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摘要：在環境保護和環境治理的大環境下，我國各水域對水質達標都有嚴格的規定，而國家環保機構為了進一步提高治理質量和管理效率，開始利用高科技方法實施污水處理工程。現場總線、可編程控制器、集散控制系統、組態軟件在水處理工程中充分的發揮了自動化優勢，使復雜的監控環境，發展為無人監控及網絡控制模式。本文以上海白龍港污水處理廠為例介紹了組態王監控軟件在污水處理系統中的應用，并詳細介紹了PLC、工業以太網、上位機監控等技術在污水遠程集散監控系統中實現的功能以及實現方法。

一 、引言

    上海白龍港污水處理廠位于浦東新區合慶鄉東側長江岸邊，該處已建白龍港預處理廠，新廠擴建位于預處理廠北側長江邊，總用地面積120 Km2。主要包括市中心區、閔行區及浦東新區，這些地區部分為合流制，部分為分流制。上海污水二期系統已建成輸送管道，預處理廠以及污水排放管，其規模為172萬m3/d，服務面積271.7 km2，人口355.76萬，考慮近期污水系統完善尚待時日，故白龍港污水廠近期處理水量為120萬m3/d。按照2001年全年污水規劃，本廠遠期處理水量為210萬m3/d。鑒于該污水規模較大，生產控制系統采用了先進的自動化控制方案，實現對污水處理個流程的控制功能。該控制系統對擴展性、開放性及可持續性，都具有相當高的要求。

二、系統概述

    本系統采用目前國內外污水處理廠廣泛應用并取得良好效果的基于可編程邏輯控制器(PLC)的集散型控制系統，以及監控和數據采集(SCADA)系統。集散型控制系統的特點是將管理層和控制層分開。管理層主要是對全廠的生產過程進行監視、數據存儲和分析; 控制層主要是通過現場PLC或計算機完成各自轄域內工藝過程和工藝設備的自動控制，同時在傳統控制的基礎上，提供了智能控制的可能性。SCADA系統通過現場檢測儀表和網絡設備完成對主要工藝參數的數據采集并對生產流程進行監控。通信網絡采用100Mbps工業以太環網。系統除具備對生產過程的監視和控制功能外，數據處理和網絡通信功能也很強大，對運行階段的生產管理、調度以及科學分析都具有十分重要的意義。本系統考慮到遠期污水廠擴大規模或進行改造，自控設備、通信網絡及上位機管理系統都有可擴展的特點，為了保證正常生產，系統要具備極高的穩定性和可靠性。

三、工藝與功能要求

    污水處理的主要對象是泥和水，泥主要通過沉淀排出，污水則要經過充分反應處理后達標后才能被排出。在污水經過各工序的過程中，每個工序相應的工藝控制設備都需要進行監控。該污水處理廠采用的工藝流程如圖1所示，主要控制部分為加藥間、高效沉淀池、污泥脫水、中水回用等環節。
 

    該系統控制系統包括加藥間控制系統、3套高效沉淀池控制系統、中水可用控制系統、脫水機房控制系統以及6KV配電間電力監控系統，均采用先進的PLC控制，并且由光線環網連接，環網中由組態王作為IO采集站對各控制系統進行數據采集，而上層工作站通過以太網從IO采集站獲得現場數據，分別將數據顯示在不同的監控系統中， 實現的遠程監控的目的。

五、系統配置及功能

    (1)系統硬件配置：

    選用高性能和高可靠性的SIEMENS400系列PLC以及帶PROFIBUS/DP現場總線接口ET200M的網絡控制I/O作為基本控制單元，由3個沉淀池控制PLC（PLC01、PLC02、PLC03）與1個加藥間控制PLC（PLC04）共4個完全獨立的分控制PLC站所組成，4個完全獨立的分控制PLC站通過ETHERNET接口模板及光纖網絡與以組態王為監控系統的上位計算機相連，3個沉淀池分控制PLC站分別監控1#～3#沉淀池，加藥間分控制PLC則監控整個加藥分區域。另外此環網中同時具有中水可用控制系統、脫水機房控制系統以及電力監控系統，也同樣采用PLC分站控制系統，通過光線網絡同組態王為監控系統的上位機系統進行數據通訊，分別獨立于各個系統進行現場控制。

    (2)系統軟件環境：

    與PLC站相連接的監控系統采用組態王軟件，作為人機監控軟件，并且配置為IO數據采集站，以便為各上層控制系統提供數據，實現對各流程的工藝控制、數據管理、數據備份等功能。而上層網絡中控制系統又包括工藝監控工作站、電力監控工作站、管理工作站、工程師站及備份工作站，均采用組態王軟件作為監控系統軟件，通過以太網從IO采集服務器中獲得現場數據，進行遠程設備監控、歷史數據管理、系統功能管理等。

    (3)系統功能實現

    4個分控制PLC站是污水處理中監控系統的基本控制單元，與每個分控制PLC站有關的設備與儀表的監視與控制功能均由各自的分控制PLC完成。根據自控的要求，在整個PLC監控系統的遠程控制中，無論是分控制PLC在自動控制方式時，還是在組態王監控界面上的聯動或單動的手動控制方式時，分控制PLC均不能被旁路。各分控制PLC經由ETHERNET接口模板及光纖網絡接收來自CCR的對整個系統的控制與調度命令，同時把該分控制PLC的運行參數與設備狀態實時送至CCR。CCR是整個污水處理的調度與控制中心。CCR計算機網絡同時通過DDN與RADIO 通訊與數據監控中心相連。

    廠內設有中控室，中控室配置工藝監控工作站、電力監控工作站、管理工作站、工程師站及備份工作站五臺上位機用于現場數據采集、數據管理、系統管理等功能，配置網絡打印機用于數據、報表等打印輸出。

    系統用組態王軟件設計了精美的組態畫面，真實地反映了現場設備的狀態，能夠方便的通過對組態畫面上的可控設備進行操作，部分系統界面圖如下所示：

    1、 系統總貌圖：（如圖4所示）
 

    該系統上位機控制系統具有以下功能：

    1、 對整個系統內的設備及運行結果（泥位、液位、流量）具有控制、監視、參數設定、故障報警、故障診斷功能。

    2、 根據污水處理的工藝邏輯要求，嚴格執行設備開啟、停止、故障或緊急停機的邏輯控制。

    3、 系統動態顯示，畫面將各個工藝流程直觀的顯示在屏幕上，可以實時監控系統設備的工作狀態和參數。

    4、 選擇合理的自動運行模式，使整個系統的運行處于安全穩定的狀態，并能達到污水處理的工藝要求。

    5、 當設備或控制參數接近非正常狀態時，界面有報警提示，并伴有聲音報警。

    6、 進行報警歷史記錄，將故障分類整理歸檔，且報警記錄不可刪除，用于事故分析和追憶。

    7、 歷史數據通過歷史庫進行存儲，操作人員可以方便的生成重要設備和監測指標的運行報表和曲線，并具有隨時進行調用、打印功能。

    8、 系統具有用戶權限管理功能，對工程各關鍵操作都設有不同級別的權限，以保證系統的安全性。

六、總結

    本系統目前已投入運行，系統運行穩定可靠。由于監控系統對整個生產過程都進行了實時監控，操作人員只需要通過監視器就能了解生產運行情況，同時能夠實時掌握工藝過程中各工藝參數的變化情況，并通過聲光報警、語音報警，對所發生的事故能夠及時處理，具有故障自動診斷功能，一旦數據超出正常允許范圍會發出自動停機命令，便于安排運行，檢修計劃，大大提高了工作效率，實現了節能降耗、提高水質的目標，為合理調度提供了決策依據。該系統與廠內其他控制系統均具有數據通訊接口，具有良好的擴展性，能夠為生產管理提供可靠的數據。