自控系统的升级改造及应用

摘 要：自控系统组态软件运行于污水处理厂中控室的计算机中，通过现场检测仪表和网络设备完成对主要工艺参数的数据采集并对生产流程进行监控，从而帮助企业更快捷、更准确的的实现生产过程自动化。

关键词：自动控制；设计目标；升级改造

1概述

衡水市污水处理厂始建于1999年，占地面积约十万平方米，日处理污水能力为10万吨。原有自控系统是1999年设计，2002年投入使用，由于没有进行较好的维修保养和升级更新，导致自控系统软硬件设施老化问题严重，已不能适应环保部门对污水处理厂中控系统监督管理的要求，升级改造势在必行。

2014年开始升级改造，此次升级改造工程生物处理工艺为：部分反硝化A/O +后置速分池反硝化工艺，升级改造后出水水质达到一级A标准。

2自控系统简介

衡水市污水处理厂原有自控系统采用二级分布式（集散型）计算机测控管理系统方案，系统由监控管理计算机操作站OPS二套，通讯装置（星形结构）及现场测控级PLC可编逻辑控制器组成。升级改造是在原有自控系统的基础上，充分利用已有的设备和资源，进行网络升级、设备更换、软件更新。升级改造后自动化系统是由检测执行级、区域现场级、中央监控管理级组成的三级计算机分散控制系统。自控网络系统改造为100M/bps全双工环型工业以太网。

3总体要求

应用于污水和污泥处理现场的自控设备要求稳定可靠、易操作、易维护、能长期连续运行。系统的设计以实现“分控站无人职守，中控室值班监控”为目的，设备装置的启、停及联动运转均可由中央控制室远程操纵与调度。

为实现正常工作时的全自动化运行，整个系统采用模块化设计，分布式结构，控制、保护、测量之间既互相独立又互相联系，既考虑正常工作时的全自动化运行，又考虑多种非正常运行状态下的辅助策略。

4设计目标

4.1集中管理、分散控制

由可编程序控制器（PLC）及自动化仪表组成的检测控制系统——现场分控站，对污水处理厂各过程进行分散控制；再由通讯系统、数据服务器、监控计算机组成的中央控制系统——中央控制室，对全厂实行集中管理。

4.2功能完善、管理有序

中央控制室实施全厂的运行监视、生产调度、数据服务和设备管理；通过显示屏和计算机CRT，同时显示静态和动态运行工况。

4.3设备配置合理

仪表配置简洁、可靠、实用，满足污水和污泥处理工艺的要求，连续监测污水和污泥处理过程；成套设备的控制系统利用厂商配套提供的成熟设备。

5系统方案

5.1自控系统

全厂自动化系统采用集散控制系统，对生产过程中的信息能够实时采集、集中管理，实现整体操作、管理和优化。也使得控制危险分散，提高系统可靠性。具体设计方案如下：

5.1.1中央控制系统

中央控制系统以数据服务器为核心，监控工作站冗余配置，设置，采用具有客户机/服务器（C/S）结构形式100M交换式的计算机局域网络，并可与市排水信息中心链接；中央控制室通过光纤环和工业以太网交换机与各现场分控站连接，同时传输数据和视频，传输速率为100Mbps。中央控制室主要设备全部更新换代，设有操作員站、工程师站、数据服务器、视频监控系统、图像显示、数据图表打印记录等装置。拆除现已停用的马赛克模拟屏，改用液晶拼接显示屏，满足升级改造后的全厂集中监控的需要，同时，也可适应视频监控的需求。

5.1.2区域监控系统

利用现有资源，重新整合现有3个现场分控站PLC1～3。升级改造后仍为3个区域监控的现场分控站。具有PLC的区域现场分控站，为“无人职守”工作模式，可以独立运行。现场分控站采用10/100M工业以太网连接升级改造工程的现场控制箱/柜。

5.1.3现场测控系统

采用数字化分布式控制，使污水处理厂的自动化控制不依赖于一个控制装置或系统，有利于提高控制系统的整体可靠性。即使中央控制室因故障停止运行，各现场监控系统仍可按照原来的模式独立运行。采用稳定的先进的智能化的仪表和控制设备，利用其自检、自校和故障隔离功能，进一步提高设备故障的检出率，缩小局部故障的影响范围。在极端情况时，如控制系统出现故障，造成局部设备运行失控，通过现场的手动操作仍可以维持全厂的生产过程。

5.2仪表系统

采用在线式智能仪表，具有在线式连续检测、自动运算、线性校正、自动温度补偿、现场数字显示、故障诊断、传送标准的模拟、数字信号等智能化功能。直接与污水、污泥接触的仪表传感器具有自清洗装置或功能。变送器增设保护箱，保证仪表运行安全，也有利于管理、维护。

5.3防雷系统及其他

对于更新和新增的自控仪表，按照现行国家标准规范，补充防雷过电压保护器件，完善防雷及接地保护系统。更新全部现有电缆桥架、电缆保护管及支架，更新部分外露老化电缆。

5.4视频监控系统

在主要生产、管理、重点设备区域安装摄像机，使运行人员在控制中心便可监视整个污水处理厂内外的情况。视频监控系统除起到正常的监视作用，还可及时提醒值班人员观察并自动录下报警时相关的现场及设备运行情况外，对可能出现的任何异常情况尽早发现、尽早处理、并在事后重放分析。

摄像机分户外和户内一体化全天候彩色低照度型，具有电动云台和变焦镜头，能够看清设备或装置的细节。中控室配有视频显示控制器、彩色监视器、数字式视频存储器等设备，可控制、切换在投影屏上的视频图像和显示模式，以及控制摄象机的方位和视角，巡视或定点监视生产区域或设备。并且，还可以将选择的视频图像送入中央控制计算机系统，镶嵌到主控界面中。

6结语

该自控系统已投入运行，能够满足工艺及设备运行的需要，通过监视器操作人员就能了解工艺过程中各工艺参数的变化情况，并通过声光报警、语音报警，对所发生的事故能够及时处理，最大限度的保障生产的安全、稳定运行。

参考文献

[1]章文华.翟健.徐晓建 城市污水处理厂自控系统设计分析[期刊论文]-魅力中国2010（20）

[2]尚爱安.工艺优化诊断技术用于污水厂的改造[期刊论文]-中国给水排水 2006（02）

作者简介

田培，1975年生，女，河北科技大学电气及自动化专业，本科，现就职于衡水市污水处理厂，工程师，研究方向为自动化控制及设备维护。

（作者单位：衡水市污水处理厂）

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