调蓄池DCS自动控制系统

调蓄池DCS自动控制系统

邓声嵩     

云南建投安装股份有限公司

摘要：调蓄池是作为调节污水处理厂外管道超量污水或近期雨水，远期作为超量污水和初期雨水调蓄池使用的蓄水池。本文主要介绍调蓄池DCS控制系统的应用，使用该控制系统可以实现调蓄池污水调蓄无人值守及自动控制。

关键词：调蓄池、自动控制系统、DCS、PLC、粗格栅

一、系统概述

污水调蓄池主要是为调节厂外管道超量污水，远期作为超量污水调蓄池使用。调节能力为1万m3，采用提升调节方式；当厂外干管来水超过提升泵的设定水位时，启动提升轴流泵，污水进入调蓄池。当调蓄池内水位达到控制水位时，关闭提升泵。为了满足调蓄池的工艺生产流程，自控系统选用DCS自动控制系统。该控制系统由PLC站与监控操作站控制管理系统组成的自控系统和仪表检测系统两大部分组成。

二、系统构成

1、控制系统结构

调蓄池工程的计算机控制系统选用DCS自动控制系统，该自动控制系统的设计基于集中管理、分散控制的理念，全站控制系统由控制室和现场控制站组成，现场控制站由1个PLC站组成：PLC站与控制室采用以太网通讯方式。DCS自动控制系统采用分层分布式结构网络控制形式。该自动控制系统共分为主控级(中控室)和现地控制层（现场控制站）。实现相应控制层设备的监视、操作、控制和网络通讯连接。控制室设在配电间。自动冲洗系统、视频监控系统、配电后台管理系统都挂接在以太网交换机上，并通过4G路由器与全市污水调蓄池系统监控中心进行实时通讯，以便实现远程监控和调度。

2、中央控制室

中央控制室设于控制楼内。中央控制室的监控管理操作站完成全调蓄池的自动控制。包括监控工作站、工业控制计算机、嵌入式网络型硬盘控制主机、激光打印机、UPS电源、硬盘录像机。中央控制系统通过工业以太网，采用光缆与各现场控制PLC站连接。通过UPS为中央控制室的所有设备提供了高质量的电源。

3、现场控制站

负责粗格栅及排空泵房、调蓄池、冲洗系统、植物雾化系统及变配电间工艺设备的控制，以及有关工艺参数的采集。主要控制内容如下：

粗格栅设备根据设定的格栅前后水位差或时间进行开关机。排空泵受液位控制，低液位时立即停止所有泵。电动手/电闸门受格栅后液位控制，超过最高液位时关闭闸门，PLC应具有提前发出控制命令的功能，这个可以利用软件编程实现。根据排空泵房低液位信号，PLC启动冲洗系统投入工作运行，每一流道冲洗时再启动排空泵，直至所有流道冲洗完毕。PLC通过RS-485通信采集变配电间高压进线柜智能仪表各相关供配电运行时的对应电量参数。并通过工业以太网获得高压后台管理机信息。

4、控制室人机界面

全站工艺流程动态模拟图；变配电系统图（显示主开关动作状态、电量、功率因数等）；粗格栅动态模拟图；调蓄池冲洗系统模拟图；植物液雾化喷放系统模拟图；排空泵房动态模拟图。画面参数、联锁值可开放式修改，但设多级管理权限。

5、视频监控

本工程设置七台球型摄像机，提升泵房、配电间、泵房及地面构筑物四周。并通过以太网上传视频画面。由于格栅间距控制室近一百米，这一段采用光纤联系。

6、成套设备

本工程中植物液喷雾、冲洗控制系统等为厂家成套设备，自带控制装置和检测仪表，植物液喷雾与PLC采用无源接点硬连接，冲洗系统与PLC采用工业以太网通讯。并由设备承包商配置通讯模块并协调通讯协议。

7、防雷及接地

自动化系统的防雷接地、保护接地、工作接地、屏蔽接地、防静电地采用联合接地体， 并且与厂区电气专业接地网连接。接地电阻应小于1欧姆。防雷、接地连线一律采用低压单芯铜芯电缆。户外自动化设备（含仪表）电源电缆、控制电缆、信号电缆、通讯电缆两端原则上配置防雷装置。

三、系统控制方式及功能描述： 

1、系统控制方式： 

现场设手动控制模式：由设备的现场控制箱或者是电气控制柜上的“就地/远程”转换开关进线选择“就地”控制时，操作人员可以通过现场控制箱或者是电气控制柜的开关实现对设备的启动/停止、运行/停止操作。

远程控制模式：即远程手动控制模式。现场控制箱或电气控制柜上的“就地/远程”转换开关选择“远程”控制时，操作人员可以通过操作设备面板或集中控制系统操作站的计算机监控画面用鼠标器或键盘选择“远程手动控制”方式并对设备进行启动/停止、运行/停止操作。

自动运行模式：现场控制箱或电气控制柜上的“就地/远程”转换开关选择“远程”控制，且现场控制站设定为“自动”方式时，设备的运行完全由各PLC控制系统根据污水处理厂的工况及生产要求来完成对设备的启动/停止、运行/停止控制，而不需要人工进线干预和任何操作控制。

控制方式设计原则：就地手动控制优先，在此基础上，设置远程遥控和自动控制。控制级别由高到低为：现场手动控制、遥控控制、自动控制。

2、主控级设备

该污水处理厂新增调蓄池的DCS控制系统主控工作作站接收全厂设备的运行状况，同时也对现场控制设备发送各种控制命令。主控级工作站由西门子IPC-610H型工控机作为主要控制设备，采用Windows XP操作系统和WINCC工业组态软件，完成数据的采集、设备的控制和监视以及与各分控站的通讯功能等。

3、现场控制站：

调蓄池自动控制系统现场控制站由多个PLC站所组成，每个控制站选用一套西门子S7-300系列PLC控制系统组成，并配备由触摸控制屏可进线现场操作控制，实现全厂自动化仪器仪表及其他自能设备的监视和控制，同时现场控制站与主控站进行实时数据交换，现场控制站接收主控级操作站发来的各种控制命令，最终实现全厂所有设备的监控，保证了全厂设备安全、稳定的运行。

中央控制室总站与现场PLC控制站之间的通信采用工业以太网通信方式，主干网络通信速率为100Mbps，各连接站点之间的通信速率为10/100Mbps自适应，通信介质均为单模光缆。光纤冗余网络交换机选用的是工业级以太网络交换机，网络结构为冗余环形网络，这样可以大大提高通信网络的可靠性和安全性。 

该工程使用的工业以太网络交换机是一款工业级、非管型、冗余型以太网络交换机。标准的工业4级设计，能够满足现场控制的工艺控制要求；所有元器件的选用都是工业级的器件，实现了较高的可靠性和安全性。采用目前业内最优秀的网络方案，提供了2.0G无阻塞交换的带宽。

四、小结

DCS自动控制系统通过该污水处理厂新增调蓄池工程的应用，实现了工艺流程控制系统的先进性和可靠性，保证了工艺设备的安全、可靠运行；说明该DCS自动控制系统质量可靠、技术先进、性价比高，故障率低、经济性好、防电磁干扰能力强，且能够真正实现无人值守自动运行的功能。现如今工业自动化控制技术和现代科学技术都在飞速发展，自动控制系统技术及理论已逐渐成熟和规范化，DCS自动控制系统在污水处理系统及雨污调蓄池自动控制等领域的应用越来越广。可根据不同规模、不同工艺合理配置最为合适的DCS自动控制系统；根据工艺特点在硬件系统满足要求的前提下，利用软件资源，将DCS自动控制系统不断优化不断提高为公司带来更好的效益。

参考文献：

【1】《工业控制网络》人民邮电出版社  王振力主编；

【2】《自动控制系统》机械工业出版社  孔凡才主编；