集散控制系統(tǒng)在污水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用

付俊彥

（湖北君集水處理有限公司，武漢 430065）

1 工程簡介

本工程為北京首創(chuàng)股份有限公司承建的嵊新污水處理廠一期提標(biāo)工程，日處理規(guī)模為15萬噸，采用粉末活性炭工藝，實現(xiàn)一級A標(biāo)準(zhǔn)提升到地表IV類排放標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)總裝機容量3600kVA，高壓配電采用10kV雙電源回路。

控制水平：滿足工藝要求的電氣供電和控制系統(tǒng)（冗余和熱備份）。整個電氣系統(tǒng)可以實現(xiàn)手動和全自動控制（可切換），要求通過集散控制系統(tǒng)和上位計算機遠程控制，實現(xiàn)整個項目的穩(wěn)定、不間斷和安全的運行，達到排放達標(biāo)[1]。

系統(tǒng)范圍：該項目的電氣設(shè)備、控制儀表、電動機、電動和控制閥門等工藝對象。

2 污水處理系統(tǒng)總要求

建設(shè)規(guī)模：15萬噸/日；

出水水質(zhì)指標(biāo)：COD（mg/l）小于50;氨氮（mg/l）:小于1.5；pH值：6～9；總磷（mg/l）小于0.3；

供水方式：連續(xù)供水；

控制方式：全自動控制。

3 工藝流程說明

原水，經(jīng)過提升泵，到細格柵，到旋流沉砂池，到勻質(zhì)池，到水解酸化池，到初沉池，到氧化溝，到二沉池，到混凝沉淀池，到一級提升泵房，到一級過濾系統(tǒng)，到二級提升泵房，到二級過濾系統(tǒng)，到紫外線消毒，最后排放。其中初沉池和二沉池的污泥，進入污泥脫水系統(tǒng)。

4 控制系統(tǒng)概述

4.1 集散控制系統(tǒng)的介紹

4.1.1 系統(tǒng)簡介

集散控制系統(tǒng)是以微型處理器為設(shè)計基礎(chǔ)，采用控制的功能比較分散、顯示操作很集中、兼顧分而自治和綜合協(xié)調(diào)的設(shè)計原則，是一種先進的儀表控制系統(tǒng)。集散控制系統(tǒng)通常簡稱DCS，也可直譯為“分散控制系統(tǒng)”或者“分布式計算機控制系統(tǒng)”[2]。

它的基本設(shè)計思想是采用控制分散、操作和管理集中，采用多層的分級、合作上自治的結(jié)構(gòu)形式。其主要特征有集中管理和分散控制。目前DCS在電力、冶金、石化、環(huán)保等各行各業(yè)都獲得了比較廣泛的應(yīng)用。

4.1.2 系統(tǒng)組成

①過程控制單元，又可以簡稱為基本控制器或者閉環(huán)控制站，它是集散控制系統(tǒng)的核心部分，主要完成算式的運算功能、順序邏輯功能、連續(xù)控制功能、過程輸入輸出功能、數(shù)據(jù)處理功能報警的檢查功能、通信功能等。此控制單元在各種集散系統(tǒng)中差異較大、控制通路2～64個，固有算法7～212種，類型有比例積分控制、選擇性的控制、非線性增益、位式控制、多項式系數(shù)、函數(shù)計算、史密斯預(yù)估。工作周期為0.1～2s。

②過程輸入/輸出接口，主要是直接與生產(chǎn)過程相連接，可以實現(xiàn)對過程變量進行數(shù)據(jù)采集，并完成數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理，同時對實時數(shù)據(jù)加工，還可以為操作站提供數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對過程變量和狀態(tài)監(jiān)測、打印，實現(xiàn)開環(huán)監(jiān)視，或者為控制回路運算提供輔助數(shù)據(jù)和信息。

③操作員站，操作人員過程監(jiān)視、過程控制操作的設(shè)備。操作員站提供比較好的人機交互操作界面，用來實現(xiàn)集中顯示、集中操作和集中管理等相關(guān)功能。有的操作員站同時可以進行系統(tǒng)組態(tài)的部分或全部上作，同時兼具工程師站的功能。

④高速數(shù)據(jù)通路，又稱作高速通信總線、大道、公路，是一種具有高速通信能力的信息總線系統(tǒng)，一般會采用雙絞線、同軸電纜或者光導(dǎo)纖維組成。為了實現(xiàn)集散控制系統(tǒng)各站之間數(shù)據(jù)的及時傳送，通信系統(tǒng)采用最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，同時遵循嚴(yán)格的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。

⑤管理計算機，集散控制系統(tǒng)的主機系統(tǒng)，一般稱它為上位機系統(tǒng)，這個系統(tǒng)主要用于監(jiān)視全系統(tǒng)的各單位，管理全系統(tǒng)的所有相關(guān)信息，具備進行大型復(fù)雜運算的能力以及對輸入、輸出等控制功能，用以實現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)控制和全廠的優(yōu)化管理。

4.1.3 主要廠家

國內(nèi)的主要供應(yīng)商有：上海新華，杭州優(yōu)穩(wěn)，和利時，浙江威盛，自儀股份、國電智深，上海華文，上海樂華，正泰中自等。

國外的主要經(jīng)銷商有：西屋公司、艾默生、西門子、霍尼韋爾、橫河、羅克韋爾、FISHER-ROSEMOUNT公司等。

4.2 TDC9200集散控制系統(tǒng)的介紹和選型

4.2.1 系統(tǒng)的介紹

SunyTDCS9200采用最新的電子技術(shù)、儀表技術(shù)、最優(yōu)控制理論，吸取多種控制系統(tǒng)的長處，是集成綜合了智能控制儀表、多功能控制器、順序邏輯控制器、PLC功能的集散控制系統(tǒng)[3]。具有控制策略先進、圖形操作界面完美和在線實時組態(tài)工具多樣化；實現(xiàn)工業(yè)過程的實時在線監(jiān)視、記錄、操作、管理，及其連續(xù)的控制、邏輯系統(tǒng)控制、順序邏輯控制的綜合；是一種實現(xiàn)多行業(yè)復(fù)雜多樣工業(yè)自動化構(gòu)想的計算機控制系統(tǒng)。適用于國內(nèi)企業(yè)組建控制系統(tǒng)和對現(xiàn)有控制設(shè)備進行技術(shù)升級改造，如工業(yè)窯設(shè)備、水處理設(shè)備、反應(yīng)器設(shè)備、電加熱爐、發(fā)酵儲罐、食品加工機械、蒸發(fā)器、造紙相關(guān)設(shè)備，以及中小型工業(yè)鍋爐等類似控制要求的工業(yè)設(shè)備或工業(yè)過程。

4.2.2 系統(tǒng)的選型

表1

4.3 TDC9200集散控制系統(tǒng)在工程中的應(yīng)用

4.3.1 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)圖

本系統(tǒng)采用正泰中自工業(yè)控制應(yīng)用軟件V8.0（2048點開發(fā)運行版）、控制模板、單路全隔離萬能AI模塊、32路集成型開關(guān)量輸入輸出混合模板、電源組件、總線底板、SNET交換機等軟硬件相關(guān)產(chǎn)品組成。

4.3.2 系統(tǒng)的監(jiān)控畫面

15萬噸污水處理項目主要由下列五部分組成：

系統(tǒng)登錄畫面：用于操作員登錄、進入系統(tǒng)操作。

流程畫面：工藝主流程界面（如圖2）。

歷史趨勢畫面：用于查詢歷史曲線。

歷史報警畫面：用于查詢報警記錄。

歷史報表：系統(tǒng)運行記錄日報表。

圖2 工藝主流程界面圖

5 應(yīng)用效果

該項目投運一年來，電氣和自控系統(tǒng)部分運行穩(wěn)定可靠，電氣參數(shù)和工藝參數(shù)均達到了設(shè)計的技術(shù)要求，得到了監(jiān)理方和北京首創(chuàng)的一致好評，此項目被甲方評為優(yōu)質(zhì)工程。