完全基于现场总线的污水厂智能MCC系统

摘要：通过对污水处理厂自动化系统的需求分析，提出了大型污水处理厂全面采用基于现场总线的智能MCC系统的解决方案和实现方法，证明了完全基于现场总线的智能MCC在污水厂的安全性和可用性。关键词：现场总线污水厂智能MCC1概述随着工业生产工艺技术和操作要求的不断提高，控制系统对信息化、智能化、网络化的应用要求越来越高，除了传统的技术指标以外，对状态监视、远程控制、故障检测等也提出了更高要求。我国大型污水处理厂主要工艺环节基本实现了自动控制，如化学药剂自动投加、滤池控制、泵站控制、二次生化过程控制等。与一般工业控制相比，由于污水处理厂具有机电动力设备多、生产维护人员较少的特点，实现高度自动化、管控一体化、生产现场无人值守，对污水处理厂显得尤为重要。智能MCC系统是自动化发展的又一新的趋势，逐步在污水处理厂也有所应用。本文将对青山湖污水处理厂的工程为实例，探讨一种完全基于现场总线的智能MCC系统的应用。2智能MCC系统及现场总线技术的发展背景智能马达控制中心(MCC)是在传统的MCC中植入智能热继电器，变频器、软启动器中插接通讯模块，进线断路器内嵌入智能元件，现场操作箱设置现场远程I/O等手段，结合现场总线技术，智能MCC将传统对单一马达进行保护延伸到对设备运行状态进行监控，实现了传统MCC向智能系统的转换。基于Profibus现场总线通信功能的智能MCC系统，能够实现遥测、遥控、遥信、遥调，使智能MCC作为一个设备级的自动化控制系统融入全厂控制系统之中，可全面实现设备和能量管理。现场总线技术自70年代诞生至今，由于它在减少系统线缆、简化安装、维护和管理、降低系统的投资和运行成本、增强系统性能等方面的优越性，得到了广泛的推广和应用。目前世界上已有四十种以上的现场总线，它们各具特色，有着不尽相同的系统结构和技术特征。本工程中采用的是Profibus总线，是一种开放式的现场总线国际标准，它将工业设备(如:限位形状、光电传感器、阀组、电动机起动器、过程传感器、条形码读取器、变频驱动器、面板显示器、面板显示器和操作员接口)连接到网络，从而免去了昂贵的硬接线。Profibus作为现场总线的一种，不论是在自动化系统，还是在配电系统中的应用均日益广泛[1]。本项目智能MCC设备均提供了Profibus-DP现场总线通讯口，具有现场设备智能化的特点：现场接入电机的主回路中，对电机的启动、停止进行控制，同时测出电机的运行电流，为电机当前工作状况的分析提供重要的参数，以西门子S7-400PLC为核心的现场控制子站同样支持Profibus-DP通讯协议，可作为DP主站对各现场总线设备进行智能管理。采用基于Profibus-DP现场总线的底层自动化及信息集成是本项目的一大特点。典型的智能MCC系统与生产控制系统的结构关系，见图1所示。3污水处理厂智能MCC系统技术方案3.1青山湖污水处理厂工程概况南昌青山湖污水处理厂是由德国柏林水务以BOT方式投资建设的大型城市污水处理设施，总规模为日处理污水100万吨，一期工程规模为日处理污水33万吨。一期污水处理工艺采用普曝法氧化沟形式、倒伞型表面曝气工艺。3.2控制系统结构[2]青山湖污水处理厂控制系统采用分布型系统结构，中央控制室监控管理计算机和现场PLC子站经由工业型光纤以太环网连接，依据生产工艺单元配置了4套S7-400PLC子站，在每个子站的配电室均配有一台触摸屏，用于调试和应急操控。配电系统采用了智能MCC共4套，分别配置在机械预处理、生化、污泥脱水和污泥浓缩4个配电室。智能MCC采用完全基于Profibus-DP现场总线方式与S7-400通讯，上位监控计算机可以对泵机等运转设备进行控制和显示其运行参数。以污泥脱水机房子站为例，PLC系统通过ProfiBus现场总线分别连接了低压智能测量装置4套、智能马达控制器12套，用于控制进泥泵、污泥切割机、螺旋输送机及储泥池搅拌器等电机设备。系统结构图详见图2。本项目采用“完全基于Profibus-DP现场总线通讯方式”，智能MCC与PLC之间完全没有控制电缆接线这种方式在国内还非常少见，在污水处理行业基本未见。国内一般较为常见的智能MCC连接方式是现场总线通讯仅用于状态数据监视，而电机启停控制信号仍然采用传统的电缆硬接线方式连接，主要原因是认为传统硬接线更为可靠，对生产操作运行完全依赖于现场总线通讯的可靠性没有信心。3.3系统特点总结[3]在本工程中成功地应用了这种基于现场总线的智能MCC控制系统、高压综合保护装置和低压智能测量装置，它没有设立独立的电力监控站，其保护整定值的远程设定和电力监控的基本功能，均由自控系统监控站实现；也没有设电力监控专用网络，电力监控和自控网络采用同一条现场总线网络，从而减少了网络协议转换等中间环节，提高系统可靠性；且选用的继电保护装置是国际