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隨著國民經濟建設的快速發(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)生產自動化的情況下，有效降低了系統(tǒng)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(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：
�。�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(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：
�。�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(tǒng)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(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：
（1）在網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。
（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(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(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(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(tài)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(tài)顯示出來。
PLC1安裝在變配電所，負責控制格柵井、污水提升泵、沉砂池、1號CASS池、2號CASS池、3號CASS池、鼓風機房、儲泥池及流量井流量檢測、接觸消毒池的部分檢測控制、配電室的部分電力參數監(jiān)測。
PLC2安裝于加藥間。用于控制加藥間的電磁閥、攪拌器、隔膜泵在內的全套加藥設備。
中央管理中心的兩臺監(jiān)控計算機采用DELL公司的OptiPlex系列臺式機。OptiPlex系列臺式機定位于初級服務器應用，在高性能的前提下其專門設計的鋼絲屏蔽層結構以及散熱系統(tǒng)保證了系統(tǒng)的高可靠性和穩(wěn)定性。所采用的監(jiān)控軟件是基于微軟的Windows 2000平臺的，商用機對操作系統(tǒng)的兼容性比工控機略好。
該廠整個控制的系統(tǒng)信息交換層和控制層兩層合一。采用先進的工業(yè)以太網，具有高速可靠的特點。工業(yè)以太網是以傳統(tǒng)以太網為基礎，針對工業(yè)控制的要求，改良后的一種信息及控制網，具有一網到底和降低網絡造價的特點。
3 自控系統(tǒng)功能
3．1 監(jiān)控軟件
監(jiān)控軟件采用開物2000軟件，開物2000為北京華富慧通開發(fā)的一款通用監(jiān)控軟件，該軟件對OPC通訊方式支持較好。OPC（OLE for ProcessContro1）是基于COM（Component Object Mode1）和DCOM（Distributed Component Object Mode1）技術的面向對象軟件協(xié)議。OPC為現(xiàn)場設備、自動控制應用軟件和企業(yè)管理應用軟件之間提供了開放、一致的接口規(guī)范，為來自不同供應商的軟、硬件提供“即插即用”的連接。
本系統(tǒng)的監(jiān)控軟件和DCS硬件之間的通訊協(xié)議采用OPC方式，ROCKWELL的RSLINX軟件為OPC SEVER端而監(jiān)控軟件作為OPC CLIENT讀取數據，采用該方式通訊避免了監(jiān)控軟件對DCS系統(tǒng)驅動程序支持不完善的情況發(fā)生。
3．2 控制方式X
為便于操作調試和事故的緊急處理，系統(tǒng)控制方式分為三種：
�。�1）就地手動方式。即通過就地控制箱或MCC上的按扭、開關操縱設備。
�。�2）遙控方式。通過中央管理中心的兩臺計算機在手動模式下控制設備。
�。�3）自動方式。系統(tǒng)根據工況自動完成設備的啟停、調節(jié)控制。
遙控和就地控制方式的切換由MCC柜或就地控制箱完成；自動方式和遙控方式的切換由兩臺監(jiān)控計算機完成。
3．3 監(jiān)控功能
兩臺計算機分別作為操作站和工程師站相互備用，設置于中央管理中心，對全廠工藝設備運行狀況、運行參數進行集中監(jiān)控，遙控現(xiàn)場設備。監(jiān)控計算機通過集成的1000M
