一、引言
隨著杭州市蕭山區(qū)經(jīng)濟高速發(fā)展和城市人口不斷增加，污水處理行業(yè)也快速發(fā)展起來，污水處理廠的自動控制系統(tǒng)成為污水處理穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。針對污水處理廠自動控制系統(tǒng)及污水工藝設(shè)備安全運行的重要性，提出PLC和監(jiān)控組態(tài)軟件技術(shù)在污水處理項目應(yīng)用的經(jīng)驗，并以實際系統(tǒng)為例，說明自動控制系統(tǒng)的組成及實現(xiàn)。
二、系統(tǒng)介紹
1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：
為了保證污水處理廠自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，設(shè)計中采用了四級控制和管理方案對整套污水處理系統(tǒng)進行監(jiān)控，管理層可實時監(jiān)測污水處理的運行狀況，有助于管理層做出正確的規(guī)劃。監(jiān)控層選用兩臺工業(yè)控制計算機進行冗余，實時觀察設(shè)備的運行狀況?？刂茖舆x用西門子公司PLC（S7400+S7300+S7200）做為控制器，充分顯示了“集中監(jiān)測，分散控制”的原則。設(shè)備層采用了運行記錄儀、超聲波流量計、COD在線測試儀、PH（工業(yè)酸度）在線測試儀、變頻控制器等，并配備相應(yīng)的軟件，確?？煽?、有效地運行。
2.系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖：
3.系統(tǒng)構(gòu)成
上位機監(jiān)控軟件采用力控ForceControl監(jiān)控組態(tài)軟件（網(wǎng)絡(luò)版），本軟件提供的人機交互界面，使操作人員可以通過CRT直觀地了解現(xiàn)場各工藝參數(shù)及故障報警，根據(jù)生產(chǎn)需要發(fā)出相應(yīng)的控制指令；另外使用數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器記錄歷史數(shù)據(jù)，為提高生產(chǎn)效率制定新的生產(chǎn)方案提供可靠的依據(jù)。控制核心采用西門子PLC，其特點是體積小、功能多、可靠性高。編程后的PLC能夠按照內(nèi)部程序?qū)ο到y(tǒng)進行實時監(jiān)控，程序啟?，F(xiàn)場設(shè)備。
由于現(xiàn)場監(jiān)控點多、布局分散，且各工序工藝獨立，為簡化電纜鋪設(shè)、降低系統(tǒng)成本、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，采用四臺PLC組建了PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)對生產(chǎn)工藝進行監(jiān)控。其中PLC控制均質(zhì)調(diào)節(jié)池、再生池、沉淀池、水解池、好氧池、二沉池、污泥脫水、消毒、一級處理的所有設(shè)備及傳感器。PLC間數(shù)據(jù)通過總線進行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。
操作人員通過力控ForceControl監(jiān)控組態(tài)軟件向PLC發(fā)出相應(yīng)的控制指令后，由PLC對現(xiàn)場進行直接控制。此時即便上位機出現(xiàn)故障（如死機、掉電等），也不會影響系統(tǒng)的正常工作，大大提高了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。工藝流程圖如下：
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4.測控方式：
污水處理過程的共同特點是開關(guān)量多，模擬量少，以邏輯控制為主，閉環(huán)控制為輔。整套污水處理流程有多個監(jiān)控點，包括液位、PH值、溶氧、濁度、頻率、泵運行狀態(tài)等。每個PLC均由電源、處理器、接口、輸入輸出模塊和通訊模塊組成，他們之間通過總線連接，每個PLC均采用相同的編程方法，有利于編寫和擴展程序。各模擬量參數(shù)通過相應(yīng)的變送器輸出4~20mA的標準信號，通過屏蔽電纜接至PLC的AI模塊。各模擬量輸出控制信號是以4~20mA的標準信號，從PLC的AO模塊通過屏蔽電纜接至相應(yīng)設(shè)備。這些設(shè)備包括變頻器、啟閉閥門。數(shù)字輸入信號為24V直流電信號，通過電纜接至PLC的DI模塊。數(shù)字輸出控制信號為24V直流電信號，從PLC的DO模塊通過電纜接至現(xiàn)場設(shè)備。每臺現(xiàn)場設(shè)備原則在其相應(yīng)現(xiàn)地箱上輸出有三個狀態(tài)信號：故障、運行/停止、手動/自動，和一個啟動信號。為了使現(xiàn)場與PLC完全隔離，PLC所有數(shù)字量模塊與現(xiàn)地箱中間須加輔助繼電器。所有輸出信號（包括模擬量和數(shù)字量）由PLC內(nèi)部程序或上位機指令控制。
5.軟件設(shè)計：
上位機軟件采用力控ForceControl監(jiān)控組態(tài)軟件為開發(fā)平臺，它的實時數(shù)據(jù)庫功能、OPC Server功能、人機界面功能、冗余功能、圖形功能、報表打印等功能集于一身，包含動態(tài)顯示、報警、控件、趨勢、網(wǎng)絡(luò)通訊等組件。整套系統(tǒng)建設(shè)有多幅實時監(jiān)控畫面，包括系統(tǒng)總貌、混合池、爆氣池、沉淀池、穩(wěn)定池、污泥脫水系統(tǒng)、剩余污泥泵站、污泥儲池、預(yù)處理、一級處理，通過指示燈表明設(shè)備的運行狀態(tài)。在電機運行方式為手動時，若需將畫面切成自動，用鼠標點擊畫面下電機啟動按鈕即可遠程啟動現(xiàn)場設(shè)備。傳感器的瞬時值依據(jù)實際安裝位置被分別標注到不同的分布工藝流程圖中，其實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)被做成相應(yīng)分布圖的子畫面。整個軟件界面使用Windows控件，呈樹狀排列，查閱、操作簡便。數(shù)據(jù)庫是上位機監(jiān)控軟件的核心所在，因此須依據(jù)實際需要首先將其建設(shè)好，然后將各功能模塊進行恰當?shù)慕M合。實際編程過程中在定義變量時，記錄可設(shè)定為不記錄、數(shù)據(jù)變化時記錄和定時記錄，根據(jù)實際情況選擇相應(yīng)的設(shè)置，從而節(jié)省存儲空間。報表分為實時報表和歷史報表，方便用戶管理。
三、結(jié)束語：
該污水處理廠的自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)了實時監(jiān)控、故障報警、歷史數(shù)據(jù)存儲和查詢、報表的顯示和打印等多項功能，且用戶界面操作良好，易于學(xué)習(xí)。系統(tǒng)具有良好的通用性、可擴展性和可維護性。由于具有設(shè)計簡單、投資少、控制效果好、易維護等優(yōu)點，大大降低了工人的勞動強度、提高了管理水平、達到了設(shè)計要求，適用于中小型污水處理廠。
