［摘要］社会生产、生活污水体量及复杂程度的增加给污水处理厂带来更高的作业压力，文章探究新时期SCADA系统在污水处理厂的应用，给出完善的系统搭建方案，带来一种自动化、远程化、实时化的污水处理厂运行管理方式，不断提高污水处理厂管理效率，提升污水处理能力。
［关键词］SCADA系统;污水处理厂;系统搭建
SCADA系统指的是数据采集与监控系统，其依托于计算机技术，能够实现对污水处理厂的集中化管理。近年来国内城市积极开展污水处理厂建设优化活动，以提高城市水资源管理成效，实现水资源的合理化利用。大规模污水处理厂内大型设备及构筑物较多，各类仪器仪表分布相对零散，给处理厂运行管理工作带来不小难度，为此有必要将SCADA系统融入其中，并对其应用经验进行总结。
1SCADA系统在污水处理厂中应用方案设计
1.1系统架构设计
污水处理厂SCADA系统主要包括终端信息采集与监测系统和核心控制系统两部分，通过数据接口能够将污水处理厂及泵站的实时运行数据传输至管理平台当中。
1.2监测系统设计
终端监测系统用于污水处理厂实时运行数据的采集，包括仪器仪表、控制阀门及其他电气设备。第一，仪器仪表。污水处理厂运行现场配备温度计、雷达流量计、电磁流量计、ORP检测仪、污泥浓度监测仪等装置，用以对污水处理各环节中的温度、流量、液面、水质等参数进行检测和分析，以获取最真实的污水处理现场信息。不同类型的仪器仪表采用不通的通信协议，如温度计、压力检测装置等均采用5～20mA的两线信号，其余设备采用Profibus/Modbus协议［1］。用于监测污水处理水质情况的磷、氨氮、BOD等大型分析仪器采用ProfibusDP总线通信方式。SCADA系统除采集来自污水处理现场的各项数据信息外，还对仪器仪表的运行状态进行监督，监测仪器仪表运行参数并与标准化数据相对比，及时发现设备运行异常信号，帮助仪器仪表维修养护工作的高效开展。第二，控制阀门。污水处理厂中的控制阀门分布零散，范围较大，建议选用智能化的电控阀门，以24V直流电及ProfibusDP总线进行控制。电控阀门控制参数包括远程启停、急停、过热跳闸等，利用通信方式将电控阀门通过同一根双绞线接入到控制系统当中。除控制参数外，还可对运行时间、设备温度、电流过载情况等进行控制。第三，其他电气设备。终端监测系统中的其他电器设备采用MCC进行控制，变频器、高低压综合保护等可通过ProfibusDP与PLC之间进行通信，将电机全部运行参数传输至SCADA系统当中，实现污水处理厂的全面信息化管理。
1.3控制系统设计
SCADA系统的控制单元分为区域控制和中央控制两个层级。其中，区域控制层级的主要结构为PLC和触摸显示屏。选用PLC系统的主要原因是，PLC系统能够适应污水处理控制系统开关量多、模拟量少的特点，且其结构更加简洁，不易发生故障，可充分满足污水处理厂对PLC系统稳定性的要求。PLC机柜上设有触摸显示屏，用于显示处理厂现场监控画面及采集到的信息，通过显示屏进行人机交互。区域控制层级被划分为多个控制模块。网络连通后，将中断期间的数据自动上传至服务器，以保证数据质量。中央控制层级为SCADA系统的核心，包括冗余操作员站、防火墙、冗余数据服务器等模块。冗余服务器平行运行，当某一服务器突发故障时，系统自动切换至其他服务器，当原服务器恢复正常后，将故障过程中采集数据同步。
1.4拓扑结构设计
第一，终端监测与区域控制层级之间的拓扑结构。终端监测层级与区域控制层级间的拓扑结构相对复杂，可被分为ProfibusDP通信、Modbus通信和ProfibusPA通信。例如，ProfibusDP通信中各仪器仪表为串联关系，单个设备出现故障不影响其他仪表的正常通信，但发生线路中断时，其后的全部仪表均无法完成通信活动。当采用RS－485串口通信规范，网络中接入的硬件设备超过32个或通信距离无法与传输效率相匹配时，应增加中继器扩展物理网段。第二，区域控制层级内部的拓扑结构。CPU与I/O之间采用ProfibusDP通信，该方式的兼容性更高，借助光电转换器形成光纤环网后，可实现更远距离的通信传输，并提高通信过程的抗电磁干扰能力。若系统中出现单点断网现象，通信活动仍可正常进行。其中光电转换器的作用是将Profi-bus的通信介质改为光纤，常见拓扑结构形式包括点对点、线性、星形等。以上拓扑结构在使用时应选择双光纤端口，且要求光电转换器的型号相同。第三，区域与中央控制层级之间的拓扑结构。区域与中央控制层级之间的拓扑结构采用工业以太网，在中央控制室及各分站内设置千兆级工业以太网交换机，要求每一交换机端口在2个以上，以便形成光纤环网。若系统中发生单点光纤故障，整个数据链路转变为线性结构，发挥冗余功能。
1.5监测平台设计
污水处理厂SCADA系统监测平台选用B/S架构，主要包括GIS系统及数据库，通过平台，能够对污水处理厂的运行情况进行全面监管和调度。系统数据中心分类存储SCA-DA数据、GIS数据、运行调度数据、日常管理数据等，通过平台可完成运行调度、报表输出、系统设置等工作［2］。例如，系统管理模块下设权限管理、用户管理、系统管理等功能。该监测平台的优势在于，能够兼容SHP和CAD格式文件，通过图层属性配置及图层组合，展示现场监测信息。
2SCADA系统在污水处理厂中应用成效分析
2.1案例背景
某污水处理企业下辖3个污水出厂，综合污水处理能力为39×104m3/d，其运行管理任务主要包括28座泵站及市区内240km排污管线的调度与运维。将SCADA系统应用于污水处理厂运行管理当中，以污水井液位为监测对象，对SCADA系统的应用成效进行分析。
2.2成效分析
首先，实现3座污水处理厂运行的集中化管理。SCADA系统将污水处理厂、泵站及管网运行数据集中到同一平台中，相关人员可在随时掌握污水处理系统的运行状态，以根据污水处理厂的处理能力、管网布施特点等科学调整泵站运行方案。其次，实现管网系统的全面监管，溢流现象的可监管、防范程度大幅度提升。SCADA系统能够对隐蔽排污管线运行情况进行实时观测，系统终端显示泵站及管网运行液位情况，当出现异常状况时，系统自动报警并定位到异常监测点，以辅助管理人员快速做出处理。最后，实现故障点的精准、快速定位。该污水处理公司所辖范围较广，在日常管理过程中面临较高的排污管线应急处理工作压力［3］。在全面实现SCADA系统管理后，管网中封堵、渗漏等问题能够在第一时间被发现，相关人员根据系统给出的提示，即可迅速达到故障点进行应急处理。例如，观察系统中给出的管道液位差即可大致判断出该位置淤泥堵塞情况，发现液位差异常后，可提前组织开展清淤活动，避免堵塞程度进一步发展带来更严重的管网故障。
3结论
SCADA系统在污水处理厂运行管理中的应用成为污水处理系统现代化发展的必然方向。引进自动化、智能化的污水处理厂运行状态监测管理体系，在降低人工管理强度及压力的同时，提高污水处理厂管理水平，降低管网故障发生概率，不断优化城市环保功能。
参考文献:
［1］郝雯.自动控制系统在污水处理中的应用分析［J］．住宅与房地产，2019(12):270.
［2］谢阳，王旭.污水处理厂电气自控系统的运用与技术分析［J］．工程技术研究，2019，4(8):201－202.
［3］高天海，张兴勇，董浩，等.浅析市政污水处理存在的问题及解决对策［J］．居舍，2018(2).
作者:王维娜 单位:河套学院