SCADA系統(tǒng)在污水處理廠中的應(yīng)用

韓忠才,王運(yùn)娣,王 偉,張巨強(qiáng)

(1.滄州市宏業(yè)工程建設(shè)監(jiān)理有限公司,河北 滄州 061001;2.河北工程技術(shù)高等專(zhuān)科學(xué)校,河北 滄州 061001;3.唐山供電公司豐潤(rùn)分公司,河北 豐潤(rùn) 064000;4.滄州供電公司,河北 滄州 061001)

運(yùn)東污水處理廠為了提高工藝控制的管理水平,使用美國(guó) GE公司的 INTELLUT ION子公司的組態(tài)軟件 IFIX3.5中文版,通過(guò)光纖構(gòu)成以太冗余雙環(huán)網(wǎng),開(kāi)發(fā)了語(yǔ)音報(bào)警、過(guò)程控制、生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)等功能,實(shí)現(xiàn)對(duì)污水和中水工藝的遠(yuǎn)程監(jiān)控;提高了污水處理的生產(chǎn)效率,降低了能耗;并且實(shí)現(xiàn)了該污水處理廠的現(xiàn)代化管理水平。

1 遠(yuǎn)程 SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

SCADA系統(tǒng),即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)督控制系統(tǒng),是一種復(fù)雜的綜合性測(cè)控系統(tǒng)[1]。由監(jiān)控中心、通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。監(jiān)控中心的任務(wù)是通過(guò)通信系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制遠(yuǎn)程設(shè)備的遠(yuǎn)行,并為綜合管理系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。通信系統(tǒng)主要完成信息的遠(yuǎn)距離傳輸,可采用有線(xiàn)方式傳輸、無(wú)線(xiàn)方式傳輸及混合信道傳輸。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備的就地控制和數(shù)據(jù)采集,并能方便的與通信系統(tǒng)相連,實(shí)現(xiàn)信息的遠(yuǎn)距離傳輸。

遠(yuǎn)程 SCADA系統(tǒng)分為中心控制室調(diào)度中心、集線(xiàn)器 HUB、光纜和光纖、現(xiàn)場(chǎng)PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)等四個(gè)主要部分,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1所示。

中心控制室調(diào)度中心由兩臺(tái)計(jì)算機(jī)組成,集中采集各個(gè)分站的生產(chǎn)數(shù)據(jù),并根據(jù)系統(tǒng)需求提供各種應(yīng)用功能,實(shí)現(xiàn)污水處理工藝的遠(yuǎn)程監(jiān)控和統(tǒng)一調(diào)度。調(diào)度中心配置兩臺(tái)由美國(guó) GE FANUVC的 i Fix搭建SCADA服務(wù)器,2臺(tái) SCADA服務(wù)器采用邏輯節(jié)點(diǎn)的方法實(shí)現(xiàn)監(jiān)控的冗余備份,保證了監(jiān)控的可靠性。SCADA服務(wù)器與通訊系統(tǒng) HUB之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,實(shí)現(xiàn)調(diào)度中心的遠(yuǎn)程 SCADA功能。

通訊系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)闹匾h(huán)節(jié),是調(diào)度中心與各個(gè)現(xiàn)場(chǎng) PLC數(shù)據(jù)交換的橋梁。通訊系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的編碼、解碼、數(shù)據(jù)傳輸校驗(yàn)、數(shù)據(jù)鏈路選擇切換控制等功能。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 污水處理廠現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)

污水處理廠現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)、PLC及 I/O、集線(xiàn)器 HUB構(gòu)成主體,配以低壓進(jìn)線(xiàn)及現(xiàn)場(chǎng)各種測(cè)量?jī)x表,采集并預(yù)處理、顯示和向 PLC上傳現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行時(shí)的實(shí)時(shí)參數(shù)。系統(tǒng)再通過(guò) MEMOBUS通信技術(shù),曲線(xiàn)數(shù)學(xué)分析算法計(jì)算現(xiàn)場(chǎng)變頻器控制的泵和鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行電流和功率值。PLC就根據(jù)運(yùn)行時(shí)間、停止時(shí)間、提升泵房液位或流量、現(xiàn)場(chǎng)溶解氧實(shí)測(cè)值和設(shè)定值等進(jìn)行 PID自動(dòng)化編程控制。

現(xiàn)場(chǎng) PLC監(jiān)控的主要設(shè)備和信號(hào):

1)中水泵房 CS17PLC站數(shù)據(jù)采集、控制設(shè)備包括粗、細(xì)格柵機(jī)及超聲波液位差計(jì)、提升泵及超聲波液位計(jì)、旋流沉砂池?cái)嚢铏C(jī)及鼓風(fēng)機(jī)、砂水分離器、中水送水泵、清水池超聲波液位計(jì)。

2)變配電室 CS12APLC站(或變配電室 CP1PLC柜)數(shù)據(jù)采集、控制設(shè)備包括氧化溝推流器及溶解氧儀表、厭氧池?cái)嚢杵骷把趸€原電位儀、鼓風(fēng)機(jī)。

3)變配電室 CS12BPLC站數(shù)據(jù)采集、控制設(shè)備包括終沉池刮泥機(jī)、污泥回流泵及電磁流量計(jì)和剩余污泥泵。

4)污泥脫水機(jī)房 CS10PLC站數(shù)據(jù)采集、控制設(shè)備包括污泥脫水系統(tǒng)、貯泥池?cái)嚢杵骷俺暡ㄒ何挥?jì)、接觸池潛污泵及液位計(jì)、電磁流量計(jì)。

5)加藥間 CS18PLC站(或加藥間 CP3)數(shù)據(jù)采集、控制設(shè)備包括加藥泵、高密池?cái)嚢杵?、刮泥機(jī)及泥位計(jì)、濾池電動(dòng)閥、氣動(dòng)閥及液位計(jì)、加氯機(jī)及漏氯吸收電機(jī)。

現(xiàn)場(chǎng)都配置有觸摸屏操作和計(jì)算機(jī)操作,它們通過(guò)總線(xiàn)連接 PLC,可直接對(duì)所控范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控和操作。因此,每個(gè)現(xiàn)場(chǎng) PLC自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)都是一個(gè)完整的系統(tǒng),在脫離上位遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)都可獨(dú)立運(yùn)作。同時(shí)又互相配合共同完成污水和中水的處理。

3 運(yùn)行中的遠(yuǎn)程 SCADA系統(tǒng)的特點(diǎn)

1)集中調(diào)度。運(yùn)東污水處理廠中心控制室是全廠工藝的調(diào)度中心,可以同時(shí)監(jiān)視和控制系統(tǒng)所有的設(shè)備及監(jiān)視廠區(qū)全貌,調(diào)度中心對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)控制站的監(jiān)控互不影響。

2)分散控制。運(yùn)東污水處理廠的遠(yuǎn)程 SCADA系統(tǒng),突出了“調(diào)度權(quán)集中、控制權(quán)分散”的特點(diǎn)。系統(tǒng)監(jiān)控的每個(gè)PLC分站都建立各自完整的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng),在脫離調(diào)度中心時(shí)能夠獨(dú)立完成所控設(shè)備的監(jiān)視和自動(dòng)化控制功能,保證系統(tǒng)在脫離遠(yuǎn)程 SCADA系統(tǒng)時(shí)運(yùn)行的安全性。

3)高可靠性。運(yùn)東污水處理廠肩負(fù)滄州市運(yùn)河以東污水處理和中水回用的重任,因此,系統(tǒng)必須具有高可靠性,并能保證遠(yuǎn)程 SCADA監(jiān)控系統(tǒng)的不間斷運(yùn)行,同時(shí),還必須保證監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)遠(yuǎn)程通訊的可靠和穩(wěn)定。

4)高效率的歷史記錄。中控室的歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)是優(yōu)化生產(chǎn)、提高管理水平的依據(jù),因此應(yīng)建立高效率的歷史數(shù)據(jù)庫(kù),專(zhuān)門(mén)記錄各個(gè)分站設(shè)備的運(yùn)行情況、生產(chǎn)數(shù)據(jù)及在線(xiàn)儀表值。

5)完善的報(bào)警機(jī)制。由于每個(gè)值班人員都在值班室值班,只是間隔大約一小時(shí)才到現(xiàn)場(chǎng)控制柜記錄數(shù)據(jù),因此中控室完善的報(bào)警機(jī)制對(duì)于系統(tǒng)的安全運(yùn)行至關(guān)重要。系統(tǒng)必須能夠判斷自身的運(yùn)行情況自動(dòng)產(chǎn)生報(bào)警信息,并能夠及時(shí)將報(bào)警信息顯示到系統(tǒng)畫(huà)面上,同時(shí)以聲音報(bào)警提示中控室值班人員。

4 通訊協(xié)議

一般來(lái)說(shuō),SCADA系統(tǒng)與 PLC的遠(yuǎn)程通訊協(xié)議主要有 TCP協(xié)議和UDP協(xié)議兩種[2],TCP協(xié)議傳送數(shù)據(jù)前需要首先建立連接,錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)將會(huì)自動(dòng)重發(fā),因而可靠性好,但網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)較重;另一種是 UDP協(xié)議,這種用戶(hù)報(bào)文協(xié)議是一個(gè)無(wú)連接協(xié)議,發(fā)送方只負(fù)責(zé)發(fā)送數(shù)據(jù),因此不能確保數(shù)據(jù)傳輸完全正確,但它占用網(wǎng)絡(luò)資源較少?？紤]到該系統(tǒng)中調(diào)度中心與現(xiàn)場(chǎng)各分站的通訊是遠(yuǎn)程通訊,必須保證數(shù)據(jù)的可靠性,因此運(yùn)東污水處理廠選用 TCP協(xié)議作為通訊處理模塊與 PLC之間的通訊協(xié)議。同時(shí),通訊系統(tǒng)采用校驗(yàn)編碼技術(shù)對(duì)通訊數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼,采用 Modbus Plus與 PLC進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊。

5 結(jié)束語(yǔ)

運(yùn)東污水處理廠自采用 SCADA系統(tǒng)運(yùn)行以來(lái),使值班人員能準(zhǔn)確地在調(diào)度中心遠(yuǎn)程監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)各種設(shè)備的運(yùn)行情況,及時(shí)記錄各種設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)。因此,需要的值班人員很少,減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度,降低了能耗,實(shí)現(xiàn)了污水廠管理的先進(jìn)性、安全性和高效性,每年可以為排水公司節(jié)省不少生產(chǎn)管理成本。

[1]李麗.計(jì)量站遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè) SCADA系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析 [J].微計(jì)算機(jī)信息,2003,(8):28-29.

[2]王同浩.SCADA系統(tǒng)在杭湖線(xiàn)的應(yīng)用[J].儀器儀表用戶(hù),2006,13(1):42-43.

[3]王達(dá).計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制 [M].北京:清華大學(xué)出版社,2003.