基于PROFIBUS总线技术的自控系统和智能仪表在水处理行业中的应用

[摘要]西安市第四污水处理厂设计总规模为50万t日，一期设计规模为25万∥日。此项目为西北最大的污水处理厂之一，具有设备数量多，控制地点分散，处理工艺要求高，系统稳定性和实时性要求严格等特点。故设计采用领先的Profibus总线技术实现全厂自动控制和仪表系统集成。本文就此总线控制系统的设计、配置、实现和特点进行论述，提出总线技术在水处理行业的完整解决方案。

[关键词]水处理 控制系统PROFIBUS-DPPROFIBUS-PASTEP7智能仪表

一、项目简介

随着环境问题日益被社会各界所重视，污水处理成为环境保护中最亟待解决和与社会发展最息

息相关的课题。西安市政府贯彻国家政策，大力兴建水处理工程，西安市第四污水处理厂是其中最

具代表性的项目之一。

西安市第四污水处理厂项目是日本国际协力银行ODA贷款项目，该厂接纳污水服务范围包括西安市城区部分区域、北郊及东郊部分区域，污水规划流域面积约为45km2，工程设计规模为50万L／日，其中一期设计规模为25万T/日，污水处理采用缺氧／厌氧／好氧（倒置A2/0）两级生物处理工艺，出水经漕运明渠排至渭河；污泥处理采用重力浓缩后中温两级消化、机械脱水工艺，脱水后泥饼外运填埋。消化产生的沼气用于污泥加热，实现资源再利用。污水厂主要产生臭味的构筑物设置臭气收集系统，经生物除臭系统进行净化处理。具体工艺流程如图l所示。

图1工艺流程图

根据污水厂工艺流程及布局情况，采用“集中监视，分散控制”的自控系统，系统包括中央监控系统、现场控制站、电视监控系统、通信网络及智能仪表。中央监控系统设在厂区综合办公楼中心控制室，包括监控工作站、管理工作站、工程师站等。中央监控站通过光纤以太网与五个现场控制站进行通信。五个现场控制站根据工艺区域划分，其中PLC1控制站设在粗格栅及污水提升泵房，PLC2控制站设在变配电室，PLC3控制站设在投药及加氯间，PLC4控制站设在污泥脱水间，PLC5控制站设在锅炉房及浴室。在各监测点采用支持PROFIBUS协议的流量、压力、温度、液位及水质分析等仪表，实现在线测量、故障诊断，并将信号送至就近的现场控制站进行监控。

根据项目情况，采用西门子s7-400系列PLC作为主控系统，控制站具体硬件配置如下：

二、控制系统构成

在此项目中，自控系统采用管理层、控制层、现场层三级控制方式。其控制网络如图2所示。对于下位控制系统而言，每个站根据控制点数的差别和现场实际情况进行硬件选型配置如下所述。

图2控制网络
 

PLC1控制站——粗格栅及污水提升泵房现场控制站

本站PLC选用西门子PLCS7-400系列产品，CPU为CPU414-3DP。现场PLC控制站与仪表、专用控制设备之间通过标准工业现场总线(PROFIBUS-DP/PA)进行数据通信，现场控制站通过西门子SCALANCEX408-2交换机与lOOMbit/s冗余光纤以太环网相连，完成与中控室监控计算机之间的通信。