曹東朝

(深圳市中冶菲斯電氣設(shè)備有限公司，廣東 深圳 518000）

隨著城市經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和城市化的進(jìn)程加快，污水的排放日益增多，水污染已成為不容忽視的事實(shí)，成為了制約城市發(fā)展和威脅著人民群眾生命安全的定時(shí)炸彈。因此，污水處理廠已成為各個(gè)城市最為重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一，而對(duì)污水處理廠的自動(dòng)化程度要求越來越高。然而，目前多數(shù)污水處理廠都存在著污水處理自動(dòng)化程度不高、運(yùn)行效率低等狀況。因此，為了提高污水處理廠自動(dòng)化控制程度，本文介紹了西門子PLC在城市污水處理廠中的自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)提高整個(gè)污水處理的自動(dòng)化程度有重要意義。

1 污水處理工藝概述

某污水處理廠總規(guī)模20萬m3/d，一期實(shí)施10萬m3/d，該工程一期共設(shè)AAO池2座，工藝流程如下：原水與從沉淀池回流的污泥首先進(jìn)入?yún)捬醭兀诖宋勰嘀械木哿拙迷鬯械娜芙鈶B(tài)有機(jī)物進(jìn)行厭氧釋磷；然后與好氧末端回流的混合液一起進(jìn)入缺氧池，在此污泥中的反硝化菌利用剩余的有機(jī)物和回流的硝酸鹽進(jìn)行反硝化作用脫氮；脫氮反應(yīng)完成后，進(jìn)入好氧池，在此污泥中的硝化菌進(jìn)行硝化作用將廢水中的氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽同時(shí)聚磷菌進(jìn)行好氧吸磷，剩余的有機(jī)物也在此被好氧細(xì)菌氧化，最后經(jīng)沉淀池進(jìn)行泥水分離，出水排放，沉淀的污泥部分返回厭氧池，部分以富磷剩余污泥排出。生化池出水由纖維濾池過濾后經(jīng)紫外消毒之后排出；污水處理過程中產(chǎn)生的混合剩余污泥，通過污泥濃縮處理之后作為泥餅外運(yùn)；污泥處理過程中排出的污水再返污水處理系統(tǒng)重新處理。工藝流程圖如圖1。

2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)以安全、經(jīng)濟(jì)、可靠、先進(jìn)為原則，選擇行業(yè)內(nèi)先進(jìn)水平的軟硬件產(chǎn)品，使系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上具有一定的開放性和可擴(kuò)展性，本廠選用了西門子S7200/300系列的PLC，自控系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由兩層網(wǎng)絡(luò)組成，包括控制級(jí)、現(xiàn)場(chǎng)級(jí)。系統(tǒng)的兩層網(wǎng)絡(luò)分別為基于TCP/IP協(xié)議的工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)。2臺(tái)操作站、1臺(tái)服務(wù)器向下接入現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)以太網(wǎng)為光纖環(huán)網(wǎng)，以光纜為通信介質(zhì)，保證了網(wǎng)絡(luò)的可靠性和安全性，下面連接3個(gè)PLC現(xiàn)場(chǎng)控制站，分別為進(jìn)水泵房控制站、生化池控制站、纖維濾池控制站，控制站下設(shè)除臭系統(tǒng)、紫外消毒系統(tǒng)、濾池控制單元，控制站和控制單元之間采用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線Profibus DP方式通訊，系統(tǒng)站和控制單元之間互相獨(dú)立，控制單元故障不會(huì)影響上級(jí)、下級(jí)或同級(jí)的控制單元的正常運(yùn)行。為了提供報(bào)表、報(bào)警打印服務(wù)，配置兩臺(tái)打印機(jī)，實(shí)現(xiàn)各種報(bào)表以及實(shí)時(shí)報(bào)警和報(bào)警歷史的打印功能。操作站相互在線冗余，當(dāng)主站由于故障不能通訊時(shí)，備站立即接管所有控制功能，變?yōu)橹髡鞠蛳峦ㄟ^光纖網(wǎng)絡(luò)對(duì)各現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控子站進(jìn)行監(jiān)控；當(dāng)故障站恢復(fù)正常時(shí)，故障期間的系統(tǒng)需存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警記錄等從另一臺(tái)站補(bǔ)回，并且2臺(tái)計(jì)算機(jī)重新回到熱備狀態(tài)。建立在Windows 2000/XP基礎(chǔ)上的組態(tài)軟件提供了功能全面、簡(jiǎn)單易用的操作界面，操作人員通過組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)全廠生產(chǎn)過程、工藝參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2。

3 控制方式

污水處理廠控制主要設(shè)備為三級(jí)：就地、自動(dòng)及遙控，其他設(shè)備為二級(jí)控制：就地和遙控?！熬偷丶?jí)”為最基本控制級(jí)，手動(dòng)操作就地控制箱上的啟停按鈕，該級(jí)為最優(yōu)先級(jí)；“自動(dòng)級(jí)”為設(shè)備根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)控制箱內(nèi)小PLC進(jìn)行一定程序的自動(dòng)操作和設(shè)備間的連鎖，該級(jí)優(yōu)先級(jí)次之；“遙控級(jí)”為設(shè)備遠(yuǎn)程控制級(jí)，分“遠(yuǎn)程手動(dòng)”和“遠(yuǎn)程自動(dòng)”二種狀態(tài)，當(dāng)開關(guān)處于“遠(yuǎn)程手動(dòng)”時(shí)，分控制站PLC及中控室可“點(diǎn)動(dòng)”下屬設(shè)備，當(dāng)開關(guān)處于“遠(yuǎn)程自動(dòng)”狀態(tài)時(shí)，分控制站PLC根據(jù)進(jìn)行一定程序的自動(dòng)操作和設(shè)備間的連鎖。分控制站PLC可對(duì)下屬各電控箱內(nèi)自動(dòng)控制程序中的參數(shù)設(shè)定，各設(shè)備的內(nèi)部連鎖程序設(shè)定由就地電控箱內(nèi)小PLC完成。這樣的設(shè)計(jì)使生產(chǎn)運(yùn)行更加安全、可靠，如果上位機(jī)或網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，不會(huì)影響現(xiàn)場(chǎng)PLC站的工作，而且如果現(xiàn)場(chǎng)控制站PLC出現(xiàn)故障，操作人員也可以通過手動(dòng)控制按鈕完成設(shè)備的啟停。

4 實(shí)現(xiàn)的功能

在實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)各監(jiān)控站內(nèi)設(shè)備運(yùn)行控制的基礎(chǔ)上，整個(gè)控制系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)如下功能。

（1）對(duì)PLC現(xiàn)場(chǎng)控制站傳送來的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行歸類，以各種棒狀圖、趨勢(shì)圖、單參數(shù)圖和多參數(shù)圖進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)。

（2）對(duì)PLC現(xiàn)場(chǎng)控制站傳輸來的設(shè)備狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行顯示。

（3）對(duì)各檢測(cè)值越限和設(shè)備狀態(tài)故障信號(hào)進(jìn)行匯總報(bào)警，報(bào)警信號(hào)以變色、閃爍顯示和聲響反映。

（4）根據(jù)工藝要求和設(shè)備運(yùn)行工況下達(dá)控制指令，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行控制。

（5）實(shí)時(shí)檢測(cè)進(jìn)水水質(zhì)，并根據(jù)水質(zhì)的變化自動(dòng)選擇不同的控制方式，保證處理效果。

（6）動(dòng)態(tài)顯示工藝流程圖和電氣系統(tǒng)圖。

（7）對(duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、計(jì)算、儲(chǔ)存，按要求自動(dòng)生成日、月、季度生產(chǎn)數(shù)表，隨機(jī)打印報(bào)警信號(hào)和設(shè)備開停狀態(tài)的變化。

（8）建立設(shè)備運(yùn)行檔案，實(shí)施設(shè)備優(yōu)化運(yùn)行管理。

（9）建立與管理系統(tǒng)的有機(jī)聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)交換。

（10）監(jiān)測(cè)PLC現(xiàn)場(chǎng)控制站的工作狀態(tài)，監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行工況及數(shù)據(jù)傳輸速率。中控界面例圖如圖3。

污水廠各控制站實(shí)現(xiàn)的功能如下。

（1）進(jìn)水泵房控制主站PLC1集成控制實(shí)現(xiàn)：

1）系統(tǒng)檢測(cè)粗細(xì)格柵遠(yuǎn)程/就地狀態(tài)、運(yùn)行、故障狀態(tài)，啟動(dòng)停止控制；

2）除砂系統(tǒng)、砂水分離器：遠(yuǎn)程/就地信號(hào)、運(yùn)行故障；

3）攪拌機(jī)：運(yùn)行、停機(jī)、故障信號(hào)；

4）預(yù)處理除臭裝置的設(shè)備參數(shù)如遠(yuǎn)程、運(yùn)行、故障、硫化氫的濃度；

（2）生化池控制主站PLC2集成控制實(shí)現(xiàn)：

1）配電房進(jìn)線柜、母聯(lián)柜：合/分閘狀態(tài)、故障信號(hào)；

2）配電房電量測(cè)量?jī)x內(nèi)的電流，電壓，功率因素等；

3）生化池的潛水?dāng)嚢铏C(jī)、初沉污泥泵、鏈板刮泥機(jī)：運(yùn)行/停止、手動(dòng)/自動(dòng)、故障、運(yùn)行/停止控制信號(hào)；

4）水平軸流泵：運(yùn)行/停止、手動(dòng)/自動(dòng)、高溫保護(hù)、泄漏保護(hù)、過載保護(hù)、故障、運(yùn)行/停止控制信號(hào)；

5）電動(dòng)閘門/堰門：開啟、開啟到位、開啟故障，關(guān)閉、關(guān)閉到位、關(guān)閉故障，手動(dòng)/自動(dòng)，開啟控制、關(guān)閉控制信號(hào)；

6）檢測(cè)液位、DO值、MLSS值和浮子開關(guān)的信號(hào)；

7）加藥間的攪拌機(jī)、計(jì)量泵：遠(yuǎn)程/就地、運(yùn)行、停機(jī)、故障、遙控信號(hào)。

（3）纖維濾池控制主站PLC3集成控制實(shí)現(xiàn)：

1）鼓風(fēng)機(jī)變頻：當(dāng)前控制方式、運(yùn)行、故障信號(hào)、啟/?？刂?、頻率控制等；

2）反沖水泵、儲(chǔ)泥池?cái)嚢杵鳎寒?dāng)前控制方式、運(yùn)行、故障信號(hào)、啟/停控制；

3）出泥管閥門：開啟、開啟到位、開啟故障，關(guān)閉、關(guān)閉到位、關(guān)閉故障，手動(dòng)/自動(dòng)，開啟控制、關(guān)閉控制信號(hào)；

4）污泥濃縮脫水機(jī)：當(dāng)前工作狀態(tài)、故障、遙控狀態(tài)；

5）紫外線消毒：遠(yuǎn)程/就地、運(yùn)行、停機(jī)、故障信號(hào)；

6）檢測(cè)出水水質(zhì)參數(shù)，包括COD、PH、SS值、空氣流量、壓力、溫度等。

結(jié)語

綜上所述，以西門子PLC為主控制器，采用模塊化結(jié)構(gòu)編程，程序可讀性強(qiáng)，維護(hù)方便，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。上位機(jī)人機(jī)界面美觀、便于操作，生動(dòng)形象地反映了污水處理工藝流程和設(shè)備運(yùn)行情況。對(duì)于污水處理廠而言，其污水處理自動(dòng)化控制水平有了明顯改善。因此，西門子PLC將在污水處理廠中得到更為廣泛的應(yīng)用。

[1]徐孝斌，西門子S7-300在污水處理中的應(yīng)用[J].科技風(fēng),2011（160.）

[2]黃小娟;趙靜;王喬.基于S7-300PLC的城市污水處理工藝流程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].世界電子元器件,2011（04）.