SCADA系统在污水处理中的应用

《自动化仪表》第24卷第10期2003 年10月十报警信号幅伴热DCS画面集中监控( TT T2及T),并把报警8-安全国-m-L一联债信号信号引入仪表人员值班室内实现及时预防和处理此项生力开关s原设计原理图技术已应用二年多效果十分显著。但是要完成此功能,必须具备两个条件一是变送器工作在数字通信方式:二造羈点-报警倍号是APM的信号处理器必须是使用STI智能处理器。变送器处理器-联锁僧号4结束语b改遗后篆理围几年来,TDC-3000集散型控制系统和sT-3000图3风机压力联 锁改造原理图智能变送器在我厂使用一直较好其故障率和维护量SECVAR极少。随着新技术的不断应用,继续不断地开发和研温度+显示-us姑报1制DCS和智能变送器的新功能,使其更好地服务于石8一编村仪表值班报警化企业是我们今后努力的方向。,图4DSC温度监控系统图修改稿日期2002 -06 - 30。SCADA系统在污水处理中的应用The Application of SCADA System in Sewage Treatment崔光亮冯正进'苏纯2 刘成良'( .上海交通大学机电控制研究所|上海200030 海宁污水处理厂2海宁314400)摘要利用远程通信构成分级计算机监控系统(SCADA)实现污水处理的本地控制和远程控制中心的集中监控与调度。针对污水处理系统的特点与要求对系统结构、通信方式、硬件配置和监控组态软件进行了设计。该系统投入实际运行表明效果良好。关键词SCADA 系统污水处理数据采集 无线通信Abstract The hierarchical computerized supervisory control system( SCADA ) is composed with remote communication. Centralized supervisory contoland dispatching of local and remote control are implemented for sewage treatment. In accordance with the features and requirement of sewage treatmentsystem , system architecture , conmunication scheme，hardware composition ，and configuration software of supervisory and control are designed. The re-sult of practical operation of the system is excellent.Key words SCADA system Sewage treatment Data acquisition W ireless communication水收集管网、泵站、水质监测站和城市污水处理厂。污0引言水处理厂-般建在远离市区靠近河流的地方,以便于污水处理SCADA系统是指通过采用仪表、控制将处理后的水排出泵站、监测站分布在市区和工业区装置和计算机等设备对污水收集处理工程进行自动内污水处理系统控制设备地点分散。从整体看污水检测、监测、控制和管理以保证污水处理系统安全、处理过程是一个地理位置分散、分布时变参数多复杂经济、有效地运行。同时对污水处理工艺进行自动的生产过程系统。化监测和适时控制是提高污水处理效率、降低处理中国煤化工包括远程控制单元能耗的关键。SCADA 技术又称为计算机四遥(遥测、( RTUYHCNMHG部分。遥控、遥信、遥调)技术,在给排水行业得到广泛的应1污水处理SCADA系统的特点与要求用。城市污水SCADA系统可划分为4个组成部分污I .1污水处理工程的特点50PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION , Vol.24 ,No. 10 Oct. , 2003SCADA系统在污水处理中的应用崔光亮 等①污水处理工程SCADA系统的远程控制站机按照从站终端的地址发出轮询信息并接收从站发(RTU)--般是指污水收集泵站、水质监测站、闸门和污来的响应信息而从站终端则接收主站轮询的信息并水处理厂等地理位置分布范围分散,不便于集中控根据要求发出-系列的响应信息。主站采用轮询的方制。法逐个与从站通信并对从站发来的信息进行汇总和②随着城市规模的不断发展整个系统不断扩处理。数据分析存放于主站为各个分站分配的单元。大要求系统具有易扩展性。由上位机采集这些数据分析、处理、存档再根据工况③污水治理工程SCADA系统具有实时性，对信计算比较后通过无线通信系统分别发出各从站的调控号应保证及时传输对无人值守的远程站实现在线遥命令完成调控任务。控。采用西门子的Sinaut SI7是程序控制的站控系统,1.2 SCADA 系统总体的要求由硬件TIM( telecontrol interface module )模块和软件模块①SCADA系统应尽可能保证设备的先进性,适组成适用各种自动化的任务是完整的无线电通信方应计算机控制技术的飞速发展。式对通过广域网连接的过程进行全自动监视和控制。②监控组态软件具有用户友好的图形界面,以便该系统可以实现主站与从站、从站与从站之间数据与于用户的操作。实时数据库应具有简化对象间相互作信息的交换。用关系符合工业控制数据库的发展方向历史数据库无线通信系统的核心是无线电台,选用MDS数应带有标准的SQL和ODBC接口。传电台半双工方式速率可达19. 6Kbps。适用于定③SCADA系统要有高可靠性满足系统的实时点、长距离、小容量数据传输,在石油、天然气、电力监视和在线遥控功能,应采用分层控制方式。关键部配给、自来水和污水处理系统、河流监测和环境检分应采取冗余技术。测等领域的SCADA系统得到了广泛应用。其产品具有抗干扰能力强、接收灵敏度高、传输速度快等2系统设计特点。2.1网络结构无线通信在污水处理领域有着显著的优点:专用污水处理系统包括多个泵站、污水处理厂和公司无线数据网络基站设备投资小无需值守和维护人员中心控制室等通信点其网络结构是典型的一点对多满足通信速率要求;不必大量铺设电缆;架设迅速;江点结构并且数量多、地理位置分散,可以通过无线通作可靠无线路破坏的危险等。用无线电台方式实现信实现-点对多点组网。-点对多点的通信方式是指远程数据采集、监视与控制相对于架设专用电缆(或以一台计算机作为主站、多个通信终端作为从站来实光缆)租用电信专线等具有造价低廉、施工快捷、运现主站与从站之间通信的一种方式。把公司中心站作行可靠、 维护简单等优点。为主站泵站和污水处理厂作为从站。选用西门子公2.3硬件配置司的SinautSI7站控系统通过集成专用的硬件和软2.3.1 远程站RTU系统配置件进行远距离数据传输对通过广域网连接的过程站远程站既要进行本地控制同时还要具有数据传进行全自动监视和控制。输的功能。每个远程控制站的配置为控制器采用的2.2通信方式是西门子公司的CPU为S7 - 314型号的PLC。SINAUT在公司中心站与各个泵站、水处理厂之间,由于距ST7- TM 3V模块作为通信处理器安装在S7-314模离远、地理位置分散,宜采用无线电通信方式完成整板的插槽上,同时通过RS- 232串口与无线电台个系统的数据采集和传输。中心站的上位机运行组态MDS2710A相连。TIM 模块带有存储器,提供可达1M软件通过主电台与远端电台以轮询方式通信远端电的存储空间用于当连接中断或通信方脱网时保存重台下可以连接PLC、RTU或数据采集设备等电台工作要数据当完成下一次连接时就可以进行传输。系统于专用数传频段(223~235MHz)数据接口均为RS-采用美国MDS公司的专业无线数字传输电台。泵站232传输速率可在9600~ 19200bps 间选择。这种一点的各中国煤化工号接入到S7-314上的对多点典型网络的中心站覆盖半径依地理状况等因素I/OC NMHG-314专门用于通信,不同可以达到30~ 50km ,非常适合城市污水处理系负责向通信模块提供针对处理厂内控制点比较分散统。的特点,另安装带有Profibus- DP总线接口的S7-多点轮询属于时分双工通信的方式,即主站计算315DP型PLC用于本地的控制,二者通过Prfbus-5《自动化仪表》第24卷第10期2003 年10月FMS总线进行全局数据通信。采用2台S7 -315DP型泵站及污水处理厂的运行状态并且以动态的图形、数PLC与分布式I/O模块构成污水处理厂冗余控制系据和现场保持一致运行状态表中反映主要设备的开统提高系统的可靠性。关状态、现场仪表的数据(流量、水位、浊度、温度、pH .2.3.2中心主 站配置压力等》报表打印分为手动打印和自动打印两种。在公司中心控制室内配置采用RAID技术的IBM组态软件的结构如图2所示。除在控制界面显示外服务器,RAID技术对存储在硬盘上的数据进行冗余处并把主要数据显示在大型模拟屏上,可以清晰地监视理,可以避免硬盘故障带来的数据丢失。SINAUTSI7整个系统的运行情况。- TIM4通信模块与安装在服务器上的MP(多点接口)通讯卡相连,同时通过串口RS- 232与无线电台MDS2710连接。无线电台通过馈线与全向天线连接。系统配有GPS卫星时钟系统作为控制中心的主时钟。并通过广播命令对全系统智能设备对时这样整个系自自直囱自自统就有统一准确的时间。带时间标签的数据信息是程图2组态软件结构图序的自动启动也是系统的特征。组态软件采用西门子公司的WinCC,实现远程监3系统功能视和控制、数据存档、报表功能、报警功能和打印功能整个监控系统具有以下功能:等。服务器上同时还安装了SINAUT ST7cc软件它是①遥测遥控WinCC的附加软件包。SINAUT SI7cc适用于系统的事远程采集各站设备的状态和仪表的数据在上位机件驱动和带时间标签的数据传输确保全部报警、事件集中显示远程控制各站控制程序的启动、设备的运行、和归档正确的时间标记。通过软件SINAUT S17cc进停止控制可人为干预也可根据程序设定自动进行。行组态就可以组成完整的SINAUT SI7远程站控制系②突发报警统。各远程站具有独立控制能力，,可自动检测设备的公司办公楼内安装局域网,中心控制室内配置相故障信号并可上传报警信息。应的客户机在办公楼其它办公室也配置相应的客户③远程设定机组成客户机/服务器系统。系统远程设定各远程站点的工作参数，,如报警极系统结构原理如图1所示。限、设备的运行时间等,可以随时改变远程站的运行状态进行遥控干预。④数据处理.系统存储各远程站点设备的工作状态信息和仪表TiM模块公司主站采集的数据并对信息和数据进行统计处理归档,以报无线电发射骆鬻务器泉姑!系站2污水处期厂表的形式输出。兑线电台龙线电台生无线电台⑤网络联接系统采用标准的网络通信协议,可方便地集成到尤线电发射路无线电发射塔无线电发射塔日你其它计算机信息管理系统中实现生产和管理办公自动化。PLc: Profbus-FMS PLCCPU314CPU3I4(PU314CPU315- 2DP图1 SCADA 系统结构原理图4结束语2.4.上位机组态软件本文针对污水处理工艺的特点利用远程通信构西门子公司的WinCC是基于WindowsNT/2000 平成分级计算机控制系统实现污水处理自动化提高污台的组态软件,中心主站上位机采用WinCC组态软水处中国煤化工运行费用。该系统具有件从远程站的PLC中采集数据实时地反映整个系统设计|YHCNMHG合于现代化的污水处理的运行状态。上位机界 面主要显示部分包括污水处系统现已成功地应用于城市污水处理并取得了良好理控制工艺图、运行状态表、报警和历史数据的查询、的社会和经济效益。统计报表、趋势图等。控制工艺图反映整个系统各个参考文献52PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION , Vol.24 ,No. 10 Oct. , 2003母管制机组的炉机负荷分配运算与协调控制孙艳等1 何克忠李伟.计算机控制系统M].北京清华大学出版社,1998?马国华. 监控组态软件及其应用[ M]北京清华大学出版社,国家863计划资助项目(编号2001AA413310 )2001收稿日期2002-11- 19。3孙增忻.计算机控制理论及应用[M].北京:清华大学出版社,第- -作者崔光亮男,1975 年生在读博士研究生研究方向混沌保989密通信、计算机控制、远程监控等。母管制机组的炉机负荷分配运算与协调控制Operation of Load Distribution and Coordinated Control in Power Generation Units WithHeader孙艳'娄幸2(浙大中控技术有限公司杭州310012 浙江电力职工大学2杭州310015)摘要论述了母管制热电机组锅炉、汽机的负荷分配运算和协调控制原理。针对实际运行中可能遇到的多种情况給出了在燃料量可调和不可调两种情况下的负荷分配运算及协调控制方案显著提高经济效益。关键词负荷分配 锅炉负荷 汽机负荷 协调控制 运行效率 母 管制机组Abstract The operation of load distribution of boiler and turbine as well as the principle for coordinated control for themal power generation unit withheader are expounded. Facing various conditions ocured in practical operation of unit , the operation of load distribution and coordinated control stategyunder fuel adjustable or nonadjustable condition is given. The strategy obviously enhanced economical ffectiveness.Key words Load distribution Load of boiler Load of tubine Coordinated control Operation fficiency Power generation unit with header自1*锅炉0引言+ No(负荷招令)一汽机调节蓉米自2°锅炉我国许多大型工业企业的内部,-般都建有自备电站而这些自备电站主要是热电联产供热发电机组因而1*汽机Ne(发电功鄞)p。(设定值)to二锅炉与汽机之间的连接大都是母管制连接。且由于近年+钢炉调节器并{机进礼阔)发电机来国内外环保呼声越来越高我国的北方城市的取暖供热也逐步改为由整个城市供热机组取代了原有的一个单N°哉炉pr(主汽压力)|+至2°汽机位或一个住家大院一台的小锅炉供热。 而这些供热发电来自N祸炉机组也大都为母管制机组。母管制机组虽然不像单元制(懲烧率调节)燃烧半调节指令包括3个量一至N"汽机机组的锅炉汽机发电机之间的关系紧密但要提高其运微节:增料量送筑量、风量行效率增加其经济效益也非常有必要考虑锅炉负荷分图1母管 制热电机组结构图配和汽机负荷分配以及炉机之间的协调控制。理论上讲主蒸汽母管压力恒定是表征锅炉供汽1母 管制机组锅炉和汽机的关系量和汽机汽耗量平衡的标志,因此母管压力控制系统供热发电机组的运行方式主要为母管制运行方担负着统-指挥、并列运行各台锅炉加减负荷的任务,式,且一般给水系统也为母管制运行。当然在某种特该系中国煤化工行锅炉的给定负荷指定情况下也会出现--炉一机的单元制机组的运行方令。HC N M H G过机组运行工况、要求式。所以其控制方案必须考虑多种运行工况下的控的限制等加以处理的信号构成的。各炉之间负荷控制制运算如对其多台炉、机负荷分配的运算及进行多炉(燃烧控制)来完成母管制机组负荷分配控制，从而保多机协调控制。其系统结构图如图1所示。证母管压力恒定。