自动化网络在污水处理厂的分析与应用

安亚琴

河北钢铁集团宣钢公司企业管理处，河北张家口 075100

自动化网络在污水处理厂的分析与应用

安亚琴

河北钢铁集团宣钢公司企业管理处，河北张家口 075100

综合分析宣钢污水处理厂自动化网络的选型以及整体优化方案，采用了三层网络结构即管理层、控制层和现场层，具有设计先进、易于扩展和运行安全可靠等特点，实际运营效果明显。

自动化网络；污水处理；PLC

0 引言

宣钢东区污水处理厂建成于2008年12月，主要处理宣钢东区外排工业废水和部分生活污水，处理规模4.8万m3/d，小时流量2 000m3/h。污水处理厂分为预处理和深度处理两个单元，预处理单元处理出水一部分进入深度处理站进行脱盐处理，另一部分与深度处理站出水在宣钢现有五泵站储水池混合，达到生产新水水质要求，作为宣钢公司生产新水水源供生产使用。对于宣钢东区污水处理系统自动化网络而言，要根据污水处理的工艺流程和地域情况来确定整体网络结构，自控系统是水处理厂的控制核心，对污水厂能否高效、自动化运行至关重要，自动化网络更是其重中之重，网络正常通讯保证自控系统的正常运行，从而保证污水厂的稳定顺行。

1 工艺流程简介

根据污水处理厂的进水、出水水质要求，宣钢污废水的主要污染物为悬浮物、CODCr、油以及可溶性无机盐类，与之匹配，采用反应沉淀澄清、过滤以及反渗透相结合的处理技术。

在预处理单元中采用高密度沉淀池去除水中主要污染物，V型滤池进一步去除SS和有机物；在深度处理单元中采用多介质过滤器去除SS，反渗透膜去除氯离子等可溶性无机盐类。工艺流程图如下：

2 网络系统构成

厂外提升与污水处理厂之间约800m距离，厂内有分为预处理及深处理工艺。由于特殊的地理环境及工艺要求，污水处理厂自控系统网络分为总控室和多个现场控制站，站与站之间通过控制层网络相连，然后全部连接到监控站，最终与现场控制站构成了集中管理、分散控制、高速数据交换的工厂级自动化网络。

2.1 管理层

管理层是系统的核心，主要完成对污水处理过程各部分的管理和监控，并可实现厂级办公自动化。宣钢污水处理系统因其分布面积较大，厂区内共有5个PLC分站：调节池分控主站PLC1、高密沉淀池分控主站PLC2、污泥处理分控主站PLC3、V型滤池分控主站PLC4、加药分控主站PLC5和深处理系统PLC6；厂外有提升泵站分控主站PLC7，CPU分别使用施耐德、西门子的产品，该层采用工业以太网Ethernet实现了不同厂家不同设备间的信息传输。各分控主站和中央控制室通过赫斯曼网交换机，组成100M光纤以太环网，向监控主站传送数据和接受监控主站控制指令。

厂中心控制室中设备包括：两台安装Siemens公司WinCC监控组态软件的冗余服务器作为上位机，互为备用，实现冗余，装有WinCC运行版的PC机作为监控主站。该层通过上位监控软件实现对主要工艺设备的控制和调度，对污水处理全过程中的工艺参数进行数据采集、监控、优化和调整，对主要工艺流程进行动态模拟和趋势分析、实时数据处理和实时控制，在控制组态上实现各种常规与复杂的优化控制、专家控制、模糊控制等先进的智能控制。污水厂中控室控制站还利用信息中心、便携计算机与及厂外泵站进行远程通讯，实现远端对实时画面的访问控制。

2.2 控制层

控制层是实现系统功能的关键，也是管理级与现场级之间的枢纽层。其主要功能是接受管理层设置的参数或命令，对污水处理生产过程进行控制，同时将现场状态输送到管理层。为确保系统稳定可靠，控制层的网络结构采用环网的方式组成。

本系统中，实现的控制思想主要依靠本层的程序控制。调节池系统分控主站PLC1采用Siemens的CPU300系列，主要控制搅拌泵起停、通过提升泵的起停对进水流量的控制；高密沉淀池分控主站PLC2采用施耐德的Premium PLC系列，主要控制沉淀池搅拌器的运行、污泥泵的运行、通过对进水的水质在线检测，自动控制混凝剂、石灰等药剂的添加量；V型滤池分控主站PLC3采用施耐德的Premium PLC系列，通过对V型滤池的冲洗顺序控制滤池的反冲洗、正冲洗、过滤等过程，对污水进行深度过滤，并通过控制器网络总线串接到鼓风机房、加氯间，控制风机起停，从而保证滤池用气进行的反冲洗、正冲洗、过滤过程。该网络与普通3层网络区别是，V型滤池同时还通过fibway总线串接到其下四个滤池（PLC3-1、PLC3-2、PLC3-3、PLC3-4），实现更细化的分层，达到现场分别直接控制四个滤池的目的，每个滤池还有

一个现场控制柜，分别有自己的PLC控制器，采用的是施耐德的micro PLC系列，程序已被固化在PLC中，从而保证滤池的正确冲洗顺序。

由于宣钢的水质特殊性，预处理后的水质含盐量较高，含盐量1 500mg/L左右，特增加深处理工艺，通过反渗透技术的应用保证除盐率≥95%。具体包括水质过滤系统、反渗透预脱盐系统，通过对多介质过滤器、保安过滤器的控制，在进行中水初级过滤后，通过反渗透对水质进行除盐过滤，并自动控制反渗透的反冲洗及定期的强酸、碱的膜清洗步骤。同时，厂外提升泵站也是网络建设期的一个难点，由于距离约800m，单模光纤的连接应用成为该网络的特殊性。具体见通讯网络图：

通讯网络图表

2.3 现场层

现场层是实现系统功能的基础。主要用于PLC与现场设备、远程I/O端子及现场仪表之间的通讯。将输入/输出模块转换成就地监测器和执行器可就地转换和处理过程信号，对系统设备的状态、传感器参数进行监测。污水处理流程中的各检测仪表均为在线式智能仪表，涉及到的传感器数量大、种类多，包括在线式固体悬浮物测量变送器、浊度仪、泥位机、温度、PH计、电磁流量变送器、液位传感器、超声波液位计均带有数字显示装置并通过可编程序控制器（PLC）的接口传送标准的模拟信号，从而达到把监测到的数据上传，并作为工艺的控制参数，接受控制层的指令对执行机构进行管控。

3 结论

宣钢东厂区污水处理厂系统的运行改善了水环境，保护了地下水资源，增强了可利用水总量，有效地缓解了宣化缺水的城市现状。污水处理厂监控系统按照最大限度的集中监测、分散迅速的现场控制的总体思想设计，使得污水处理厂自动化系统运行良好。在污水处理自动化网络系统中采用的现场总线改变了传统的全模拟量传输的方式，在现场层实现了数字量传输，达到了提高信号传送精度，增强现场控制灵活性，达到易于维护和扩展的目的。该网络已经在宣钢投入运行1年多时间，实现了污水处理的自动在线控制，提高了污水处理的效率，降低了综合能耗，取得了良好的经济效益与社会效益。

[TU992.3]

A

1674-6708（2010）22-0225-02

安亚琴，现从事于自动化系统的维护及管理工作