 奉節污水處理廠DCS系統配置及構成
　　DCS控制系統以工業以太網這種開放式的網絡結構為基礎，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，通過以太網采集各設備的狀態信號并用RS232的通訊方式與馬賽克屏通訊，將生產的整個流程以及設備狀態顯示出來。