摘要：本文主要介紹了我國目前污水處理廠自動化系統(tǒng)的構(gòu)成、儀表的設(shè)計選型、自控系統(tǒng)的防雷設(shè)計以及自控系統(tǒng)的抗干擾，最后分析了污水處理廠自動化系統(tǒng)的改進(jìn)和發(fā)展。
　　關(guān)鍵詞：污水處理PLC儀表
　　一、污水處理廠自控系統(tǒng)構(gòu)成：
　　根據(jù)污水處理廠的特點及控制要求，污水處理廠自控系統(tǒng)的設(shè)計選用目前國內(nèi)外廣泛使用的PLC集散控制系統(tǒng)，系統(tǒng)分為二層，即現(xiàn)場測控層、生產(chǎn)管理層。二層網(wǎng)絡(luò)是完全開放的、成熟的、先進(jìn)的通訊技術(shù)。能夠與企業(yè)級網(wǎng)絡(luò)和信息系統(tǒng)完全集成。二層網(wǎng)絡(luò)保證一致的應(yīng)用層，信息的共享、訪問應(yīng)避免任何特殊的編程和特殊的網(wǎng)關(guān)設(shè)備。在任何一級網(wǎng)絡(luò)上，都應(yīng)能夠在同一介質(zhì)上實現(xiàn)系統(tǒng)透明瀏覽、編程組態(tài)、實時控制、數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)診斷。網(wǎng)絡(luò)上一般性的信息訪問不應(yīng)影響系統(tǒng)實時控制性能。其中，現(xiàn)場測控層與生產(chǎn)管理層之間通過100M工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和信息交換，現(xiàn)場測控層與生產(chǎn)管理層之間連接通過光纖交換機進(jìn)行，連接介質(zhì)選用光纖；中控室以太網(wǎng)設(shè)備采用五類雙絞線接入交換機。
　　網(wǎng)絡(luò)服務(wù)：系統(tǒng)應(yīng)能夠在同一介質(zhì)鏈路上同時支持?jǐn)?shù)據(jù)采集、編程上/下載，I/O控制等功能。
　　控制層：即現(xiàn)場控制站與設(shè)備配套PLC控制箱之間通過現(xiàn)場總線或以太網(wǎng)連接。
　　為把污水處理廠建設(shè)成為具有較先進(jìn)的現(xiàn)代化污水處理廠，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化與管理信息化，按照安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟合理的原則，采用集中管理、分散控制的管控一體化的PLC+PC控制系統(tǒng)，同時各個生產(chǎn)設(shè)備均設(shè)有現(xiàn)場操作。自控系統(tǒng)由中控操作站和多臺分散的控制分站及通訊網(wǎng)絡(luò)組成。
　　污水廠設(shè)中央控制室，現(xiàn)場設(shè)PLC分控站，PLC采用世界知名公司的最新產(chǎn)品，考慮選擇貨源充足中文資料豐富、備品備件方便，技術(shù)服務(wù)方便、國內(nèi)有維修處的生產(chǎn)商的產(chǎn)品。PLC的選型充分考慮其可靠性、先進(jìn)性、可擴充性，應(yīng)能滿足中高控制性能的要求。對自動化管理水平要求較高的污水處理廠，分控站PLC應(yīng)考慮選用雙機熱備型的PLC（2CPU同時參與計算與數(shù)據(jù)保存，1個CPU控制，1個CPU熱備，故障時平滑切換）。每個PLC分控站的輸入輸出控制點都留有20％以上的余量。
　�、� 現(xiàn)場測控層：
　　現(xiàn)場測控層直接面向生產(chǎn)過程，是計算機測控管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它主要由可編程序控制器（PLC）、液晶顯示操作員終端、在線檢測儀表等組成。
　　各PLC分站分別接受所控制范圍內(nèi)的在線檢測儀表的模擬量信號、電動閘門、水泵電機等設(shè)備運行狀態(tài)的開關(guān)量信號等工藝參數(shù)，并采集現(xiàn)場成套設(shè)備PLC的各類信號進(jìn)行處理和運算，實現(xiàn)程序控制和自動調(diào)節(jié)，并把主要信息向生產(chǎn)管理層主機傳輸，或接受生產(chǎn)管理層主機的指令。現(xiàn)場測控層的主要功能如下：
　　a. 數(shù)字采集功能：具有模擬量、數(shù)字量、脈沖量、狀態(tài)量的實時數(shù)據(jù)采集功能；
　　b. 數(shù)據(jù)處理功能：具有數(shù)字濾波、數(shù)據(jù)暫存、冗余備份、事故追憶等功能；
　　c. 數(shù)據(jù)處理功能：能在液晶顯示操作員終端上顯示文字、表格、圖形、曲線及報警，所有顯示全部漢化；
　　d. 控制輸出功能：具有開關(guān)量、模擬量輸出功能；
　　e. 各現(xiàn)場控制分站控制設(shè)備狀態(tài)和控制；
　　f. 接收中控制室主機的調(diào)度命令，并進(jìn)行相應(yīng)的操作。
　　污水處理廠的動力設(shè)備除電氣設(shè)計中的手動控制方式外，在自動化系統(tǒng)設(shè)計中還有三種控制方式，即現(xiàn)場控制、集中控制和自動控制�，F(xiàn)場控制是在現(xiàn)場測控終端的操作面板上對設(shè)備進(jìn)行獨立鍵控，集中控制是現(xiàn)場測控終端聯(lián)網(wǎng)組態(tài)下由中央控制室主機完成對全廠所有工藝電氣設(shè)備的控制；自動控制是自動化系統(tǒng)根據(jù)各種工藝參數(shù)檢測值和狀態(tài)，按照預(yù)定測控程序自動完成特定功能的控制。
　　三種控制方式可在現(xiàn)場測控終端操作員面板和中控室主機上進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以滿足實際工作中調(diào)試、檢修和自動運行的需要。
　�、� 生產(chǎn)管理層：
　　生產(chǎn)管理層設(shè)置于廠內(nèi)中心控制室，負(fù)責(zé)監(jiān)視全廠污水處理過程中各工藝參數(shù)的變化，設(shè)備狀態(tài)和運行管理�？刂剖以O(shè)有兩臺操作站，互為熱備用，設(shè)一套投影裝置，其主要功能為：
　　監(jiān)控現(xiàn)場PLC控制站，實時接收PLC站采集的工藝參數(shù)、電氣參數(shù)以及各種生產(chǎn)設(shè)備運行狀態(tài)信息，對各工藝參數(shù)和動力設(shè)備的運行進(jìn)行實時顯示、記錄、分析、統(tǒng)計、事故報警、打印、存儲等，在彩色顯示器上顯示動態(tài)工藝流程圖并在圖中相應(yīng)位置顯示被測工藝參數(shù)的實時值，動力設(shè)備的運行情況，已發(fā)生的事故，顯示模擬量檢測值的各班，日，月，年曲線圖，直方圖，趨勢圖等。
　　操作人員通過計算機鍵盤或鼠標(biāo)，可遙控現(xiàn)場PLC控制站，控制動力設(shè)備的開/停，設(shè)定工藝參數(shù)越限事故的上下限值，也可人工設(shè)定各現(xiàn)場PLC的控制參數(shù)。
　　編制和打印各種生產(chǎn)報表，供管理人員作經(jīng)濟成本分析及提高經(jīng)濟效益。
　　二、現(xiàn)場分控站：
　　根據(jù)污水處理廠工藝流程和總平面布置，為了節(jié)省電纜，以就近采集和單元控制為劃分區(qū)域的原則，污水處理廠一般可設(shè)4個分控站，4個分控站位置分別是預(yù)備處理、生化反應(yīng)池、污泥脫水間、鼓風(fēng)機房。每座分控站內(nèi)分別配置以下主要控制設(shè)備：
　　1． 可編程序邏輯控制器（PLC）1套
　　2． 不間斷電源（UPS）及過電壓保護(hù)裝置1套
　　3． 隔離裝置1套
　　4． 可編程終端（觸摸屏）1套
　　現(xiàn)場的可編程序邏輯控制器分別對所控制范圍內(nèi)的工藝過程進(jìn)行控制，采集工藝參數(shù)、電氣參數(shù)、電氣設(shè)備運行狀態(tài)及成套設(shè)備PLC控制參數(shù)�，F(xiàn)場設(shè)備控制的基本IO點如下：
　　現(xiàn)場工藝設(shè)備：DI信號：運行/停止信號、手/自動信號、故障信號
　　DO信號：啟/停指令
　　帶變頻控制的設(shè)備加AI和AO點便于設(shè)定和監(jiān)視頻率值，變頻器以總線或以太網(wǎng)與分站PLC通訊。
　　閘門DI信號：手/自動信號、全開狀態(tài)、全閉狀態(tài)、故障信號
　　DO信號：閘門開指令、閘門關(guān)指令
　　液位開關(guān)DI信號：開/關(guān)狀態(tài)
　　工藝儀表：AI信號：儀表4-20mA輸出信號
　　電力儀表：以MODBUS與分站PLC通訊
　　成套設(shè)備：自帶PLC以MODBUS或以太網(wǎng)與分站PLC通訊
　　各現(xiàn)場分控站控制范圍如下：
　　1、PLC1（預(yù)處理）分控站
　　粗格柵及提升泵站、細(xì)格柵、旋流沉砂池的設(shè)備及儀表。
　　2、PLC2（生化反應(yīng)池）分控站
　　生化反應(yīng)池的設(shè)備及儀表。
　　3、PLC3（污泥脫水間）分控站
　　污泥脫水間、貯泥池的設(shè)備及儀表。
　　4、PLC4（鼓風(fēng)機房）分控站
　　鼓風(fēng)機與風(fēng)機配套設(shè)備及儀表。
　　污水廠PLC基本配置如下圖1

　　三、現(xiàn)場檢測儀表
　　現(xiàn)場儀表作為計算機監(jiān)控系統(tǒng)的檢測單元，其性能的優(yōu)劣直接影響到整個計算機監(jiān)控系統(tǒng)的好壞。儀表是現(xiàn)場采集工藝參數(shù)的主要儀器，現(xiàn)場設(shè)置的檢測儀表是污水處理廠實施科學(xué)管理的主要因素之一。所以在污水廠儀表選型中遵循以下原則：
　　1．可靠性
　　由于現(xiàn)場儀表檢測的介質(zhì)成分比較復(fù)雜，儀表安裝的環(huán)境比較惡劣。為了保證污水處理過程的安全、可靠的進(jìn)行，在選擇儀表時選用符合工業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)的、成熟定型的，且經(jīng)過現(xiàn)場使用并證明是成功的產(chǎn)品�？紤]到水質(zhì)及現(xiàn)場環(huán)境的條件，為防止探頭結(jié)垢，盡量選用非接觸式、無阻塞隔膜式、自清洗式的傳感器，且戶外安裝的儀表變送器保護(hù)等級應(yīng)達(dá)到IP65,浸沒在水下的儀表傳感器保護(hù)等級應(yīng)達(dá)到IP68。
　　2．先進(jìn)性
　　在系統(tǒng)可靠性的前提下，先進(jìn)性也至關(guān)重要，因為科學(xué)技術(shù)在發(fā)展，我們選擇的儀表應(yīng)代表著當(dāng)今的科技水平。產(chǎn)品的先進(jìn)性主要表現(xiàn)在：儀表全部采用智能型測量儀表；便于計算機系統(tǒng)連接和維護(hù)管理的方便，具有自動補償功能、具有自診斷、信號保持、故障報警等功能。
　　3．方便性
　　儀表在使用時具有安裝操作方便、簡單易學(xué)、界面清楚、功能實用，維護(hù)人員可以很方便的對儀表進(jìn)行維護(hù)、檢修等操作。儀表應(yīng)采用4~20mA的輸出信號輸出，并帶足專用電纜和安裝附件。
　　四、儀表及控制系統(tǒng)防雷、接地及抗干擾設(shè)計
　　1、儀表及控制系統(tǒng)防雷、接地：
　　在儀表、控制系統(tǒng)選型上注重防雷過電壓保護(hù)器的選擇，儀表、控制系統(tǒng)與電氣系統(tǒng)共用接地，在系統(tǒng)設(shè)計上、配線上充分考慮采取抗干擾措施，保證信息系統(tǒng)的接地與安全。
　　對交流電源線根據(jù)導(dǎo)線所通過的防雷保護(hù)區(qū)和不同的供電方式，在被保護(hù)設(shè)備前安裝達(dá)到以下指標(biāo)要求的防雷器：
　　當(dāng)電源進(jìn)線（單相220VAC）從直擊雷非防護(hù)區(qū)(LPZOA)進(jìn)入第一防護(hù)區(qū)(LPZ1)時，設(shè)置防雷器，防雷器的保護(hù)參數(shù)符合如下要求：
　　雷電沖擊電流Iimp：≤100KA（10/350μs）；
　　電壓保護(hù)級別Up：≤1.5kV；
　　響應(yīng)時間：≤100ns。
　　當(dāng)電源進(jìn)線（單相220VAC）從直擊雷防護(hù)區(qū)(LPZOB)進(jìn)入第一防護(hù)區(qū)(LPZ1)時，防雷器（或組合）的保護(hù)參數(shù)符合如下要求：
　　最大放電電流Imax：≤40KA（8/20μs）；
　　電壓保護(hù)級別Up：≤1.5kV；
　　響應(yīng)時間：≤25ns。
　　對從LPZO區(qū)進(jìn)入LPZ1區(qū)的各類現(xiàn)場總線和4－20mA模擬量信號電纜，電纜兩端的防雷器（或組合）的保護(hù)參數(shù)符合如下要求：
　　沖擊流通容量Isn：≤20kA（8/20μs）；
　　響應(yīng)時間：≤1ns。
　　若現(xiàn)場儀表為四線制，分別對儀表的信號和電源進(jìn)行保護(hù)。
　　防雷器在確保系統(tǒng)正常運行的前提下，能夠承受預(yù)期通過它們的過電壓，并完善的保護(hù)電子設(shè)備。對于安裝在戶外的雷電保護(hù)裝置，使用IP65的保護(hù)箱。
　　防雷電接地系統(tǒng)應(yīng)嚴(yán)格按GB50057-94（2000版）和GB50343-2004規(guī)定中對屏蔽、接地和等電位連接要求以合適的方法與電氣接地系統(tǒng)相連接。防雷接地、儀表及控制系統(tǒng)的保護(hù)接地、工作接地采用等電位接地方式，接地電阻應(yīng)<1Ω。
　　2、抗干擾：
　　污水處理廠自控系統(tǒng)的干擾源主要有來自系統(tǒng)內(nèi)外的電磁干擾、系統(tǒng)電源干擾、雷擊干擾。
　　合理布線，避免信號線與交流電源線并行，解決了來自內(nèi)部的電磁干擾。
　　設(shè)備放置于接地良好的機柜內(nèi)，屏蔽了電磁干擾。
　　采用防浪涌不間斷電源，解決了外部電源的電源干擾，同時采用防浪涌輔助通信接口，解決了來自通信線路的雷擊干擾。
　　報警輸出入端、通信裝置、485總線控制器均帶有防雷和過壓保護(hù)器件進(jìn)行防雷擊保護(hù)。
　　五、結(jié)束語
　　目前我國污水處理廠自控系統(tǒng)設(shè)計還有不完善的地方，在以后的設(shè)計中要著重考慮自控系統(tǒng)的實用性、穩(wěn)定性和先進(jìn)性，根據(jù)污水處理的工藝流程及控制要求合理配置自控系統(tǒng)，使自控系統(tǒng)在實現(xiàn)工藝控制的同時也能節(jié)約系統(tǒng)成本。
　　污水處理廠自控系統(tǒng)未來將會向智能化發(fā)展，通過自控系統(tǒng)的智能化來降低污水處理廠的勞動力成本，自控系統(tǒng)的逐步改進(jìn)，將使得污水處理廠自動化系統(tǒng)的建設(shè)更趨合理。
　　參考文獻(xiàn)：
　　1、藍(lán)海濤，污水處理廠自動監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，電腦與信息技術(shù)，2005.6
　　2、高大文彭永臻等主編，污水處理智能控制的研究、應(yīng)用與發(fā)展，中國給水排水，2002，18(6).－35－39
　　3、崔福義彭永臻編著，《給水排水工程儀表與控制》，中國建筑工業(yè)出版社出版，1999年12月第一版
　　4、崔福義彭永臻編著，《給水排水工程計算機應(yīng)用》，中國建筑工業(yè)出版社出版，2002年2月第二版
　　

轉(zhuǎn)載請注明來自：http://www.jinnzone.com/zidonghualw/5547.html