SCADA系统在污水处理厂中的应用

韩忠才,王运娣,王 伟,张巨强

(1.沧州市宏业工程建设监理有限公司,河北 沧州 061001;2.河北工程技术高等专科学校,河北 沧州 061001;3.唐山供电公司丰润分公司,河北 丰润 064000;4.沧州供电公司,河北 沧州 061001)

运东污水处理厂为了提高工艺控制的管理水平,使用美国 GE公司的 INTELLUT ION子公司的组态软件 IFIX3.5中文版,通过光纤构成以太冗余双环网,开发了语音报警、过程控制、生产历史数据库等功能,实现对污水和中水工艺的远程监控;提高了污水处理的生产效率,降低了能耗;并且实现了该污水处理厂的现代化管理水平。

1 远程 SCADA系统结构

SCADA系统,即数据采集与监督控制系统,是一种复杂的综合性测控系统[1]。由监控中心、通信系统和数据采集系统组成。监控中心的任务是通过通信系统实时监视和控制远程设备的远行,并为综合管理系统提供实时数据。通信系统主要完成信息的远距离传输,可采用有线方式传输、无线方式传输及混合信道传输。数据采集系统可以实现对远程设备的就地控制和数据采集,并能方便的与通信系统相连,实现信息的远距离传输。

远程 SCADA系统分为中心控制室调度中心、集线器 HUB、光缆和光纤、现场PLC自动化控制系统等四个主要部分,系统结构如图 1所示。

中心控制室调度中心由两台计算机组成,集中采集各个分站的生产数据,并根据系统需求提供各种应用功能,实现污水处理工艺的远程监控和统一调度。调度中心配置两台由美国 GE FANUVC的 i Fix搭建SCADA服务器,2台 SCADA服务器采用逻辑节点的方法实现监控的冗余备份,保证了监控的可靠性。SCADA服务器与通讯系统 HUB之间进行数据交换,实现调度中心的远程 SCADA功能。

通讯系统是整个系统数据远程传输的重要环节,是调度中心与各个现场 PLC数据交换的桥梁。通讯系统实现了数据的编码、解码、数据传输校验、数据链路选择切换控制等功能。

图1 系统结构图

2 污水处理厂现场监控系统

污水处理厂现场监控系统采用计算机、PLC及 I/O、集线器 HUB构成主体,配以低压进线及现场各种测量仪表,采集并预处理、显示和向 PLC上传现场设备运行时的实时参数。系统再通过 MEMOBUS通信技术,曲线数学分析算法计算现场变频器控制的泵和鼓风机的运行电流和功率值。PLC就根据运行时间、停止时间、提升泵房液位或流量、现场溶解氧实测值和设定值等进行 PID自动化编程控制。

现场 PLC监控的主要设备和信号:

1)中水泵房 CS17PLC站数据采集、控制设备包括粗、细格栅机及超声波液位差计、提升泵及超声波液位计、旋流沉砂池搅拌机及鼓风机、砂水分离器、中水送水泵、清水池超声波液位计。

2)变配电室 CS12APLC站(或变配电室 CP1PLC柜)数据采集、控制设备包括氧化沟推流器及溶解氧仪表、厌氧池搅拌器及氧化还原电位仪、鼓风机。

3)变配电室 CS12BPLC站数据采集、控制设备包括终沉池刮泥机、污泥回流泵及电磁流量计和剩余污泥泵。

4)污泥脱水机房 CS10PLC站数据采集、控制设备包括污泥脱水系统、贮泥池搅拌器及超声波液位计、接触池潜污泵及液位计、电磁流量计。

5)加药间 CS18PLC站(或加药间 CP3)数据采集、控制设备包括加药泵、高密池搅拌器、刮泥机及泥位计、滤池电动阀、气动阀及液位计、加氯机及漏氯吸收电机。

现场都配置有触摸屏操作和计算机操作,它们通过总线连接 PLC,可直接对所控范围内的设备进行监控和操作。因此,每个现场 PLC自动化监控系统都是一个完整的系统,在脱离上位远程监控系统时都可独立运作。同时又互相配合共同完成污水和中水的处理。

3 运行中的远程 SCADA系统的特点

1)集中调度。运东污水处理厂中心控制室是全厂工艺的调度中心,可以同时监视和控制系统所有的设备及监视厂区全貌,调度中心对现场各个控制站的监控互不影响。

2)分散控制。运东污水处理厂的远程 SCADA系统,突出了“调度权集中、控制权分散”的特点。系统监控的每个PLC分站都建立各自完整的自动化监控系统,在脱离调度中心时能够独立完成所控设备的监视和自动化控制功能,保证系统在脱离远程 SCADA系统时运行的安全性。

3)高可靠性。运东污水处理厂肩负沧州市运河以东污水处理和中水回用的重任,因此,系统必须具有高可靠性,并能保证远程 SCADA监控系统的不间断运行,同时,还必须保证监控数据远程通讯的可靠和稳定。

4)高效率的历史记录。中控室的历史生产数据是优化生产、提高管理水平的依据,因此应建立高效率的历史数据库,专门记录各个分站设备的运行情况、生产数据及在线仪表值。

5)完善的报警机制。由于每个值班人员都在值班室值班,只是间隔大约一小时才到现场控制柜记录数据,因此中控室完善的报警机制对于系统的安全运行至关重要。系统必须能够判断自身的运行情况自动产生报警信息,并能够及时将报警信息显示到系统画面上,同时以声音报警提示中控室值班人员。

4 通讯协议

一般来说,SCADA系统与 PLC的远程通讯协议主要有 TCP协议和UDP协议两种[2],TCP协议传送数据前需要首先建立连接,错误的数据将会自动重发,因而可靠性好,但网络负担较重;另一种是 UDP协议,这种用户报文协议是一个无连接协议,发送方只负责发送数据,因此不能确保数据传输完全正确,但它占用网络资源较少。考虑到该系统中调度中心与现场各分站的通讯是远程通讯,必须保证数据的可靠性,因此运东污水处理厂选用 TCP协议作为通讯处理模块与 PLC之间的通讯协议。同时,通讯系统采用校验编码技术对通讯数据进行编码,采用 Modbus Plus与 PLC进行远程通讯。

5 结束语

运东污水处理厂自采用 SCADA系统运行以来,使值班人员能准确地在调度中心远程监控现场各种设备的运行情况,及时记录各种设备的运行数据。因此,需要的值班人员很少,减轻了劳动强度,降低了能耗,实现了污水厂管理的先进性、安全性和高效性,每年可以为排水公司节省不少生产管理成本。

[1]李丽.计量站远程监测 SCADA系统的设计分析 [J].微计算机信息,2003,(8):28-29.

[2]王同浩.SCADA系统在杭湖线的应用[J].仪器仪表用户,2006,13(1):42-43.

[3]王达.计算机网络远程控制 [M].北京:清华大学出版社,2003.