论DCS过程控制系统在市政污水处理项目中的应用

论DCS过程控制系统在市政污水处理项目中的应用
作者：王军
来源：《城市建设理论研究》2011年第07期
摘要：本文简要介绍了DCS过程控制系统在市政污水处理厂项目中的具体应用，对较好地使用可编程序控制器（PLC）在过程控制系统中的应用提供了典型范例。

DCS（Distributed control system）过程控制系统是随着现代大型工业生产自动化的不断兴起和过程控制要求的日益复杂应运而生的综合控制系统，它是集计算机技术、系统控制技术、网络通讯技术和多媒体技术相结合的产物，可提供窗口友好的人机界面和强大的通讯功能，将DCS过程控制技术引入污水处理项目也新时代新技术的具体体现。

现代化的大型污水处理项目的工艺流程大体分为：粗格栅处理、泵房提升、细格栅处理、旋流沉砂处理、曝气池处理、二次沉淀池处理、污泥回流、消毒池、污泥脱水、等工艺单体。

一、 DCS过程控制系统概述
根据市政污水处理工艺流程的实际情况及工艺要求，DCS过程控制系统在市政污水处理项目中即定义为采用“集中监控、管理，分散控制”的集散型系统。

整个系统由信息层（管理层）、监控层、现场控制层组成。

由设在中央控制室的监控计算机和现场控制分站（可编程控制器PLC）组成全厂实时工业控制网，运行协议为（TCP/IP）。

二、 DCS过程控制系统的组成
根据市政污水处理工艺流程的实际情况及工艺要求，DCS过程控制系统在市政污水处理项目中主要为三部分组成
（1）中央监控管理级
中央控制室设有两台互为备用的管理监控计算机、信息打印机，UPS电源、模拟屏等构成。

在厂内中央控制室设置两套中央监控计算机，它主要完成对污水厂的管理、调度、集中操作、监视、系统功能组态、控制参数在线修改和设置、记录、报表生成及打印、故障报警及打印等功能。

在中央控制室设一块马赛克镶嵌式模拟屏，屏上印制整个污水厂工艺流程图，用于显示全厂各工艺流程段的实时工况，使调度人员对全厂生产情况及设备运行状况一目了然。

（2）现场控制级
现场控制级设有采用可编程控制器（PLC）的分站。

根据工艺控制流程，全厂可设数套PLC分站系统，一般可分别设置在机械处理段（PLC1），生物处理段（PLC2），污泥处理段（PLC3），中央控制室（PLC4）。

（3）就地控制和总线级
现场工艺设备的控制箱采集设备的运行、故障、手动/自动、各个仪器仪表的数字量/模拟量信号等过程状态信号通过现场总线及带现场总线接口的设备构成现场总线系统，采用现场总线可以节约大量电缆。

三、 DCS过程控制系统的工作原理
1、中央控制管理計算机的工作原理
DCS过程控制系统中的中央控制管理计算机俗称“上位机”，在上位机中为用户提供了良好的系统监视画面和简单的用户操作画面。

用户可以方便地监视到现场包括设备、仪表、工艺参数在内的所有有效信息，同时也可以根据生产的实际，随时对现场设备的工作状态作出相应的调整。

2、现场控制级的工作原理
DCS现场控制级是污水处理项目信息采集的环节，它将各个工艺设备的现场控制柜（箱）的运行、故障、手动/自动、各个仪器仪表的数字量/模拟量信号等过程状态信号通过现场总线传输到中央控制监控计算机上，全厂工艺设备的控制可以通过以下三种方式。

（一）就地手动（二）远程PLC自动控制（三）远程中控室监控计算机手选控制。

PLC自动控制和监控计算机上手选控制的转换通过计算机上人工点选实现。

3、现场仪器仪表的工作原理
为配合污水处理工艺的参数要求，在全厂各工艺段设置与工艺流程相适应的仪表检测系统，各仪表的标准电流信号送至各现场计算机，再转送至中央控制室监控计算机和模拟屏，仪表选用带现场显示变送器的智能化仪表。

全厂除配有流量、压力、温度、液位等仪表外，还配置了溶解氧、PH值、SS值、浊度、COD等检测仪表。

4、现场控制总线的工作原理
DCS过程控制系统在市政污水处理项目中监控计算机、办公计算机等主要是通过工业以太网（Ether Net网）构成全厂通讯系统，运行协议为（TCP/IP），在现场各个PLC分站之间常采用的是Profibus通讯协议实现控制级的数据通讯，可以根据污水处理项目的重要性，设置带有冗余特性的通讯网络结构，大大地提供了DCS过程控制系统的稳定性和可靠性。

5、 DCS过程控制软件系统工作原理
DCS过程控制软件系统是整个控制系统的灵魂，目前，根据工业控制市场上常采用的是西门子系列（上位机为wincc6.0，下位机为STEP7）、AB系列（上位机为RSVIEW32，下位机为RSLOGIX500）等等，选择的依据主要是参考工程项目的控制对象的变量数，通讯的兼容性等方面予以考虑。

其主要工作过程为：
（1）根据控制对象建立变量函数
（2）建立设备的对应变量函数表
（3）建立设备的图形画面
（4）连接设备函数表与图形画面的对应
（5）编写事件脚本语言
（6）建立和编写项目的数据动态库
6、 DCS过程控制硬件系统工作原理
DCS过程控制硬件系统是整个控制系统的数据采集环节，目前，根据工业控制市场上常采用的是西门子系列（S7-200、300）、AB系列（SLC500、SLC1500）等等。

其主要工作过程为：
（1）根据控制对象建立变量函数
（2）建立设备的对应变量函数表和数据库
（3）根据控制功能选择控制指令
（4）建立PLC梯形图、指令、功能框图
（5）建立模块间的通讯
（6）下载程序到PLC模块
四、 DCS过程控制系统的综述
DCS过程控制系统是一个全集成的、结构完整、功能完善，结合最先进的计算机软、硬件技术,面向整个生产过程的过程控制系统。

DCS过程控制系统的技术特点：
◆高度的可靠性、稳定性
◆高速度，大容量的控制器
◆客户/服务器的结构
◆集中的，从上到下的组态方式
◆能灵活、可靠地与原系统相兼容
◆集中的，友好的人机界面
◆含有配方功能的批量处理包
◆开放的结构，可以同管理级进行通讯
◆同现场总线技术溶为一体
五、结束语
综上所述，随着计算机软硬件技术、工业自动化技术、仪器仪表和网络技术的不断创新和日益完善，充分运用先进的DCS过程控制技术，合理集成可编程序控制器（PLC）、仪器仪表和工艺设备，使DCS过程控制技术在市政污水处理项目中取得了非常有实用价值的控制方案选择，具有很好的经济效益和社会效益，必将在今后的工程建设项目中有更大的发展，将会为PLC的应用领域开辟更为广阔的空间。