于LK冗余方案的紀莊子污水處理廠自控系統升級改造

1引言

紀莊子污水處理廠位于天津市河西區衛津河以西、津港運河以北、紀莊子排污河以南的區域，占地面積30公頃。紀莊子污水處理廠的污水處理工藝采用多級AO處理工藝。紀莊子污水處理廠升級改造工程是天津市污水處理工程項目之一，主要內容包括污水處理廠的工藝設備、電氣設備和自控儀表設備等的升級改造。紀莊子污水處理廠服務于天津市紀莊子排水系統，升級改造工程的設計處理能力為45萬噸/日。

紀莊子污水處理廠升級改造工程的工作內容包括改造老系統曝氣沉淀池、改造老系統初次沉淀池集配水井、改造老系統初次沉淀池、改造老系統初次沉淀池為厭氧池、改造老系統生物池、改造老系統污泥泵房、新建老系統接觸池、改造老系統加氯間、改造擴建系統初次沉淀池為厭氧池、改造擴建系統生物池、新建擴建系統接觸池、改造擴建系統污泥泵房、新建加藥及碳源投加間、新增除臭系統。污水和污泥的處理工藝流程如圖1所示。



2污水處理自控系統的總體設計

2.1系統總體設計

為了保證生產過程的安全可靠性和生產連續性，兩個增補站繼續使用歐姆龍CS1系列PLC，兩個新增站采用基于和利時LK系列PLC的集中和分散相結合的自動化控制系統，實現對全廠工藝參數、電氣參數和設備運行狀態的監測、控制、連鎖、報警以及報表打印等。通過主站和遠程站間的通訊，完成整個工藝流程所必需的數據采集、數據通訊、順序控制、時間控制、回路調節、上位監視和管理等功能。不僅滿足了工藝流程的要求，而且還能實現安全生產，提高生產管理水平。整個系統由1個中央控制室和4個現場控制站組成。現場控制站由PLC系統和檢測儀表組成，對各個工藝過程進行分散控制，再由中央控制室對全廠實行集中管理。

2.2系統網絡結構

本系統的網絡通訊結構具有簡明、高效﹑開放的特點，將以前的五層通訊結構簡化為管理層﹑控制層和設備層等具有優異通信功能的三層網絡，如圖2所示。管理層采用Ethernet網絡，實現PLC與上位機之間、PLC與第三方設備之間的數據通信。控制層采用Profibus-DP網絡，負責各個控制器與IO模塊的通訊。
設備層可以采用串行總線網絡、Ethernet網絡或Profibus-DP網絡等多種。

設備層網絡用于實現開關﹑儀表和人機界面等現場設備與PLC之間的通信。

就地控制具有最高的控制權限。當自控系統由于一些不可抗力導致無法正常運行時，可以通過就地控制保證污水處理過程的連續性。將現場控制箱上的“就地/遠程”旋鈕切換至“就地”位置，通過箱上的“啟動/停止”按鈕實現就地手動控制。



2.3系統結構與配置

根據污水處理工藝的控制要求，污水處理工程自動化控制系統分為三級管理，包括生產管理級（中央控制室）、現場控制級（PLC控制站）和就地控制級。現場各種數據通過PLC系統進行數據采集，并通過主干通訊網絡傳送到中央控制室的監控計算機，實現集中監控和管理。中央控制室和PLC控制站之間的數據通訊采用高速實時工業以太網，網絡結構為環形，傳輸介質為光纖，通訊速率為100Mbps。同樣，中央控制室監控計算機的控制命令也通過上述網絡傳送到PLC，實施對各單元的分散控制。污水廠自動化控制系統拓撲結構與功能配置如圖3所示。




3污水處理自控系統的結構與配置

3.1生產管理級（中央控制室）

中央控制室設有兩臺監控操作站、一臺工程師站、兩臺數據服務器、一臺視頻監視服務器、一套DLP拼接屏、一臺故障打印機、一臺圖表打印機、UPS電源、一臺網絡機柜。中央控制室主要完成對生產過程的管理、調度、集中操作、監視、系統功能組態、控制參數在線修改和設置、記錄、報表生成及打印、故障報警及打印，對實時采集的數據進行處理，控制操作以及分析統計等功能。通過高分辨率液晶顯示器及DLP拼接屏可直觀地動態顯示全廠各工藝流程段的實時工況、各工藝參數的趨勢畫面，使操作人員及時掌握全廠運行情況。同時，中央控制室還配置了專業的工業數據庫軟件King Historian，該項目需要進行歷史數據存儲的變量點數達8000多點，同時對數據的存儲頻率要求很高，普通變量要求30秒鐘記錄一個數據，對于數據精度要求較高的變量，例如“瞬時流量”，要求10秒鐘記錄一次。所存儲的數據包括各監測點水質數據、瞬時流量、累計流量，提升泵、閘門、污泥泵、刮泥機、攪拌機、鼓風機等各設備電壓、電流、功率、耗電量，各設備啟停時間、啟停次數、累計運行時間、故障次數等。