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。

　　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www.cechina.cn，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

　　2.3.1 生产管理级（中央控制室）
　　中央控制室设有两台监控操作站、一台工程师站、两台数据服务器、一台视频监视服务器、一套DLP拼接屏、一台故障打印机、一台图表打印机、UPS电源、一台网络机柜。
　　主要完成对生产过程的管理、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，对实时采集的数据进行处理，控制操作以及分析统计等功能。通过高分辨率液晶显示器及DLP拼接屏可直观地动态显示全厂各工艺流程段的实时工况、各工艺参数的趋势画面，使操作人员及时掌握全厂运行情况。
　　同时，中央控制室还配置了专业的工业数据库软件，该项目需要进行历史数据存储的变量点数达8000多点，同时对数据的存储频率要求很高，普通变量要求30秒钟记录一个数据，对于数据精度要求较高的变量CONTROL ENGINEERING China版权所有，例如"瞬时流量"，要求10秒钟记录一次。所存储的数据包括各监测点水质数据、瞬时流量、累计流量，提升泵、闸门、污泥泵、刮泥机、搅拌机、鼓风机等各设备电压、电流、功率、耗电量，各设备启停时间、启停次数、累计运行时间、故障次数等。
　　2.3.2 现场控制级（PLC控制站）
　　控制层是实现系统自动控制的关键，控制层的PLC通过程序控制整个水处理厂设备按照工艺要求自动运转，并实现对现场设备运行状态的采集，现场参数有压力、流量、温度、PH值等，采集到的数据上传至管理层，并最终通过工业数据库软件进行存储。
　　按照工艺流程和构筑物分布特点，厂内现有4套不同规模的分控站（PLC1~4）。
　　根据工程改造内容、工艺及控制对象的功能、设备量，以及工艺流程、平面布置、现有控制站布局，将更新现有分控站PLC2和PLC3，调改现有分控站PLC1和PLC4，各PLC分别负责各自范围内工艺参数的采集和设备运行的控制。
　　1）1#分控站（PLC1）
　　负责污水预处理区域的自控，位于1#分变电所内，监控范围为粗格栅及进水泵房、细格栅站、进水计量渠、旋流沉砂池、曝气沉砂池、进水分析间、1#分变电所、预处理区生物除臭等。
　　PLC1增补：100M以太网模块、总线模块、I/O模块-DI=80、DO=24、AI=8、AO=4，采用欧姆龙CS1系列PLC。
　　2）2#分控站（PLC2）-包括远程I/O站RIO21~24
　　负责老系列污水生物处理区域的自控，位于鼓风机房控制室。监控范围调整为初次沉淀池、新建老系统污水提升泵房、分段进水多级AO生物池、二次沉淀池、二次沉淀池集配水井、回流污泥泵房、新建老系统接触池、鼓风机房、1#出水分析间等。
　　PLC2更新：CPU、电源、100M以太网模块、总线模块、I/O模块-DI=1360、DO=392、AI=228、AO=42，采用和利时LK系列PLC，双机冗余配置，支持CPU冗余、电源冗余、现场总线冗余和以太网冗余。
　　3）3#分控站（PLC3）-包括远程I/O站RIO31~34
　　负责扩建系列污水生物处理区域的自控，位于3#分变电所内，监控范围调整为初次沉淀、新建扩建系统污水提升泵房、分段进水多级AO生物池、二次沉淀池、二次沉淀池集配水井、回流污泥泵房、新建接触池、出水流量计井、2#出水分析间、3#分变电所、新建分变电所、新建加药加氯间、新建碳源投加间等。
　　PLC3更新：CPU、电源、100M以太网模块、总线模块、I/O模块-DI=880、DO=280、AI=208、AO=48，采用和利时LK系列PLC，双机冗余配置，支持CPU冗余、电源冗余、现场总线冗余和以太网冗余。
　　4）4#分控站（PLC4）
　　负责污泥处理区域的自控，位于2#分变电所内，监控范围为贮泥池、污泥浓缩池、污泥浓缩机房、污泥消化池、污泥控制室、污泥脱水机房、脱硫塔、沼气柜、沼气燃烧火炬、锅炉房、2#分变电所、污泥处理区生物除臭、新建污泥均质池、新建污泥脱水机房等。
　　PLC4增补：100M以太网模块、I/O模块-DI=96、DO=8、AI=36、AO=6，采用欧姆龙CS1系列PLC。
　　2.3.3 就地控制级
　　就地控制具有最高的控制权限，当自控系统由于一些不可抗力导致无法正常运行时，可以通过就地控制保证污水处理过程的连续性。将现场控制箱上的"就地/远程"旋钮切换至"就地"位置，通过箱上的"启动/停止"按钮实现就地手动控制。
　　3 系统控制功能
　　权限管理
　　操作员进入系统使用密码：系统提供分级的用户进入密码系统，所以低级操作员只能进入基本操作功能，同时较高级别的操作人员，按照不同的密码，可进入不同的系统组态功能。
　　提供12级的密码：一旦操作员提供了正确的密码，他可以修改他的密码，而他的权限不能发生变化。