SCADA系統自誕生之日起就與計算機技術的發展緊密相關。sCADA系統發展到今天已經經歷了三代。基于分布式計算機網絡以及關系數據庫技術的能夠實現大范圍聯網的EMS／SCADA系統稱為第三代。這一階段是我國scADA／EMs系統發展最快的階段，各種最新的計算機技術都匯集進scADA／EMs系統中。

　　隨著現代化城市高速發展和城市人口的不斷增加，污水處理廠的需求也日漸強烈，污水處理行業得到了快速發展。污水處理廠的自動控制系統越來越成為污水處理穩定運行的關鍵。目前國內大多數水廠自控系統多采用SCADA系統，全廠的監控在中控室內完成，對設備的控制則是在現場PLC完成，真正實現了分散控制，集中管理的功能。針對污水處理廠自動控制系統工藝設備的安全運行的重要性，以菲律賓San Antonio污水處理廠為例，說明SCADA系統的組成及實現。

　　由于污水處理系統龐大、工藝參數多、位置分散 ，對整個系統實現自動化監測和實時控制成為提高污水處理效率、降低處理功耗的重要措施。阜新市城市污水處理工程主要包括 13 km 長的截流管網和 1座規模為 10 ×104 m3 / d的污水處理廠 ，工程總投資為 1. 664 8 億元 ，目前正在建設中。

　　工藝流程

　　由于原水水質比較復雜 ，特別是來自工業區的廢水 COD 濃度高 ，組分多變 ，加之地處北方 （冬季溫度低 ） ，處理難度大。為確保處理出水達標 ，運行管理可靠 ，處理費用經濟 ，采用了 A /O 工藝 ，流程見圖 1。

　　污水經粗格柵、進水泵房、細格柵入曝氣沉砂池 ，在池中停留時間雨季為 6. 8 m in，旱季為 10 m in，可去除污水中粒徑 ≥0. 2 mm 的砂粒。出水隨后進入初沉池去除可沉的固體懸浮物及化學污泥 ，停留時間雨季為 0. 74 h，旱季為 1. 1 h。初沉池出水進入生物池 ， 生物池分為缺氧段 （ A 段 ） 和好氧段 （ O段 ） ，污水在缺氧段大約停留 2. 78 h，去除部分有機物并脫氮。隨后出水進入好氧段 ，好氧段停留時間為 6. 64 h，大部分有機物在該段降解去除 ，同時進行硝化反應。好氧段出水部分回流至缺氧段 ，其余進入二沉池進行泥水分離。二沉池部分活性污泥回流至缺氧段 ，出水達標后直接排入細河

　　污泥濃縮采用重力濃縮 ， 初沉池污泥、二沉池剩余污泥混合進入污泥均質池濃縮 ，然后送至帶式脫水機脫水。脫水泥餅外運處置 ，污泥均質池上清液及濾液排入廠區污水處理系統。

　　現場總線的選擇

　　Profibus是一種國際化的開放式現場總線標準 ，為供應商和用戶的投資提供了最佳的保護并確保供應商的獨立自主性。Profibus是一種高可靠性、低成本、組態簡單、可互換、可互操作、分散控制、方便運行、數據庫一致的開放式系統 ，也是我國現場總線推薦標準 ， 包括 3 個兼容版本： Profibus—FM S、Profi2bus—DP、Profibus—PA。

　　① Profibus—DP是適合于分布式 I/O 站的協議模型 ，專門用于自動化控制系統與在設備級分散的 I/O 之間進行通訊 ，最高傳輸速率可達 12 M bp s。它的特點是快速、即插即用、效率高、成本低。

　　② Profibus—FM S是用來解決管理級通用性通信任務的 ，可用于大范圍和復雜的通信系統。它的特點是通用、應用范圍大、多主通信。

　　③ Profibus—PA 是專為過程自動化而設計的 ，可用于爆炸危險區域。它的特點是面向過程控制、總線供電、本征安裝。

　　根據污水處理廠自動化控制任務 ，必須建立一個從廠級到現場控制級的管理和控制一體化的系統 ，同時考慮控制任務的實時性和數據的共享性 ，組網時必然要選擇工業現場總線。根據目前我國污水處理廠現場工業總線的使用情況 ，并兼顧技術的先進性以及未來發展對測控網絡的要求 ，選擇了 Profibus。

　　PLC編程

　　污水處理控制方式分為邏輯控制和PID閉環控制。以邏輯控制為主，根據工藝要求在PLC中編寫相應的邏輯控制指令，控制設備按照預定的方式運行。PLD閉環控制主要用于曝氣生物濾池鼓風機恒壓控制，DO溶解氧控制，加藥系統恒流量控制等。整套污水處理流程有多個監控點，包括液位、PH值、溶氧、濁度、頻率、泵運行狀態等。為了便于檢查，PLC編程中，邏輯控制均采用梯形圖編程，電機功能塊、閥門控制功能塊、儀表模擬信號、流量累計等采用功能塊編程，大量的時間模式控制采用匯編語言編程。三種編程語言的結合使得整個水廠繁瑣復雜的控制程序變得簡單明了，便于維護和故障點排查。

　　SCADA 系統的結構組成

　　根據污水處理廠的工藝特點和技術要求 ，整個污水處理廠的 SCADA 系統由檢測執行級 （設備層 ） 、過程監控級 （數據層 ） 、中央控制管理級 （信息層 ）組成三級計算機控制系統。

　　中央監控管理級設置整個污水處理廠的中央數據庫 ，提供全廠的綜合信息管理;過程控制級采用高性能的 PLC控制站實施過程控制; 檢測執行級采用智能化儀表和控制器完成對設備的分散控制。信息層網絡系統布置在中央控制室和有關管理科室 ，采用交換式快速以太網 ; 數據層網絡系統布置在中央控制室和各 PLC控制站之間 ，采用符合工業標準的具有冗余路由的光纖以太網 （ Profibus—FM S） ; 設備層網絡系統布置在 PLC控制站和現場設備、現場儀表之間以及現場設備和現場儀表之間 ，采用標準的、開放的現場總線 （ Profibus—DP） 。現場總線選用分布式網絡 ，在現場儀表之間、電氣控制設備之間、現場儀表和電氣設備之間、現場儀表及電氣控制設備之間構成網絡互連系統 ，采集工藝過程數據、設備運行狀態、電力系統運行狀態和數據 ，自動調節生產數據、控制工藝設備運行。

　　 檢測執行級

　　檢測執行級是整個系統的最低層 ，根據工藝必需、先進實用、維護簡便的原則配置測量儀表和檢測執行機構 ，建立分散控制的自動化裝置和儀表檢測執行系統。采用分布式現場總線 I/O 單元組成檢測執行級數字通訊測控網絡 ， 連接現場儀表、電氣裝置、現場執行器。為減少 I/O 點數 ，應盡量選用帶有Profibus接口的總線型儀表。

　　過程監控級

　　根據過程控制的要求 ， 建立由 PLC 控制器、人 —機操作界面 （ HM I） 、驅動隔離裝置、UPS電源等組成的現場控制站 ，控制污水和污泥處理各個生產環節的運行。采用工業以太網組成過程監控級數字通訊網絡 ，連接過程控制站和中央控制系統。PLC是整個控制系統的核心 ，負責現場控制信號的處理、執行機構的控制。根據污水處理廠工藝分散 ，但在局部又相對集中的特點 ，選用西門子公司 S7 - 400系列 PLC，設置了 3個 PLC工作站。

　　① PLC1現場控制站設置在粗格柵及進水泵房 MCC1低壓配電室。

　　控制范圍：粗格柵、進水泵房、細格柵、曝氣沉砂池、初沉池以及 MCC1低壓配電室。

　　主要控制任務：根據粗細格柵前、后液位差或按設置時間自動控制機械格柵的運行; 根據進水泵房液位自動控制潛水泵起停 ，累計各泵運行時間 ，自動輪換備用泵并帶有防干轉保護; 根據時間自動控制初沉池刮泥機的運行。

　　主要硬件配置： CPU 414 - 2DP; 操作面板 M P 270;數字輸入模塊 6ES7421 - 1BL00 - 0AA0; 數字輸出模塊 6ES7422 - 1BL00 - 0AA0;機架 6ES7400 - 1TA01 - 0AA0; 機柜及附屬設備規格： 1 200 mm × 600 mm ×2 200 mm ，機柜內包括： 空開、走線槽、接線端子、接地線、UPS及報警器等。

　　② PLC2現場控制站設置在總變配電站低壓配電室。

　　控制范圍：生物池、回流及剩余污泥泵房、二沉池。

　　主要控制任務： 根據生物池中溶解氧的含量自動控制曝氣量的大小; 根據生物池的進水量控制回流污泥泵的運行臺數及時間; 根據時間控制二沉池刮泥橋的運行。

　　主要硬件配置同 PLC1現場控制站。

　　③ PLC3現場控制站設置在污泥脫水機房低壓配電室。

　　控制范圍：污泥均質池、污泥脫水機房。

　　主要控制任務： 根據污泥均質池液位自動控制攪拌器的運行;根據 PLC程序自動控制帶式脫水機的運行和絮凝劑的投加。

　　主要硬件配置同 PLC1現場控制站。

　　中央控制級

　　中央控制級設備設置在污水處理廠綜合樓中央控制室內。中央控制室設置 4 臺計算機 ，其中 2 臺作為工程師站 （兼作服務器 ）用以對系統進行開發編程 ，在線調試和參數修改 ，存放各種歷史數據; 另2 臺作為操作員監控站 ，并按照功能需要設置網絡打印機、故障打印機、報表打印機等。

　　中央控制級主要控制任務如下：

　　① 中央控制即遠程控制 ，提供系統的宏觀調度 ，協調各下屬分站的運行 ，處理局部發生的事故和緊急狀態 ，維持系統的整體協調。

　　② 采集設備的狀態信息 ，建立設備檔案信息數據庫 ，對每臺設備進行維護、維修管理。

　　③ 根據采集到的信息 ，建立各類信息數據庫并對各類工藝參數值做出趨勢曲線 （含歷史數據 ） ，供調度員分析比較 ，以便找出最佳運行規律 ，分析事故原因 ，改進管理方法 ，提高經濟效益。

　　④ 操作站以人機對話方式指導操作 ，自動狀態下可用鍵盤或鼠標器對有關設備進行訪問 （如開/停機操作 ） 。

　　⑤ 操作站 （ CRT）可顯示各種工藝流程圖、分段工藝流程圖及工藝流程中的剖面圖 ，剖面圖上有動態的實時參數值、供電系統圖、設備運行狀態顯示和事故報警顯示等信息。

　　⑥ 自動生成： 生產報表 （班 /日 /月 ） ， 日常故障報告 ，能源調配、操作調整、自檢的日志等供生產管理之用 ，機內存儲至少 6個月的信息量。

　　⑦ 計算機系統在線診斷各類故障 ，查找故障部位并報警。

　　⑧ 實現信息管理系統中基本的功能。

　　系統應用軟件

　　系統應用軟件分為 PLC軟件、InTouch 7工控軟件和 InTouch 7. 1 開發軟件。PLC 軟件實現一些簡單的控制算法、數據采集、與上位機通訊、控制指令下發和就地控制等; InTouch 工控軟件實現了畫面組態 ，形象地反映污水處理實際現場工藝控制過程 ，動態顯示數據 ，同時可以查看數據的歷史趨勢、實時趨勢和歷史報警表。報警上、下限參數的設定和PLC控制參數的設置也是通過它來進行的。