和利时LK系列大型PLC在大型污水处理厂中的应用

1 工程概述

纪庄子污水处理厂升级改造工程是天津市重点污水处理工程项目之一，内容包括污水处理厂的工艺设备、电气设备、自控仪表设备。纪庄子污水处理厂服务于天津市纪庄子排水系统，升级改造工程设计规模为45万吨/天。纪庄子污水处理厂位于天津市河西区卫津河以西、津港运河以北、纪庄子排污河以南，占地面积30公顷。污水处理采用多级A/O处理工艺。

本工程建设内容为改造老系统曝气沉砂池1座，改造老系统初次沉淀池集配水井2座，改造老系统初次沉淀池2座，改造老系统初次沉淀池为2座厌氧池、改造老系统生物池4座、改造老系统污泥泵房2座、新建老系统接触池1座、改造老系统加氯间1座、改造扩建系统初次沉淀池1座为厌氧池、改造扩建系统生物池4座、新建扩建系统接触池1座、改造扩建系统污泥泵房1座;新建加药及碳源投加间1座、新增除臭系统，以上建设内容全部引入自控系统。污水、污泥处理工艺流程如下图所示：

图1-1 污水、污泥处理流程框图

2 自控系统设计

2.1 系统总体设计

该大型改造项目的难点在于，既要保证生产的连续性，又要在原基础上提高自动化水平，所以，两个扩建增补站继续使用欧姆龙公司CS1系列PLC，两个新增站采用以和利时公司LK系列可编程控制器PLC为主的集中和分散相结合的自动化控制系统，实现对全厂工艺参数、电气参数和设备运行状态进行监测、控制、连锁和报警以及报表打印。通过使用在主站和远程站间的一系列通讯链，完成整个工艺流程所必需的数据采集，数据通讯，顺序控制，时间控制，回路调节及上位监视和管理作用。在满足工艺流程的要求之外，还能实现安全生产，提高生产管理水平。整个系统设1个中央控制室、4个现场PLC控制站组成。现场PLC控制站，由可编程序控制器(PLC)系统及检测仪表组成，对各工艺过程进行分散控制;再由中央控制室(CCR)，对全厂实行集中管理。中央控制室、PLC控制站之间的数据通讯采用高速的、实时的工业以太网，网络结构为环形，通讯速率为100Mbps，传输介质为光纤。

2.2 系统网络结构

天津纪庄子污水处理厂自动控制系统提供了简明的、高效的﹑开放的网络体系结构，将以前设备控制的五层通讯结构简化为三层：管理层﹑控制层和设备层。管理层网络采用Ethernet网络;控制层网络采用Profibus-DP网络;设备层可选择多种网络：串行总线、Ethernet、Profibus-DP等。设备层通讯网络用于实现现场设备(开关﹑仪表和人机界面等)与PLC之间的通信;控制层采用Profibus-DP网络，主要负责各个控制器与IO模块的通讯;上层的Ethernet网络实现PLC之间﹑PLC与上位机以及与第三方Ethernet设备的数据通信，整个通讯形成了具有优异通信功能的三层网络，如图2-1所示：

图2-1 LK控制系统网络的三层体系结构

2.3 系统结构与配置

根据污水处理工艺的控制要求，污水处理工程自动化控制系统分为三级管理，包括生产管理级(中央控制室)、现场控制级(PLC控制站)及就地控制级。现场各种数据通过PLC系统进行数据采集，并通过主干通讯网络——工业以太网传送到中央控制室监控计算机进行集中监控和管理，传输介质为光纤，通讯速率为100Mbps。同样，中央控制室监控计算机的控制命令也通过上述网络通道传送到PLC，实施对各单元的分散控制。构建污水厂自动化控制系统拓扑结构与功能配置如图2-2所示：

图2-2 系统拓扑结构与配置图