城市工业园区污水处理厂自控系统研究|工业园区污水处理

摘要：城市工业园区污水处理厂的自控系统遵循“集中管理、分散控制、资源共享”的原则，尽可能做到“工艺必需、先进实用、维护简便”。为了满

足城市工业园区污水处理厂工程实现上述要求，必须保证控制系统的先进性和可靠性，才能保证本厂设备的安全、正常、可靠运行。

关键词：自控系统；网络；分控站

城市工业园区污水处理厂的自控系统质量可靠、技术先进、性价比高，

充分考虑技术进步和系统的扩展，采用分层分布式控制技术，发挥智能控

制单元的优势，降低并分散系统的故障率，保证系统较高的可靠性、经济

性和扩展性，从而实现对各现场控制设备的操作、控制、监视和数据通讯。

一、污水处理厂的自控系统基本要求

工控通讯网络为光纤冗余环型工业以太网，通讯波特率≥100Mbps，

系统自适应恢复时间<300ms，通讯距离（无中继器）≥1Km，网络介质

要求使用可直埋的光缆, 在出现故障时, 可在线增加或删除任意一个节点,

都不会影响到其他设备的运行和通讯。本系统采用先进的监控操作站控制

系统，即系统采用全开放式、关系型、面向对象系统结构，支持不同计算

厂家的硬件在同一网络中运行，并支持实时多任务，多用户的操作系统。

主要用于污水厂的生产控制、运行操作、监视管理。控制系统不仅有

可靠的硬件设备，还应有功能强大，运行可靠，界面友好的系统软件、应

用软件、编程软件和控制软件。

控制系统在严格的工业环境下能够长期、稳定地运行。系统组件的设

计符合真正的工业等级，满足国内、国际的安全标准。并且易配置、易接

线、易维护、隔离性好，结构坚固，抗腐蚀，适应较宽的温度变化范围。

系统具备良好的电磁兼容性，支持I/O 模板在系统运行过程中进行带电热

插拔。能够承受工业环境的严格要求。

控制系统有一套完整的自诊断功能，可以在运行中自动地诊断出系统

的任何一个部件是否出现故障，并且在监控软件中及时、准确地反映出故

障状态、故障时间、故障地点、及相关信息。在系统发生故障后，I/O 的状

态应返回到系统根据工艺要求预设置的状态上。

为了保证城市工业园区污水处理厂扩建或改造时满足工厂的控制要

求，控制系统具有较强扩展能力。控制系统主要用于污水处理厂的生产控

制、运行操作、监视管理。不仅有可靠的硬件设备，还有功能强大，运行

可靠，界面友好的系统软件、应用软件、编程软件和控制软件。监控系统

的数据库结构为面向对象的，实时式，关系型数据库。操作系统和监控软

件具有冗余和容错及灾难性恢复等功能。

二、污水处理厂的自控系统系统结构及特点

1、控制系统结构

城市工业园区污水处理厂自控系统采用分层分布式结构网络控制方

式。该控制系统共分为主控级(中控室)和现地控制层（分控站）。实现相应

控制层设备的监视、操作、控制和网络通讯连接。

中控室

中央控制室的监控管理操作站系统完成全厂的自动控制。包括两套互

为热备的监控工作站、印机、UPS 电源。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。这两套工作站为热冗余配备，可以分

别侧重监测或组态功能，故障时互为备用，具有灵活的运行方式。为观显

示全厂工艺过程全貌，方便管理，在中控制室设立了电动投影屏幕和投影

仪，显示全厂工艺流程图和主要参数及设备运行状态。通过大容量的UPS

为中央控制室的所有设备提供了高质量的电源。

分控站

每个分控站配置一套PLC 控制柜。柜内包括可编程序控制器、操作员

界面HMI、24VDC 电源装置、冗余光纤交换机、电源防雷过电压保护装置、

小型断路器、接线端子、小型继电器，安装连接缆线和附件等。根据污水

厂工艺特点，构筑物的布置和现场控制的分布情况，设置四个PLC 现场子

站，PLC 现场子站选用可编程序控制器（PLC），PLC 为模块化结构，硬件

配置较灵活，易于扩展，软件编程方便。并且PLC 子站与相应的MCC 置

于同一地点，节省其间电缆。当中控室监控工作站故障退出运行或通道故

障使分控站控制单元和主控级监控工作站通讯中断时，各现地控制单元能

独立运行，进行控制和监视，提高运行可靠性。

控制系统特点

由于控制设备的分布特点及控制的独立性，采用现地元件层实现自动

化仪表的数据采集，采用现地控制单元实现了相对独立设备的本体控制；

从而大大减轻了操作员工作站监控操作站的负荷，有利于各级控制设备监

控功能的合理分配和利用；由于各现地控制单元相对独立，并且能够脱网

独立运行，特别是在集控层总线网络瘫痪时，能够保证现地单元可靠地运

行，大大提高了控制系统的可靠性；采用分层分布式控制方式，使得总线

网络的通讯负荷减少、通讯误码率大大降低，解决了数据通讯的瓶径问题，

同时使网络结构更清晰、检修维护更方便；采用分层分布式控制方式，该

控制系统具有更好的扩展性，若需对系统扩展，只要将接入相应的网络层

中即可，不会影响到集控层网络的运行和操作。

三、城市工业园区污水处理厂自控系统分控站设备

城市工业园区污水处理厂自控系统分控站由四个PLC 站等组成，每个

控制站选用一套用S7-300 系列的PLC，并配备一台触摸屏，实现全厂自控

仪表及其他设备的监视和控制，同时各分控站与主控级操作站进行数据交

换，各分控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、稳定运行。

按控制程序对所辖工段内的工艺过程、电气设备进行自动控制，同时

采集工艺参数及电气设备运行状态。通过通信总线与中央控制室的监控管

理系统进行通信。向监控管理系统传送数据，并接受监控管理系统发出的

部分开停机命令。在操作屏上显示所辖工段的工艺流程图，工艺参数，电

气参数，及设备运行状态。通过功能键盘设定工艺参数，控制电气设备。

中央控制室与各现场PLC 控制站之间采用工业以太网通信方式，主干

网通信速率为100Mbps，各连接站点通信速率为10/100Mbps 自适应，通信

介质为光纤，由于光纤为非导体的石英构成，由雷电产生的电荷不会耦合

至光纤上，从而增强通信网络安全性能。光纤冗余交换机选用的网络结构

为冗余环网，以大大提高通信网络的可靠性，这是一种工业级、非管型、

冗余以太网交换机。其独特的FAR-Ring 冗余环网技术为您的以太网络带来

智能冗余，标准的工业4 级设计，能够满足各种工业现场的要求，所有器

件选用工业级的器件，实现了较高的可靠性。

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