前言
近年來，伴隨著我國經(jīng)濟(jì)快速增長，珠江三角洲等城鎮(zhèn)密集地區(qū)的發(fā)展迎來了前所未有的機(jī)遇期，而工業(yè)化進(jìn)展的同時也引發(fā)了供水緊張與水體污染等問題，甚至發(fā)生了嚴(yán)重的“生態(tài)危機(jī)”事件，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源環(huán)境的矛盾日趨尖銳，亟待解決。
根據(jù)廣東省的發(fā)展規(guī)劃，在“十一五”期間廣東經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)——東西北地區(qū)要實現(xiàn)所有縣城都配備污水處理設(shè)施。在此背景下，由省政府統(tǒng)一部署，廣東省廣業(yè)環(huán)保產(chǎn)業(yè)集團(tuán)公司（簡稱“廣業(yè)環(huán)保集團(tuán)”）承接了廣東省內(nèi)經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的一批污水處理廠項目，其中的51個規(guī)模（日處理能力）在1~8萬噸的項目由廣州東芝白云自動化系統(tǒng)有限公司（簡稱“東芝白云”）提供電氣及自動化集成系統(tǒng)的設(shè)計、工程安裝和保養(yǎng)服務(wù)。
東芝白云是廣州白云電器設(shè)備有限公司、株式會社東芝、東芝（中國）有限公司共同投資設(shè)立的中外合資企業(yè)。公司作為西門子授權(quán)的系統(tǒng)集成商，自2004年成立以來就把與水環(huán)境相關(guān)的自動化業(yè)務(wù)作為主營目標(biāo)，運用東芝集團(tuán)多年積累的制造、集成、運營管理的經(jīng)驗，結(jié)合西門子先進(jìn)的電氣自動化產(chǎn)品為客戶提供符合我國國情的全套解決方案。
嚴(yán)峻考驗
2009年8月，東芝白云在得到廣業(yè)環(huán)保集團(tuán)負(fù)責(zé)的廣東省東西北部污水處理廠自動化系統(tǒng)集成訂單后即面臨了前所未有的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。多達(dá)51個污水處理廠的龐大規(guī)模、對于出廠水質(zhì)必須達(dá)標(biāo)的嚴(yán)苛要求以及作為標(biāo)準(zhǔn)示范工程的重大影響都給東芝白云施加了前所未有的壓力與考驗，項目面臨的挑戰(zhàn)總結(jié)為以下兩點：
全廠控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性及易維護(hù)性
污水處理控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運行及方便操作維護(hù)是評價系統(tǒng)優(yōu)劣的重要條件，也是與污水處理廠日常生產(chǎn)運營息息相關(guān)的決定因素。加之廣東東西北部地區(qū)潮濕、多雷雨的自然條件，對暴露在室外的儀表、設(shè)備的抗外界環(huán)境干擾能力也提出了新的考驗。
超短貨期、超大工程量
本項目遇到的51個污水處理廠工程同時實施并要求在2個月內(nèi)全部完成，對于所有的系統(tǒng)集成商而言都是一項“不可能完成的任務(wù)”。
實施方案
作為系統(tǒng)集成商，在工程項目的實施過程中，東芝白云面臨著與自動化廠商、最終用戶（廠方）多方協(xié)調(diào)配合的工作?？紤]到與西門子公司長期以來彼此愉快的合作經(jīng)歷及其強(qiáng)大的供貨支持、服務(wù)保障能力，東芝白云毫不猶豫地選擇了西門子的全集成自動化解決方案為廣業(yè)環(huán)保集團(tuán)建設(shè)運營的廣東東西北部污水處理廠保駕護(hù)航。
以廣東省清遠(yuǎn)市清新縣太平污水處理廠位于清新縣太平鎮(zhèn)工業(yè)園為例，一期設(shè)計規(guī)模為1萬噸/日，污水處理工藝采用A2/O 工藝。A2/O 生物法為目前我國中小型污水處理廠廣泛應(yīng)用的一種污水處理工藝。主要處理工段可分為污水處理和污泥處理兩個環(huán)節(jié)。污水處理段由粗格柵間、進(jìn)水泵房、細(xì)格柵間、旋流沉砂池、微曝氧化溝、二沉池和消毒出水池組成。污泥處理段由回流污泥泵站、污泥脫水機(jī)房組成。按照符合水廠總體管控和工藝特點的需求，全廠采用了以計算機(jī)加PLC和現(xiàn)場儀表的方式構(gòu)成一個分布式控制系統(tǒng)，根據(jù)西門子公司全集成自動化（TIA，Totally Integrated Automation）的思想，可以將太平污水處理廠控制系統(tǒng)分為管理級和現(xiàn)場級兩個層次。
管理級
是全廠控制系統(tǒng)的核心部分，在中控室設(shè)置兩臺工控機(jī)，通過10/100Mbps快速以太網(wǎng)與各個PLC控制站及廠級內(nèi)部局域網(wǎng)相連。管理級的兩臺計算機(jī)具有相互通訊的功能，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換或共享。SCADA監(jiān)控軟件具有模擬畫面、數(shù)據(jù)存儲、歷史趨勢和實時圖表、報警管理等功能，操作員可瀏覽污水處理的各工藝過程畫面，顯示當(dāng)前狀態(tài)并按順序記錄、輸出并能完成各類數(shù)據(jù)的記錄、存盤、報警，處理打印各種生產(chǎn)報表和曲線圖。
現(xiàn)場級
是實現(xiàn)過程自動化控制的基礎(chǔ)和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，由現(xiàn)場儀表、可編程控制器、變頻器等設(shè)備組成。太平污水處理廠根據(jù)工藝地段設(shè)置三個PLC控制站：位于變電所的PLC01分站、位于污泥脫水機(jī)房的PLC02分站和位于消毒出水池的PLC03分站，各站點通過高速以太網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換與通訊。
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下面以變電所PLC01分站為例介紹PLC系統(tǒng)的硬件配置：
由于具備模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計、無風(fēng)扇結(jié)構(gòu)及易學(xué)易用的特點，本項目選用了西門子S7-300系列PLC作為主控制器，通過CPU315-2PN/DP自帶的PROFIBUS-DP通訊端口與一套S7-200系列PLC構(gòu)成現(xiàn)場總線分布式控制系統(tǒng)。配置1臺西門子SCALANCE工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)將本地數(shù)據(jù)接入環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，同時設(shè)置1臺西門子KTP1000PN人機(jī)界面作為現(xiàn)場操作終端，可使操作員通過觸摸屏監(jiān)控設(shè)備運行狀態(tài)并進(jìn)行就地操作。
選用1臺西門子MM430風(fēng)機(jī)泵類專用變頻器，采用變頻調(diào)速技術(shù)，既可實現(xiàn)無級調(diào)速，滿足污水處理工藝過程中各項指標(biāo)對電機(jī)速度控制要求，保證工藝流程相對穩(wěn)定，又可實現(xiàn)節(jié)約能源、減少設(shè)備開停次數(shù)、延長設(shè)備使用壽命的目的，并可解決工程實際運行規(guī)模與設(shè)計規(guī)模不一致帶來的運行過程偏差，對協(xié)調(diào)各工藝流程間匹配關(guān)系，起到重要調(diào)節(jié)作用，
現(xiàn)場儀表部分，在污泥回流泵房和提升泵站各安裝1套、在缺氧池/出水井安裝2套西門子超聲波液位計，選用了性能可靠穩(wěn)定的高性能超聲液位控制器MultiRanger100和超聲液位差計傳感器Echomax XRS-5/10/15；在粗格柵和細(xì)格柵分別安裝1套西門子超聲波液位計，采用具有最先進(jìn)的繼電器報警和泵控制、體積轉(zhuǎn)換功能的MultiRanger200，它與耐腐蝕的與耐腐蝕的Echomax XRS-5/15超聲波傳感器一起使用，可用于各種嚴(yán)酷工況，使用溫度可達(dá)145℃；在二沉池安裝了2套基于微處理器的污泥層厚度檢測系統(tǒng)InterRanger DPS300，配合非接觸的Echomax XCT-12超聲波傳感器和先進(jìn)的回波處理技術(shù)可以連續(xù)監(jiān)視污泥層的厚度，顯著提高生產(chǎn)效率，增加產(chǎn)出量和降低污泥處理的費用；在鼓風(fēng)出口管等位置安裝了若干西門子SITRANS P ZD 系列數(shù)字壓力變送器，這系列產(chǎn)品帶有不銹鋼外殼和液晶顯示表頭，可滿足精確測量與高耐用性能的完美結(jié)合；在氧化溝進(jìn)水管道、消毒池出水管道及回流污泥管道分別安裝了1套流量計，選用了西門子專為惡劣環(huán)境設(shè)計的SITRANS FM MAGFLO MAG 3100傳感器配合MAGFLO MAG 5000 / MAG 6000變送器。
成功經(jīng)驗與展望
系統(tǒng)運行效果
自控系統(tǒng)從安裝到現(xiàn)場調(diào)試都進(jìn)行得非常順利，于2010年4月一次投運成功，確保了全廠生產(chǎn)試運行的如期進(jìn)行。操作人員普遍反映系統(tǒng)運行穩(wěn)定，PLC采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確快速，能有效保證重要設(shè)備運行安全。截止目前，太平污水處理廠在西門子全集成自動化解決方案的全程管控下，出廠水水質(zhì)已達(dá)到我國《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)規(guī)定的一級B排放標(biāo)準(zhǔn)。
高性價比的控制系統(tǒng)
由于本項目的污水處理規(guī)模均屬中小型，對用戶而言，自動化控制系統(tǒng)的性價比成為了用戶最為關(guān)心的關(guān)鍵要素之一。實踐證明，由西門子公司提供的這套解決方案不僅技術(shù)先進(jìn)、穩(wěn)定可靠，而且很好地滿足了城鎮(zhèn)污水處理的工藝要求，更在最大限度上保護(hù)了用戶投資，是既因地制宜、又經(jīng)濟(jì)實用的理想選擇。
西門子與系統(tǒng)集成商的緊密合作
由于自動控制系統(tǒng)集成所采用的產(chǎn)品、技術(shù)、方法、過程以至解決方案都是在一定程度上具有共性的，通過經(jīng)驗、知識的積累和提煉，系統(tǒng)集成商會形成并不斷提升自身的系統(tǒng)集成能力。如東芝白云這樣的系統(tǒng)集成商就具備了在某個特定工業(yè)領(lǐng)域的歷經(jīng)考驗的寶貴行業(yè)經(jīng)驗和工程成就，通過合作，西門子公司在拓展解決方案能力的同時也取得了可觀的市場份額，這樣反過來會加大相應(yīng)的投入，給系統(tǒng)集成商以更大的支持，最終，誠實互信的密切合作也將給用戶帶來實實在在的利益和保障。
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