第13卷第2期上海電機學(xué)院學(xué)報Vol. 13 No,22010年JOURNAL OF SHANGHAI DIANJI UNIVERSITY2010文章編號1671-2730(2010)02-0120-05DCS在污水處理廠中的應(yīng)用許光濘，陳國初”， 文欣秀3， 周林榮'(1.上海新華控制技術(shù)(集團(tuán))有限公司，上海200241; 2.上海電機學(xué)院電氣學(xué)院，上海200240; 3.華東理工大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，上海200237)摘要:由于集散控制系統(tǒng)(DCS)發(fā)展日益成熟,DCS的價格不斷下降,越來越多的污水處理廠開始采用DCS控制系統(tǒng)技術(shù)。以上海南匯污水處理廠使用上海新華控制的XDC800數(shù)碼控制系統(tǒng)為例,介紹了DCS在污水處理廠中的應(yīng)用。上海南匯污水廠的DCS系統(tǒng)自從全面投入運行以來,系統(tǒng)運行良好,各項功能達(dá)到設(shè)計要求。關(guān)鍵詞:污水處理;集散控制系統(tǒng);控制中圖分類號: TP 273文獻(xiàn)標(biāo)識碼: AApplication of Distributed Control System in Wastewater TreatmentXU Guangning'，CHEN Gruochu*, WEN Xinxiu'，ZHOU Linrong'(1. Shanghai Xinhua Control Technology(Group) Co. , Ltd. , Shanghai 200241, China;2. School of Electric, Shanghai Dianji University , Shanghai 200240, China;3. College of Information Science and Engineering, East China University ofScience and Technology, Shanghai 200237, China)Abstract: As the distributed control system (DCS) has matured, the price of DCS keeps dropping,and increasingly more sewage treatment plants start to use DCS. This paper introduces the application ofDCS in Shanghai Nanhui Sewage Treatment Plant, which uses Shanghai Xinhua Control XDC800 digitalcontrol system. DCS has been running well in the plant since the system became fully operational withvarious functions meeting the design requirements.Key words: wastewater treatment; distributed control system (DCS); control集散控制系統(tǒng)(Distributed Control System,自身含義更加寬泛化,傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)僅僅是DCS)發(fā)展至今,其功能和性能都有了大幅提高，生產(chǎn)過程自動化計算機控制系統(tǒng),應(yīng)用于工業(yè)生系統(tǒng)的開放性更高、穩(wěn)定性更好，也更加標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)的過程控制,而今DCS系統(tǒng)早已經(jīng)超越了這化功。DCS在這些年的發(fā)展中,最大的進(jìn)步是將一理中國煤化工進(jìn)行了擴展。YHCNMHG收稿日期: 2010-03-08作者簡介:許光濘(1975-),男,工程師,博士,專業(yè)方向為優(yōu)化算法過程控制,E mail: niatxgn@ 126. com2010年第2期許光濘,等: DCS在污水處理廠中的應(yīng)用121DCS的廣義概念中,不單單包括了傳統(tǒng)DCS的下,通過信息多層“無縫"鏈接,為實現(xiàn)污水處理過內(nèi)容,還兼容了各類測量設(shè)備和執(zhí)行機構(gòu),并參程的管控一體化及綜合信息處理構(gòu)建了信息平與到了生產(chǎn)管理與企業(yè)經(jīng)營中。DCS現(xiàn)在的概臺。系統(tǒng)由二級網(wǎng)絡(luò)一污水處理廠運營管理局念,是一個企業(yè)全方位完整解決方案。本文以上域網(wǎng)和過程監(jiān)控工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)成。在兩級網(wǎng)絡(luò)架海南匯污水處理廠使用上海新華控制的XDC800構(gòu)下,以實時/歷史數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫為中心，數(shù)碼控制系統(tǒng)為例,介紹DCS在污水處理廠中的實現(xiàn)控制系統(tǒng)的4個功能層，即現(xiàn)場控制層、過程.應(yīng)用[24]。監(jiān)控層運營管理層、遠(yuǎn)程訪問控制層自控系統(tǒng)構(gòu)成示意圖如圖1所示。1系統(tǒng)工藝流程中央控制室為數(shù)據(jù)處理控制中心,設(shè)有3臺近年來,污水處理廠已成為各個城市最重要監(jiān)控計算機和1臺數(shù)據(jù)服務(wù)器。其中監(jiān)控計算機的基礎(chǔ)設(shè)施之一。尤其是中小城市,新建或擴建.對整個水廠進(jìn)行監(jiān)測遙控,數(shù)據(jù)服務(wù)器用作數(shù)據(jù)污水處理廠已成為當(dāng)?shù)卣纳迫嗣裆钏降奶幚怼⑦\行分析和報表打印。頭等大事.而隨著自動化技術(shù)、計算機技術(shù)的不.(1)人機接口站(MMI)。本系統(tǒng)設(shè)有操作員斷發(fā)展、完善,污水處理廠的自動化水平也相應(yīng)提站(OPU)2套,工程師站(ENG)1套,歷史數(shù)據(jù)服.高。國內(nèi)污水處理行業(yè)習(xí)慣采用PLC實現(xiàn)自動務(wù)器1套,觸摸屏(一體化機)4套,視頻計算機2監(jiān)控系統(tǒng)[54]。由于DCS控制技術(shù)的發(fā)展成熟，套,42寸等離子顯示器1臺,DLP大屏幕1套。DCS系統(tǒng)價格下降(有些DCS系統(tǒng)的價格優(yōu)勢遠(yuǎn).(2)分布式處理單元(XCU)?？刂破鱔CU-遠(yuǎn)優(yōu)于國外的PLC系統(tǒng)),越來越多的污水處理485冗余配置共5對,控制機柜5個，AI卡件廠開始采用DCS控制系統(tǒng)技術(shù)。大型污水處理.(8通道)12塊,AO卡件(8通道)3塊,DI/SOE卡廠采用DCS實現(xiàn)自動監(jiān)控已經(jīng)是一種發(fā)展(16通道)52塊,DO卡(16通道)16塊。一趨勢[0。(3)其他外圍設(shè)備。彩色激光打印機(A4)1南匯污水廠位于上海市南匯區(qū)老港鎮(zhèn)東灘94臺,彩色噴墨打印機(A3)1臺,環(huán)網(wǎng)智能交換機8塘東側(cè),靠近東海,日處理污水量20萬t,采用曝套,終端盒4個,UPS電源4臺。氣氧化溝工藝,設(shè)計出水水質(zhì)達(dá)國家二級排放整個系統(tǒng)共采集信號.數(shù)據(jù)2000多個，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。采集周期為200ms.整個系統(tǒng)完成的主要功能污水處理工藝為二級污水生化處理工藝:“細(xì)為:對整個水廠生產(chǎn)過程進(jìn)行運行、監(jiān)測;根據(jù)生格柵→旋流沉砂池→初沉池→鼓風(fēng)曝氣氧化溝產(chǎn)情況調(diào)度一級泵運行;調(diào)節(jié)排水泵頻率,采集鼓(回流污泥泵房)→二沉淀池→紫外線消毒→排海風(fēng)機、紫外線和脫水機系統(tǒng)參數(shù);綜合多種生產(chǎn)資泵房一排?！薄Ａ?可繪制多組趨勢曲線(一個趨勢組可顯示8條污泥處置工藝為:“初沉池污泥泵房→儲泥池歷史曲線);記錄變電所高、低壓電氣柜所有生產(chǎn)(剩余污泥泵房)→離心濃縮、脫水→污泥堆放及設(shè)備狀態(tài)、故障。外運"。整個污水廠由該XDC800系統(tǒng)進(jìn)行自動控.制，操作人員在中心控制室可通過計算機鍵盤2 DCS 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及配置和鼠標(biāo)對全廠所有電氣、水泵電機、閘門設(shè)備等自控系統(tǒng)是通過使用自動化技術(shù)、計算機技進(jìn)行人為的干預(yù)操作和控制,只要取得相應(yīng)權(quán)術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、圖形顯示技術(shù)構(gòu)建成.限即可開始進(jìn)行自己職權(quán)范圍內(nèi)的操作運行，的綜合自動化系統(tǒng)。在確保達(dá)到規(guī)定的技術(shù)要求亦可中國煤化工就地操作設(shè)及污水處理過程優(yōu)質(zhì)可靠運行、排放達(dá)標(biāo)的目標(biāo)備,并|Y片CNMHG況和數(shù)據(jù)。污前提下,將污水處理廠運營決策、管理、調(diào)度、過程水廠所有設(shè)備均可脫離計算機系統(tǒng)，進(jìn)行人工優(yōu)化.故障診斷、現(xiàn)場控制等功能集成在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境手動操作。122上海電機學(xué)院學(xué)報2010年第2期Internel防火墻.辦公管理中控室激光、噴墨(OPU3)(OPU2)(OPUI)數(shù)據(jù)服務(wù)器視頻終蹦A網(wǎng)打印機DLP大屏幕(2套)B網(wǎng)-等離子顯示器司人機界面o 6-O-UPS主控鍵盤視頻矩陣視頓分配器圖文管理系統(tǒng)實時控制網(wǎng)(A網(wǎng)、B網(wǎng))(氧化溝智能雙冗余容錯光纖環(huán)網(wǎng)(100M/1 000 M)控制系統(tǒng))明室內(nèi)、室外攝像機(共41套)串口服務(wù)器人機界面人機界面MODBUS通訊二人機界面MODBUS通訊司申口服務(wù)器電力監(jiān)控站川UPS高、低壓小弓配電么小日配電柜智| 能僅表、 MODBUS通訊(現(xiàn)場設(shè)備)能儀表，紫房設(shè)備鼓風(fēng)機外線設(shè)備1#配電間2#配電間污泥脫水機房圖1南匯污水廠自控系統(tǒng)構(gòu)成示意圖Fig.1 Configuration of the control system in Nanhui Wastewater Treatment Plant行了監(jiān)測和控制。3 DCS 系統(tǒng)的功能層與信息交換3.2過程監(jiān)控層3.1現(xiàn)場控制層該層是系統(tǒng)中信息交換與信息顯示的控制中現(xiàn)場控制層由作為現(xiàn)場控制分站的2套具有心,由掛接在工業(yè)以太網(wǎng)上的作為操作站(工程雙機熱備、技術(shù)性能先進(jìn)的XCU-485處理單元和師/操作員站)的3臺工業(yè)控制計算機及DLP大現(xiàn)場測控儀表及控制設(shè)備組成。該功能層實現(xiàn)污屏幕等設(shè)備構(gòu)成，管理網(wǎng)絡(luò)上的系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)器.水處理廠各單元過程所有過程參數(shù).設(shè)備運行狀通過安全防護(hù)也跨接在該層,實現(xiàn)過程監(jiān)控層與.態(tài)及電氣參數(shù)的數(shù)據(jù)采集,單元過程及設(shè)備的控管理層的信息交換。制,并通過工業(yè)以太網(wǎng)向監(jiān)控層傳送數(shù)據(jù)和接受該層通過新華公司自行研發(fā)的組態(tài)工具和專監(jiān)控層控制指令。系統(tǒng)在該層實現(xiàn)了對粗/細(xì)格用上位監(jiān)控軟件實現(xiàn)污水處理全過程的測量數(shù)據(jù).柵、提升泵、沉砂池、氧化曝氣生物池、二沉池、貯的集中顯示與管理、現(xiàn)場各控制單元的控制組態(tài)、泥池、脫水機房等主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)工藝過程參數(shù)及.數(shù)據(jù)顯示的圖文組態(tài)、實時數(shù)據(jù)處理、實時控制指電氣設(shè)備的控制和保護(hù),確保生產(chǎn)過程安全、穩(wěn)令等功能。在控制組態(tài)功能上不僅可實現(xiàn)PID等定.合理、高效的運行。根據(jù)工藝控制的要求,對各種中國煤化工而且為優(yōu)化控格柵前后液位差、泵池液位、氧化曝氣池DO、進(jìn)/制、專YHCNMHG;等先進(jìn)的智能出水PH值、進(jìn)/出的水流量和污泥濃度、藥池液控制功能建立了升友與打展平臺。此外，自控系位及藥劑添加量及供配電系統(tǒng)電量等參數(shù)同時進(jìn)統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)庫也建在該層。2010年第2期許光濘,等: DCS在污水處理廠中的應(yīng)用1233.3 管理層.的高位值,并且在設(shè)定的時間間隔內(nèi)水位保持在該層建立在由管理計算機和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器組設(shè)定的高位值以上時,此時,應(yīng)增加1臺水泵投入成的局域網(wǎng)上。通過關(guān)系數(shù)據(jù)庫和專用的管理軟.運行。件,實現(xiàn)污水處理廠的生產(chǎn)過程、決策調(diào)度及各項潛水泵組的停止控制是逐臺減少泵機的運行生產(chǎn)運營管理等功能,并留有具有網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)數(shù)量,當(dāng)水池水位低于設(shè)定的低位值,并且在設(shè)定的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫用戶訪問接口,實現(xiàn)授權(quán)的用戶遠(yuǎn)的時間間隔內(nèi)水位維持在設(shè)定的低位值以下時，程數(shù)據(jù)庫訪問。應(yīng)減少1臺水泵運行。3.4 遠(yuǎn)程訪問控制層如果水位上升速率超過設(shè)定值時,在設(shè)定的使用XHWebHMI_ WEBSITE遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件高水位達(dá)到之前,應(yīng)增加1臺水泵投人運行。實現(xiàn):如果水位下降速率超過設(shè)定值時,在設(shè)定的(1)遠(yuǎn)程服務(wù)端歷史數(shù)據(jù)庫訪問(按權(quán)限查低水位達(dá)到之前,應(yīng)減少1臺水泵投人運行。詢各項管理信息及水質(zhì)指標(biāo)化驗數(shù)據(jù));按時間優(yōu)先循環(huán)起動可供使用的泵,每臺泵(2)遠(yuǎn)程服務(wù)端實時數(shù)據(jù)庫訪問(污水處理的起動次數(shù)和總的運行小時數(shù)進(jìn)行累積并排出維運行過程遠(yuǎn)程實時監(jiān)控);修計劃,使每臺泵運轉(zhuǎn)時間大致相等。(3)污水處理過程參數(shù)實時數(shù)據(jù)各種圖文客控制程序使每一泵 每小時起動次數(shù)<6次,2戶端顯示;次啟動間隔>10min,且不論何種情況,不得同時(4)污水處理過程參數(shù)歷史數(shù)據(jù)客戶端顯示;起動2臺及以上水泵。(5)實時運行工況畫面遠(yuǎn)程調(diào)閱;4.3 DO(溶解氧 )控制(6)水質(zhì)參數(shù)在線記錄遠(yuǎn)程監(jiān)視;曝氣池DO(溶解氧)是一個重要運行參數(shù)。(7)數(shù)據(jù)庫遠(yuǎn)程維護(hù);生物池的曝氣量分配不同,有不同的溶解氧控制(8)遠(yuǎn)端鍵盤事件記錄提取(監(jiān)視遠(yuǎn)端鍵盤目標(biāo)值。由于鼓風(fēng)機輸出氣量不能平均分配,需輸人內(nèi)容);要在輸氣管道出口安裝電動閥來調(diào)節(jié)氣量的分(9)遠(yuǎn)程技術(shù)支持(行業(yè)專家和技術(shù)專家通配。運行控制采用2個獨立的調(diào)節(jié)回路,1個調(diào)節(jié)過操作遠(yuǎn)程計算機直接處理現(xiàn)場系統(tǒng)管理、應(yīng)用回路是根據(jù)DO的變化調(diào)節(jié)相應(yīng)管路的風(fēng)量閥，程序修改、安裝設(shè)置軟件、過程組態(tài)等)。另1個調(diào)節(jié)回路是根據(jù)管道壓力變化來調(diào)節(jié)鼓風(fēng).機進(jìn)口導(dǎo)葉片或出口擴壓器葉片或風(fēng)機的頻率。4 DCS 系統(tǒng)的控制策略實現(xiàn)其控制系統(tǒng)簡圖如圖2所示。4.1 機械格柵控制根據(jù)總管壓力控制導(dǎo)葉或格柵控制箱具有手動/自動2種運行模式。擴壓器葉片或風(fēng)機的頻率5--“手動”狀態(tài)下,由控制箱面板上的按鈕控制A生物池鼓風(fēng)機格柵除污機.輸送機和壓榨機的運行;“自動”狀態(tài)下由所在單體的現(xiàn)場控制站,根據(jù)預(yù)先設(shè)定的時5---- P DO間間隔觸發(fā)開/停,若被測液位差超過設(shè)定值|PB生物池(0. 20 m),機械格柵將連續(xù)運轉(zhuǎn),直到被測液位差低于設(shè)定值。格柵除污機的每次運轉(zhuǎn)應(yīng)使預(yù)先設(shè)圖2曝氣系統(tǒng) DO控制策略Fig.2 DO control strategy of aeration system定的作為基本控制的時間間隔復(fù)零,格柵除污機運行時,輸送機和壓榨機應(yīng)隨之聯(lián)動。中國煤化工i根據(jù)總管壓力4.2 潛水泵控制調(diào)節(jié)MYHCNMHG頃率,鼓風(fēng)機能潛水泵組(3用1備)的啟/停控制由現(xiàn)場控制耗才能保持最小，所以最經(jīng)濟(jì)的方法是盡量開大站根據(jù)水池水位進(jìn)行控制,當(dāng)水位超過一個設(shè)定閥門以減少管道的損耗,以調(diào)節(jié)進(jìn)口導(dǎo)葉片或者124上海電機學(xué)院學(xué)報2010年第2期風(fēng)機頻率調(diào)節(jié)風(fēng)量為主,閥門開度調(diào)節(jié)為輔。方案[J].電工技術(shù).2007(10); 8-10.[3]虞新興,彭亦功. DeltaV 系統(tǒng)及其在污水處理中的5結(jié)論應(yīng)用[J].世界儀表與自動化,2009,13(5): 43-45.與傳統(tǒng)的PlC相比,采用DCS系統(tǒng)實現(xiàn)自控系.[4] 丁萬成,王卓飛,謝 姝,等. DCS在油田污水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].天然氣與石油.2006,24(2):統(tǒng)具有軟硬件類型少,編程工作量小,工程實施快捷52-54.方便。DCS 系統(tǒng)的硬件和軟件平臺一體化設(shè)計,軟[5] 趙芳,李從冰.基于PLC的污水處理控制系統(tǒng).件中文界面的友好性,迎合了水處理行業(yè)的需求,適[J].工業(yè)控制計算機,2006,19(4); 59-60.合于水處理行業(yè)管控- -體化控制系統(tǒng)的需求。上海南匯污水廠的DCS系統(tǒng)自2009年4月[6]孫衛(wèi)娜.基于PLC的污水處理系統(tǒng)研究[J].沈陽航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報,2007 ,24(3): 64-68.全面投人運行以來,系統(tǒng)運行良好,各項功能達(dá)到[7] 張培山,鐘 昆,張林江.基于PLC的污水處理廠設(shè)計要求,為出水水質(zhì)達(dá)到二級排放提供了有力自控系統(tǒng)的實現(xiàn)[J].自動化與儀表,2007(5): 60-保障。62,72.[8]何家明.自動化控制系統(tǒng)在小欖污水處理廠中的應(yīng)參考文獻(xiàn):用[J].給水排水,2007 ,33(11) :102-104.[1] 吳建國,張培建,瞿國慶.基于PLC的計算機集散[9]“分 散控制系統(tǒng)(DCS)在上海南匯污水處理廠(20萬控制系統(tǒng)設(shè)計[J].南通大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，噸/日)應(yīng)用現(xiàn)場交流會”會議紀(jì)要[EB/OL]. (2010-2004 ,3(2): 57-60.01-06) [2010-02-01]. http: // www. xinhuagroup.[2] 劉增樣.一種基于DCS的污水處理自控系統(tǒng)構(gòu)建com/New Show. asp? 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