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北京機械工業(yè)自動化研究所成立于1954年，是一家大型自動化技術(shù)研究單位。其下屬的自控中心多年來一直致力于水處理、自動生產(chǎn)線和水力電力領域自控系統(tǒng)的研究開發(fā)和應用。代表項目有：三峽南北兩岸的大壩自控項目、重慶長安汽車廠生產(chǎn)線自控項目、北京小紅門水廠污水處理自控項目、蘭州水廠供水自控項目、邯鄲鐵溪水廠供水自控項目、張家口水廠污水處理自控項目等。
　　廣西南寧江南水廠污水處理控制及監(jiān)控系統(tǒng)為廣西重點工程，建設資金來源于世行。北京機械工業(yè)自動化研究所自控中心承擔了該項工程。該工程包括：污水處理廠及城區(qū)配套截污干管。水處理能力為24×104 m3/d，處理工藝采用了A2/O生物法。即城市污水 →格柵 →污水泵 →沉砂池 →A2/O生物池→沉淀池→排放。處理后的廢水達到《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)。剩余污泥經(jīng)過濃縮、脫水后外運填埋或作堆肥?，F(xiàn)在常用的污水處理工藝包括氧化溝處理、地表滲漏法、A/O生物法、A2/O生物法。而A2/O生物法作為污水處理行業(yè)其中一種成熟、有效的處理方法被業(yè)界廣泛應用。
　　二、工藝描述、系統(tǒng)控制內(nèi)容
　　該系統(tǒng)的工藝主要包括污水處理和污泥處理兩個環(huán)節(jié)。
　　1、污水處理環(huán)節(jié)
　　 其作用是將污水經(jīng)過層層處理后，終滿足排放要求，污水處理工藝流程如圖一所示。。
　　1.1、粗格柵
　　功能：去除污水中較大的漂浮物。
　　控制方式：時間控制、液位差控制。
　　1.2、進水泵房
　　功能：提升污水的水位。
　　控制方式：根據(jù)吸水井液位進行控制。在主站設定幾個液位值，根據(jù)測得的液位值與設定液位值比較，自動增、減泵運行臺數(shù)，并且自動累計每臺泵運行時間，實現(xiàn)泵的自動輪換運行。
　　1.3、細格柵
　　功能：去除污水中較小的漂浮物，特別是絲狀、帶狀漂浮物，保證后續(xù)處理系統(tǒng)的正常運行。
　　 控制方式：根據(jù)時間及格柵前后液位差控制。
　　1.4、沉砂池
　　功能：去除污水中比重大于2.65，粒徑大于0.2mm的無機砂粒，以保證后續(xù)流程的正常運行。
　　控制方式：根據(jù)時間進行控制。
　　1.5、生物池
　　功能：利用微生物降解和去除污水中的污染物質(zhì)，達到預期的水質(zhì)凈化目的。A2/O生物脫氮除磷工藝由厭氧、缺氧和好氧三個生物反應過程組成。
　　控制方式：水下攪拌器連續(xù)運行，并對鼓風機及電動空氣調(diào)節(jié)蝶閥進行閉環(huán)控制
　　1.6、回流污泥泵
　　功能：將一定數(shù)量的活性污泥回流到生化處理系統(tǒng)，以維持生化系統(tǒng)活性污泥的濃度，保證其生化反應的能力
　　控制方式：根據(jù)生物池的污泥濃度，計算出回流污泥比，再換算成污泥回流量，自動控制回流污泥泵的運行臺數(shù)。同時自動累計單臺泵運行時間，實現(xiàn)自動輪換運行。
　　1.7、 沉淀池
　　功能：對生化處理后的混合液進行固液分離，以保證出水水質(zhì)。
　　控制方式：根據(jù)時間及泥位計控制。
　　

　　
　　圖一、污水處理工藝流程圖
　　2、 污泥處理部分
　　其作用是將污泥經(jīng)過處理后，脫離出來，以便可以外運填埋或作堆肥。
　　2.1、剩余污泥泵房
　　功能：將生化系統(tǒng)產(chǎn)生的剩余污泥提升至污泥貯泥池進而至脫水機房。
　　控制方式：根據(jù)進水流量及進水BOD值，計算出總的產(chǎn)泥量，以自動控制剩余污泥泵的運行臺數(shù)，自動累計泵單臺的運行時間，實現(xiàn)自動輪換運行。設定吸泥井液位的高低限報警，達到高限報警時自動啟動排泥泵或減小沉淀池排泥量。
　　2.2、污泥濃縮及脫水系統(tǒng)
　　功能：降低污泥含水率，減少污泥體積。
　　控制方式：系統(tǒng)能根據(jù)進來的污泥量自動控制設備的運行臺數(shù)，根據(jù)進來的污泥量及污泥含固率自動控制加藥量，對儲藥罐的液位及藥量進行監(jiān)測。對濃縮機、脫水機、加藥系統(tǒng)和螺旋輸送器狀態(tài)進行遠程監(jiān)控。
　　另外，系統(tǒng)還包括沉砂系統(tǒng)、1#除臭系統(tǒng)、鼓風機、2#除臭系統(tǒng)、紫外消毒系統(tǒng)等配套設備。這些配套設備既可以獨立運行，又可以和各PLC控制站進行數(shù)據(jù)通訊。值得注意的是，由于各成套設備的生產(chǎn)廠家各不相同，所以通訊協(xié)議也不盡相同。
　　上述工藝要求給控制系統(tǒng)提出苛刻的控制要求：
　　 （1）控制系統(tǒng)要采用分散控制
　　 根據(jù)系統(tǒng)分散控制的原則，須設置4個PLC現(xiàn)場控制站對總變電所控制站和鼓風機房控制站、脫水機房控制站、出水井分變電室控制站、污泥泵房變電室控制站進行控制。由于設備繁多、功能復雜以及程序大，所選PLC控制系統(tǒng)需具備強大的處理能力。
　　 （2）控制系統(tǒng)要支持多種不同網(wǎng)絡通訊
　　 江南水廠污水處理自控系統(tǒng)是一個集中監(jiān)視管理、分散控制的PLC控制系統(tǒng)。控制中心、控制站通過有線網(wǎng)絡連接。各有分工，既能獨立工作，又能在統(tǒng)一指揮下協(xié)調(diào)工作?？刂普竞推渌涮自O備也需通過網(wǎng)絡進行通訊。為了實現(xiàn)這些目的所選PLC控制系統(tǒng)必須支持多種網(wǎng)絡協(xié)議。
　　二、系統(tǒng)設計
　　根據(jù)國內(nèi)外城市水系統(tǒng)的運行管理情況以及我們在該行業(yè)中的實踐經(jīng)驗，依照國際自動控制領域的發(fā)展趨勢，本著安全可靠,簡單實用,先進(十年不落后)的原則，我們采用了施耐德的高端PLC控制產(chǎn)品，充分發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢，以施耐德UNITY控制平臺和開放的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡體系為，采用的控制器、第三方控制設備、智能變送器、網(wǎng)絡架構(gòu)及工控軟件產(chǎn)品為用戶提供了一個由計算機、PLC、現(xiàn)場總線、現(xiàn)場在線儀表組成的多級的、開放的、模塊化的、實時多任務的、集散型的、可擴展的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)。
　　該系統(tǒng)采用集成工業(yè)現(xiàn)場總線、控制總線和高速以太網(wǎng)組成的混合三層體系結(jié)構(gòu)，如圖二所示。
　　
　　
　　圖二、江南水廠污水處理自動控制系統(tǒng)圖
　?、?信息層：
　　信息層以網(wǎng)絡交換機為中心，通訊協(xié)議為TCP/IP，系統(tǒng)架構(gòu)為Internet/Intranet，網(wǎng)絡系統(tǒng)對內(nèi)通信網(wǎng)數(shù)據(jù)吞吐率100Mbps。
　　其中信息層硬件部分主要為中控室的生產(chǎn)管理計算機站、服務器，化驗室計算機站及配套網(wǎng)絡傳輸線路、設備組成，完成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測、控制、通信、顯示及生產(chǎn)管理調(diào)度等功能。軟件系統(tǒng)主要由基于組態(tài)軟件開發(fā)的江南污水廠生產(chǎn)過程控制、運行監(jiān)控、調(diào)度系統(tǒng)以及生產(chǎn)管理（水質(zhì)監(jiān)測、生產(chǎn)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)故障報警信息）信息系統(tǒng)等組成。 該體系結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了對江南水廠生產(chǎn)管理系統(tǒng)軟硬件資源的整合和充分利用，使系統(tǒng)具有更高的兼容性、開放性和安全性。
　?、?控制層：
　　控制層以施耐德 Unity平臺為控制，將分布在各工藝段之間的施耐德 Unity PLC和中央監(jiān)控計算機通過網(wǎng)絡相連，實現(xiàn)控制信號的高速傳輸。施耐德 Unity PLC自動監(jiān)測重要設備的運行狀態(tài)和工藝參數(shù)變化，并對設備進行自動控制。控制層硬件設備主要為施耐德Unity系列PLC（140CPU65150）、操作員面板（XBTG5230）、工業(yè)以太網(wǎng)交換機（）
　　在這里我們要特別提一下控制層的網(wǎng)絡?？刂茖拥木W(wǎng)絡體系采用TCP／IP網(wǎng)絡以及環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)，以光纖為通信介質(zhì)，通過以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)交換機構(gòu)成帶寬為100Mbps的工業(yè)以太網(wǎng)。該網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)為自愈環(huán)網(wǎng)，其應用層采用開放的通訊協(xié)議。當環(huán)網(wǎng)發(fā)生一個光纖斷點時，網(wǎng)絡仍能夠正常工作。作為全廠的控制主干網(wǎng)，工業(yè)以太網(wǎng)光纖環(huán)網(wǎng)能在任何節(jié)點接入設備，而不需要更改從前的站號和配置，充分考慮了今后擴展的方便性。在出現(xiàn)故障時，在線增加或刪除任意一個節(jié)點，都不會影響到其他設備的運行和通訊。
　　根據(jù)工藝流程，全廠共設4套施耐德Unity PLC控制站：
　　LCS1控制站---總變電所控制站
　　主要控制粗格柵、進水泵房、轉(zhuǎn)鼓格柵的設備。LCS1控制站的觸摸屏通過RJ45連接到該站的交換機上。另外，LCS1控制站通過DP網(wǎng)和鼓風機設備廠家配套的PLC進行通訊；通過MB網(wǎng)和沉砂系統(tǒng)PLC、1#除臭系統(tǒng)PLC進行通訊。
　　LCS11控制站---鼓風機房控制站
　　主要控制鼓風機房的設備。LCS11控制站為LCS1控制站的遠程I/O站。本控制站的觸摸屏通過光纖介質(zhì)連接到LCS1控制站的交換機上。
　　LCS2控制站---脫水機房控制站
　　主要控制脫水機房的設備。本控制站的觸摸屏通過光纖介質(zhì)連接到LCS1控制站的交換機上。
　　LCS3控制站---出水井分變電室控制站
　　主要控制出水泵房、回流污泥房、剩余污泥泵房、二沉池的設備。本控制站的觸摸屏通過光纖介質(zhì)連接到LCS1控制站的交換機上。
　　LCS4控制站---污泥泵房變電室控制站
　　主要控制曝氣池的設備。本控制站的觸摸屏通過光纖介質(zhì)連接到LCS1控制站的交換機上。
　　另外，LCS4控制站通過MB網(wǎng)和紫外消毒PLC、2#除臭系統(tǒng)PLC進行通訊。
　　(3 )設備層：
　　我們利用施耐德UNITY PLC的MB口，采用MB網(wǎng)絡通訊協(xié)議對MCC柜的各智能變送器進行多點通訊。這種不用傳統(tǒng)I/O模塊而直接采用總線電纜連接的通訊方式，在實現(xiàn)現(xiàn)場離散設備和可編程邏輯控制器（PLC）之間的數(shù)據(jù)數(shù)字化傳輸?shù)耐瑫r，將成本費用減少到小，這種用于低層設備的低成本、高效率信息集成模式，已經(jīng)逐漸成為控制領域的主流。
　　四、調(diào)試體會：
　　 通過親身經(jīng)歷，我們認為施耐德UNITY確實是新一代自動化平臺上的硬件和軟件產(chǎn)品：新軟件的使用可以大大地減少開發(fā)項目的時間，新硬件的使用可以大大地提高系統(tǒng)處理的速度，基于開發(fā)平臺和協(xié)同工具，施耐德UNITY使得設計、制造、維護的自動化水平達到前所未有的高度，從而大大提高了生產(chǎn)效率。下面是我在實踐過程中的小體會：
　　 1、施耐德UNITY PLC具有超強的處理能力、超大存儲空間，并提供全面開放的通訊解決方案。其中，我們使用的140CPU65150兼容了RS 232/485 Modbus/ASCII端口、USB端口、MB+ 端口、USB 終端口、Ethernet TCP/IP 端口，在實現(xiàn)多種網(wǎng)絡的同時，限度節(jié)約了成本。另外，140CPU65150提供了一個數(shù)顯操作屏我們不僅能監(jiān)視CPU狀態(tài)，而且對重要參數(shù)進行操作，這樣極大程度地方便了調(diào)試及維護。
　　 2、施耐德UNITY PRO軟件界面友好、操作簡潔、使用方便。通過施耐德UNITY PRO軟件可以編寫多任務；可以通過多種調(diào)試語言形式編寫程序（不同調(diào)試語言可以在同一程序中混用）；可以使用標準或自建的語句塊，以滿足控制需要；可以根據(jù)要求建立各種類型的人性化變量；在IP和MB+通訊過程中，提供兩種通訊編寫方式；在不需要其它輔助軟件的情況下，提供模擬通訊功能以測試程序；可以編制內(nèi)部畫面，并能模擬監(jiān)控程序；提供多種診斷功能等。這些功能使我們在調(diào)試、維護過程中極大程度地提高了效率。同時這些軟件功能同其它軟件相比也具有性。
　　 3、為了使基于施耐德UNITY平臺的控制系統(tǒng)能夠在高速的情況下穩(wěn)定運行，在選型中一定要選擇施耐德公司的產(chǎn)品或施耐德公司授權(quán)設備，一定不能貪圖便宜選用沒有經(jīng)過施耐德公司的第三方產(chǎn)品。
　　 4、在選擇基于施耐德UNITY平臺的支持DP的主模塊時，須選擇PROSOFT公司的第三方模塊PTQ DPM MV1。另外在配置PROSOFT模塊CONFIG軟件時，須注意配置的GSD文件、從站地址、傳輸數(shù)據(jù)類型、數(shù)量必須和西門子從站一致。
　　 5、調(diào)試前期，由于施耐德UNITY控制系統(tǒng)不支持MB的主站通訊模式，這樣我們就無法做到在不加網(wǎng)橋的情況下，通過內(nèi)置MB口對智能變送器進行通訊。在施納德公司大力的幫助下，我們對施耐德UNITY控制系統(tǒng)進行軟、硬件全面升級，使施耐德UNITY的MB口支持232（點對點）通訊，然后通過添加232-485通訊轉(zhuǎn)換模塊方式，終實現(xiàn)和智能變送器進行MB協(xié)議多點（485）通訊的功能。
　　五、結(jié)束語：
　　在江南水廠項目論證和實施過程中，我們發(fā)現(xiàn)施耐德公司新推出并推崇的施耐德UNITY系統(tǒng)具有高可靠性、高穩(wěn)定性、以及靈活的可擴展功能、強大透明和對復雜環(huán)境及處理要求的適應性，為水廠的少人值守管理模式，提供了良好的技術(shù)支持。目前該系統(tǒng)正在調(diào)試中，預計年底正式投運，投運后，該廠將能承接相關企業(yè)委托的污水處理業(yè)務。從而獲得可觀的經(jīng)濟效益，更重要的是：根治了污水對城市的污染問題，將取得顯著的社會效益。通過江南水廠污水處理自動控制系統(tǒng)項目的實施，我們認為，施耐德電氣公司的UNITY系列產(chǎn)品以其卓越的品質(zhì)和性能可以為水處理行業(yè)提供一個完整的、全面的解決方案：即構(gòu)造一個基于技術(shù)支撐的，由軟、硬件組成的系統(tǒng)。從底層的智能變送器到控制層的PLC和作為工廠神經(jīng)中樞的控制網(wǎng)絡及現(xiàn)場總線系統(tǒng)，以及輔助操作員進行數(shù)據(jù)采集、處理和分析的軟件與終端，可以充分滿足水處理自動化領域用戶對系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、組態(tài)和控制的需求。