前言
近年來，伴隨著我國經濟快速增長，珠江三角洲等城鎮密集地區的發展迎來了前所未有的機遇期，而工業化進展的同時也引發了供水緊張與水體污染等問題，甚至發生了嚴重的“生態危機”事件，經濟發展與資源環境的矛盾日趨尖銳，亟待解決。
根據廣東省的發展規劃，在“十一五”期間廣東經濟欠發達地區——東西北地區要實現所有縣城都配備污水處理設施。在此背景下，由省政府統一部署，廣東省廣業環保產業集團公司（簡稱“廣業環保集團”）承接了廣東省內經濟欠發達地區的一批污水處理廠項目，其中的51個規模（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有限公司（簡稱“東芝白云”）提供電氣及自動化集成系統的設計、工程安裝和保養服務。
東芝白云是廣州白云電器設備有限公司、株式會社東芝、東芝（中國）有限公司共同投資設立的中外合資企業。公司作為西門子授權的系統集成商，自2004年成立以來就把與水環境相關的自動化業務作為主營目標，運用東芝集團多年積累的制造、集成、運營管理的經驗，結合西門子先進的電氣自動化產品為客戶提供符合我國國情的全套解決方案。
嚴峻考驗
2009年8月，東芝白云在得到廣業環保集團負責的廣東省東西北部污水處理廠自動化系統集成訂單后即面臨了前所未有的嚴峻挑戰。多達51個污水處理廠的龐大規模、對于出廠水質必須達標的嚴苛要求以及作為標準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，項目面臨的挑戰總結為以下兩點：
全廠控制系統的穩定性及易維護性
污水處理控制系統的穩定運行及方便操作維護是評價系統優劣的重要條件，也是與污水處理廠日常生產運營息息相關的決定因素。加之廣東東西北部地區潮濕、多雷雨的自然條件，對暴露在室外的儀表、設備的抗外界環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個月內全部完成，對于所有的系統集成商而言都是一項“不可能完成的任務”。
實施方案
作為系統集成商，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）多方協調配合的工作。考慮到與西門子公司長期以來彼此愉快的合作經歷及其強大的供貨支持、服務保障能力，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環保集團建設運營的廣東東西北部污水處理廠保駕護航。
以廣東省清遠市清新縣太平污水處理廠位于清新縣太平鎮工業園為例，一期設計規模為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節。污水處理段由粗格柵間、進水泵房、細格柵間、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加PLC和現場儀表的方式構成一個分布式控制系統，根據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分為管理級和現場級兩個層次。
管理級
是全廠控制系統的核心部分，在中控室設置兩臺工控機，通過10/100Mbps快速以太網與各個PLC控制站及廠級內部局域網相連。管理級的兩臺計算機具有相互通訊的功能，可實現數據交換或共享。SCADA監控軟件具有模擬畫面、數據存儲、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，顯示當前狀態并按順序記錄、輸出并能完成各類數據的記錄、存盤、報警，處理打印各種生產報表和曲線圖。
現場級
是實現過程自動化控制的基礎和關鍵環節，由現場儀表、可編程控制器、變頻器等設備組成。太平污水處理廠根據工藝地段設置三個PLC控制站：位于變電所的PLC01分站、位于污泥脫水機房的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實現數據交換與通訊。
下面以變電所PLC01分站為例介紹PLC系統的硬件配置：
由于具備模塊化結構設計、無風扇結構及易學易用的特點，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構成現場總線分布式控制系統。配置1臺西門子SCALANCE工業以太網交換機將本地數據接入環形網絡，同時設置1臺西門子KTP1000PN人機界面作為現場操作終端，可使操作員通過觸摸屏監控設備運行狀態并進行就地操作。
選用1臺西門子MM430風機泵類專用變頻器，采用變頻調速技術，既可實現無級調速，滿足污水處理工藝過程中各項指標對電機速度控制要求，保證工藝流程相對穩定，又可實現節約能源、減少設備開停次數、延長設備使用壽命的目的，并可解決工程實際運行規模與設計規模不一致帶來的運行過程偏差，對協調各工藝流程間匹配關系，起到重要調節作用，
現場儀表部分，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；在粗格柵和細格柵分別安裝1套西門子超聲波液位計，采用具有最先進的繼電器報警和泵控制、體積轉換功能的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，可用于各種嚴酷工況，使用溫度可達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InterRanger DPS300，配合非接觸的Echomax XCT-12超聲波傳感器和先進的回波處理技術可以連續監視污泥層的厚度，顯著提高生產效率，增加產出量和降低污泥處理的費用；在鼓風出口管等位置安裝了若干西門子SITRANS P ZD 系列數字壓力變送器，這系列產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合；在氧化溝進水管道、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境設計的SITRANS FM MAGFLO MAG 3100傳感器配合MAGFLO MAG 5000 / MAG 6000變送器。
成功經驗與展望
系統運行效果
自控系統從安裝到現場調試都進行得非常順利，于2010年4月一次投運成功，確保了全廠生產試運行的如期進行。操作人員普遍反映系統運行穩定，PLC采集數據準確快速，能有效保證重要設備運行安全。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，出廠水水質已達到我國《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)規定的一級B排放標準。
高性價比的控制系統
由于本項目的污水處理規模均屬中小型，對用戶而言，自動化控制系統的性價比成為了用戶最為關心的關鍵要素之一。實踐證明，由西門子公司提供的這套解決方案不僅技術先進、穩定可靠，而且很好地滿足了城鎮污水處理的工藝要求，更在最大限度上保護了用戶投資，是既因地制宜、又經濟實用的理想選擇。
西門子與系統集成商的緊密合作
由于自動控制系統集成所采用的產品、技術、方法、過程以至解決方案都是在一定程度上具有共性的，通過經驗、知識的積累和提煉，系統集成商會形成并不斷提升自身的系統集成能力。如東芝白云這樣的系統集成商就具備了在某個特定工業領域的歷經考驗的寶貴行業經驗和工程成就，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的投入，給系統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。
廣東省清遠市清新縣太平污水處理廠俯視圖
二沉池現場儀表箱
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