DCS在污水处理厂中的应用

第13卷第2期上海电机学院学报Vol. 13 No,22010年JOURNAL OF SHANGHAI DIANJI UNIVERSITY2010文章编号1671-2730(2010)02-0120-05DCS在污水处理厂中的应用许光泞，陈国初”， 文欣秀3， 周林荣'(1.上海新华控制技术(集团)有限公司，上海200241; 2.上海电机学院电气学院，上海200240; 3.华东理工大学信息科学与工程学院，上海200237)摘要:由于集散控制系统(DCS)发展日益成熟,DCS的价格不断下降,越来越多的污水处理厂开始采用DCS控制系统技术。以上海南汇污水处理厂使用上海新华控制的XDC800数码控制系统为例,介绍了DCS在污水处理厂中的应用。上海南汇污水厂的DCS系统自从全面投入运行以来,系统运行良好,各项功能达到设计要求。关键词:污水处理;集散控制系统;控制中图分类号: TP 273文献标识码: 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集散控制系统(Distributed Control System,自身含义更加宽泛化,传统的DCS系统仅仅是DCS)发展至今,其功能和性能都有了大幅提高，生产过程自动化计算机控制系统,应用于工业生系统的开放性更高、稳定性更好，也更加标准产的过程控制,而今DCS系统早已经超越了这化功。DCS在这些年的发展中,最大的进步是将一理中国煤化工进行了扩展。YHCNMHG收稿日期: 2010-03-08作者简介:许光泞(1975-),男,工程师,博士,专业方向为优化算法过程控制,E mail: niatxgn@ 126. com2010年第2期许光泞,等: DCS在污水处理厂中的应用121DCS的广义概念中,不单单包括了传统DCS的下,通过信息多层“无缝"链接,为实现污水处理过内容,还兼容了各类测量设备和执行机构,并参程的管控一体化及综合信息处理构建了信息平与到了生产管理与企业经营中。DCS现在的概台。系统由二级网络一污水处理厂运营管理局念,是一个企业全方位完整解决方案。本文以上域网和过程监控工业以太网构成。在两级网络架海南汇污水处理厂使用上海新华控制的XDC800构下,以实时/历史数据库和关系数据库为中心，数码控制系统为例,介绍DCS在污水处理厂中的实现控制系统的4个功能层，即现场控制层、过程.应用[24]。监控层运营管理层、远程访问控制层自控系统构成示意图如图1所示。1系统工艺流程中央控制室为数据处理控制中心,设有3台近年来,污水处理厂已成为各个城市最重要监控计算机和1台数据服务器。其中监控计算机的基础设施之一。尤其是中小城市,新建或扩建.对整个水厂进行监测遥控,数据服务器用作数据污水处理厂已成为当地政府改善人民生活水平的处理、运行分析和报表打印。头等大事.而随着自动化技术、计算机技术的不.(1)人机接口站(MMI)。本系统设有操作员断发展、完善,污水处理厂的自动化水平也相应提站(OPU)2套,工程师站(ENG)1套,历史数据服.高。国内污水处理行业习惯采用PLC实现自动务器1套,触摸屏(一体化机)4套,视频计算机2监控系统[54]。由于DCS控制技术的发展成熟，套,42寸等离子显示器1台,DLP大屏幕1套。DCS系统价格下降(有些DCS系统的价格优势远.(2)分布式处理单元(XCU)。控制器XCU-远优于国外的PLC系统),越来越多的污水处理485冗余配置共5对,控制机柜5个，AI卡件厂开始采用DCS控制系统技术。大型污水处理.(8通道)12块,AO卡件(8通道)3块,DI/SOE卡厂采用DCS实现自动监控已经是一种发展(16通道)52块,DO卡(16通道)16块。一趋势[0。(3)其他外围设备。彩色激光打印机(A4)1南汇污水厂位于上海市南汇区老港镇东滩94台,彩色喷墨打印机(A3)1台,环网智能交换机8塘东侧,靠近东海,日处理污水量20万t,采用曝套,终端盒4个,UPS电源4台。气氧化沟工艺,设计出水水质达国家二级排放整个系统共采集信号.数据2000多个，数据标准。采集周期为200ms.整个系统完成的主要功能污水处理工艺为二级污水生化处理工艺:“细为:对整个水厂生产过程进行运行、监测;根据生格栅→旋流沉砂池→初沉池→鼓风曝气氧化沟产情况调度一级泵运行;调节排水泵频率,采集鼓(回流污泥泵房)→二沉淀池→紫外线消毒→排海风机、紫外线和脱水机系统参数;综合多种生产资泵房一排海”。料,可绘制多组趋势曲线(一个趋势组可显示8条污泥处置工艺为:“初沉池污泥泵房→储泥池历史曲线);记录变电所高、低压电气柜所有生产(剩余污泥泵房)→离心浓缩、脱水→污泥堆放及设备状态、故障。外运"。整个污水厂由该XDC800系统进行自动控.制，操作人员在中心控制室可通过计算机键盘2 DCS 系统结构及配置和鼠标对全厂所有电气、水泵电机、闸门设备等自控系统是通过使用自动化技术、计算机技进行人为的干预操作和控制,只要取得相应权术、网络技术、数据库技术、图形显示技术构建成.限即可开始进行自己职权范围内的操作运行，的综合自动化系统。在确保达到规定的技术要求亦可中国煤化工就地操作设及污水处理过程优质可靠运行、排放达标的目标备,并|Y片CNMHG况和数据。污前提下,将污水处理厂运营决策、管理、调度、过程水厂所有设备均可脱离计算机系统，进行人工优化.故障诊断、现场控制等功能集成在网络环境手动操作。122上海电机学院学报2010年第2期Internel防火墙.办公管理中控室激光、喷墨(OPU3)(OPU2)(OPUI)数据服务器视频终蹦A网打印机DLP大屏幕(2套)B网-等离子显示器司人机界面o 6-O-UPS主控键盘视频矩阵视顿分配器图文管理系统实时控制网(A网、B网)(氧化沟智能双冗余容错光纤环网(100M/1 000 M)控制系统)明室内、室外摄像机(共41套)串口服务器人机界面人机界面MODBUS通讯二人机界面MODBUS通讯司申口服务器电力监控站川UPS高、低压小弓配电么小日配电柜智| 能仅表、 MODBUS通讯(现场设备)能仪表，紫房设备鼓风机外线设备1#配电间2#配电间污泥脱水机房图1南汇污水厂自控系统构成示意图Fig.1 Configuration of the control system in Nanhui Wastewater Treatment Plant行了监测和控制。3 DCS 系统的功能层与信息交换3.2过程监控层3.1现场控制层该层是系统中信息交换与信息显示的控制中现场控制层由作为现场控制分站的2套具有心,由挂接在工业以太网上的作为操作站(工程双机热备、技术性能先进的XCU-485处理单元和师/操作员站)的3台工业控制计算机及DLP大现场测控仪表及控制设备组成。该功能层实现污屏幕等设备构成，管理网络上的系统数据服务器.水处理厂各单元过程所有过程参数.设备运行状通过安全防护也跨接在该层,实现过程监控层与.态及电气参数的数据采集,单元过程及设备的控管理层的信息交换。制,并通过工业以太网向监控层传送数据和接受该层通过新华公司自行研发的组态工具和专监控层控制指令。系统在该层实现了对粗/细格用上位监控软件实现污水处理全过程的测量数据.栅、提升泵、沉砂池、氧化曝气生物池、二沉池、贮的集中显示与管理、现场各控制单元的控制组态、泥池、脱水机房等主要生产环节工艺过程参数及.数据显示的图文组态、实时数据处理、实时控制指电气设备的控制和保护,确保生产过程安全、稳令等功能。在控制组态功能上不仅可实现PID等定.合理、高效的运行。根据工艺控制的要求,对各种中国煤化工而且为优化控格栅前后液位差、泵池液位、氧化曝气池DO、进/制、专YHCNMHG;等先进的智能出水PH值、进/出的水流量和污泥浓度、药池液控制功能建立了升友与打展平台。此外，自控系位及药剂添加量及供配电系统电量等参数同时进统的实时数据库也建在该层。2010年第2期许光泞,等: DCS在污水处理厂中的应用1233.3 管理层.的高位值,并且在设定的时间间隔内水位保持在该层建立在由管理计算机和数据库服务器组设定的高位值以上时,此时,应增加1台水泵投入成的局域网上。通过关系数据库和专用的管理软.运行。件,实现污水处理厂的生产过程、决策调度及各项潜水泵组的停止控制是逐台减少泵机的运行生产运营管理等功能,并留有具有网络安全防护数量,当水池水位低于设定的低位值,并且在设定的远程数据库用户访问接口,实现授权的用户远的时间间隔内水位维持在设定的低位值以下时，程数据库访问。应减少1台水泵运行。3.4 远程访问控制层如果水位上升速率超过设定值时,在设定的使用XHWebHMI_ WEBSITE远程监控软件高水位达到之前,应增加1台水泵投人运行。实现:如果水位下降速率超过设定值时,在设定的(1)远程服务端历史数据库访问(按权限查低水位达到之前,应减少1台水泵投人运行。询各项管理信息及水质指标化验数据);按时间优先循环起动可供使用的泵,每台泵(2)远程服务端实时数据库访问(污水处理的起动次数和总的运行小时数进行累积并排出维运行过程远程实时监控);修计划,使每台泵运转时间大致相等。(3)污水处理过程参数实时数据各种图文客控制程序使每一泵 每小时起动次数<6次,2户端显示;次启动间隔>10min,且不论何种情况,不得同时(4)污水处理过程参数历史数据客户端显示;起动2台及以上水泵。(5)实时运行工况画面远程调阅;4.3 DO(溶解氧 )控制(6)水质参数在线记录远程监视;曝气池DO(溶解氧)是一个重要运行参数。(7)数据库远程维护;生物池的曝气量分配不同,有不同的溶解氧控制(8)远端键盘事件记录提取(监视远端键盘目标值。由于鼓风机输出气量不能平均分配,需输人内容);要在输气管道出口安装电动阀来调节气量的分(9)远程技术支持(行业专家和技术专家通配。运行控制采用2个独立的调节回路,1个调节过操作远程计算机直接处理现场系统管理、应用回路是根据DO的变化调节相应管路的风量阀，程序修改、安装设置软件、过程组态等)。另1个调节回路是根据管道压力变化来调节鼓风.机进口导叶片或出口扩压器叶片或风机的频率。4 DCS 系统的控制策略实现其控制系统简图如图2所示。4.1 机械格栅控制根据总管压力控制导叶或格栅控制箱具有手动/自动2种运行模式。扩压器叶片或风机的频率5--“手动”状态下,由控制箱面板上的按钮控制A生物池鼓风机格栅除污机.输送机和压榨机的运行;“自动”状态下由所在单体的现场控制站,根据预先设定的时5---- P DO间间隔触发开/停,若被测液位差超过设定值|PB生物池(0. 20 m),机械格栅将连续运转,直到被测液位差低于设定值。格栅除污机的每次运转应使预先设图2曝气系统 DO控制策略Fig.2 DO control strategy of aeration system定的作为基本控制的时间间隔复零,格栅除污机运行时,输送机和压榨机应随之联动。中国煤化工i根据总管压力4.2 潜水泵控制调节MYHCNMHG顷率,鼓风机能潜水泵组(3用1备)的启/停控制由现场控制耗才能保持最小，所以最经济的方法是尽量开大站根据水池水位进行控制,当水位超过一个设定阀门以减少管道的损耗,以调节进口导叶片或者124上海电机学院学报2010年第2期风机频率调节风量为主,阀门开度调节为辅。方案[J].电工技术.2007(10); 8-10.[3]虞新兴,彭亦功. 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