肖學賓，徐 勇，萬 杰

（1.四川瀘天化環(huán)保科技股份有限公司，四川 瀘州 646000；2.浙江中控技術股份有限公司，杭州 310051）

0 引言

新建污水處理廠，采用一體化MBR工藝，污水經格柵攔截污水中大部分固體污染物和浮渣后進入調節(jié)池，在調節(jié)池內調節(jié)水量，均衡水質；污水經泵提升到一體化裝置缺氧池，在缺氧條件下，兼性異養(yǎng)細菌利用或部分利用污水中的有機碳原子為電子供體，以硝酸鹽替代分子氧作電子受體，進行無氧呼吸，分解有機質；同時，將硝酸鹽中氮還原成氣態(tài)氮，至此完成硝化反應，污水自流入好氧池；好氧池內設有微孔曝氣系統(tǒng)及滿足好氧菌生長的生物載體，微生物附著生長于生物載體之上，將污水中的CODcr、BOD5等絕大部分污染物去除后，污水自留進入膜池；膜池內利用膜分離組建分離出清液，同時配以除磷加藥裝置，以保證穩(wěn)定達標排放。出水通過產水泵進入過渡池，流經水過濾器，最后進入紫外線消毒渠后，污水達標排放。生活污水處理后出水可達城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準GB18918-2002一級A標準。

中心村污水處理廠分別在城鎮(zhèn)不同地域，距離遠、測點較少，控制點數(shù)多為DI/DO為主，模擬量相對較少，系統(tǒng)以測點監(jiān)控為主，無復雜聯(lián)鎖控制。為滿足污水處理廠生產管理和工藝過程對自動化的要求，實現(xiàn)無人值守運行，采用具備實用性、可靠性、經濟性、開放性的G3 PLC控制系統(tǒng)滿足污水處理廠工藝監(jiān)控、控制要求。

1 G3控制系統(tǒng)

圖1 硬件構成配置圖Fig.1 Hardware composition configuration diagram

表1 硬件配置Table 1 Hardware configuration

G3分布式測控系統(tǒng)以一體化控制器為核心單元，具有控制運算、數(shù)據(jù)采集和通訊處理等功能。實用的模塊化系統(tǒng)結構，用戶可根據(jù)需求選配所需功能模塊，包括報表、報警、事件記錄、歷史數(shù)據(jù)庫等，最大程度上滿足用戶各種定制方案，可廣泛應用于各種工業(yè)自動化控制領域及環(huán)境監(jiān)測、污水處理等環(huán)保新興領域[1]。同時具有遠程訪問能力強、安裝靈活、環(huán)境適應性高，系統(tǒng)快速性、簡單靈活性特點。部件采用 UCP 統(tǒng)一控制協(xié)議與過程控制層相連，接收相關的管理命令，向上傳遞工藝裝置的特性數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)；與現(xiàn)場設備層設備實時通信，實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的控制。

1.1 硬件構成

G3控制系統(tǒng)以實現(xiàn)小點數(shù)單機控制，并支持現(xiàn)場各種惡劣環(huán)境及小型空間的安裝，以控制器GCU331為核心的控制系統(tǒng)節(jié)點結構。每個節(jié)點由主模塊、從模塊和終端模塊組成。污水處理廠G3系統(tǒng)配置硬件組成：主模塊為控制器GCU331，7塊DIO331從模塊，2塊DI311從模塊、終端模塊固定不變，用于實現(xiàn)總線終端匹配功能。一臺嵌入式一體機作為上位機系統(tǒng)，是操作人員完成過程監(jiān)控管理任務的人機界面。操作平臺采用中控自主開發(fā)的VxSCADA監(jiān)控軟件，運行穩(wěn)定可靠，人機界面友好，操作方便，可完成數(shù)據(jù)、報警狀態(tài)的顯示及記錄。硬件構成配置見圖1。

PLC配置：主控制器、從模塊、終端模塊。硬件配置見表1。

1.2 軟件構成

軟件配置：GCSContrix系統(tǒng)軟件包包括：控制站組態(tài)軟件GCSContrix、系統(tǒng)結構組態(tài)軟件GCSSysbuilder、設備管理軟件GCSManager，以及其他系統(tǒng)工具等。可以實現(xiàn)對GCS控制器系統(tǒng)工程配置、系統(tǒng)組態(tài)、實時通信、任務配置、系統(tǒng)管理、故障診斷、在線調試等一系列豐富的功能[2]。

VxSCADA綜合監(jiān)控軟件是一款大規(guī)模分布式綜合監(jiān)控軟件。軟件在常規(guī)的分布式生產信息采集、監(jiān)視功能基礎上，創(chuàng)造性地引入對象概念，支持對象化建模和靈活的腳本開發(fā)，使傳統(tǒng)組態(tài)開發(fā)從以工程為單位模式向系統(tǒng)化、模塊化發(fā)展[3]。用戶可根據(jù)需求選配（綜合監(jiān)控軟件、報表軟件、遠程報警通知軟件、組態(tài)軟件、歷史數(shù)據(jù)庫軟件）等所需功能模塊，最大程度上滿足用戶各種定制方案，通過I/O總線將現(xiàn)場信息向主控制器傳送；通過監(jiān)控軟件，實現(xiàn)多種工況綜合監(jiān)控，明確故障信息，保障工藝系統(tǒng)或設備安全。

2 網(wǎng)絡通訊

G3一體化控制器支持MODBUS TCP、MODBUS RTU、DNP3通訊協(xié)議和自定義通訊協(xié)議。開放的通訊接口容易和任何智能設備進行通訊，同時也容易集成到公司的大數(shù)據(jù)平臺信息系統(tǒng)中。

3 系統(tǒng)應用

3.1 I/O組態(tài)

系統(tǒng)I/O組態(tài)是對一體化控制器GCU311、從模塊（輸入/輸出）、OPC服務器等硬件、軟件進行相關參數(shù)設置組態(tài)。

污水處理廠的I/O組態(tài)包括模擬量AI、數(shù)字量（DI、DO）、OPC-Server通訊進行卡件設置、通道分配，除設置位號、描述及報警狀態(tài)外，根據(jù)信號類型及工藝參數(shù)的不同，對信號類型、屬性等參數(shù)進行詳細組態(tài)設置。I/O點配置情況見表2。

3.2 控制方案簡介

G3系統(tǒng)提供強大組態(tài)功能軟件，針對污水處理工藝編程，提供FBD功能塊就能滿足要求。針對機泵特殊的功能需求，需要自定義控制方案，自定義特殊的FBD功能塊，通過控制站編譯的FBD功能塊編程語言和LD梯形圖編程語言實現(xiàn)機泵的順序控制、聯(lián)鎖邏輯控制等功能。

3.2.1 機泵控制

圖2 機泵控制功能塊圖Fig.2 Machine pump control function block diagram

圖3 正常模式順控Fig.3 Normal mode control

圖4 提升泵聯(lián)鎖Fig.4 Lifting pump interlock

表2 I/O點配置情況Table 2 I/O Point configuration

每個機泵都有3種控制方式：就地、手動、自動。當自動控制時，可完全實現(xiàn)全自動邏輯控制，無需人工任何操作。當工藝發(fā)生異常變化或機泵故障時，可及時手動或就地人工干預，操作人員根據(jù)監(jiān)控參數(shù)及機泵運行狀態(tài)，同時兼顧現(xiàn)場實際情況，人工調整，及時消除缺陷，解決異常工況故障，恢復正常工藝運行。機泵控制功能塊見圖2。

3.2.2 順控邏輯

污水處理MBR膜工藝順控邏輯控制有3種模式：正常模式、異常模式、反洗模式。本文以正常運行模式為例。

正常模式：當污水經調節(jié)池泵提升到一體化MBR設備后，經過厭氧、富氧及膜分離、除磷等產水工藝處理，相應自吸產水泵根據(jù)MBR膜的特性要求，設置適當運行、靜默時間，同時對應電動閥同步啟閉及除磷加藥泵及攪拌器同步啟停。正常模式順控邏輯見圖3。

3.2.3 聯(lián)鎖

污水處理MBR工藝聯(lián)鎖邏輯比較簡單、功能少，主要涉及調節(jié)池提升泵啟停、產水泵啟停、過渡池提升泵啟停等邏輯聯(lián)鎖。本文以一體化MBR工藝設備調節(jié)池提升啟停為例。

1）調節(jié)池提升泵啟動：調節(jié)池液位正常，且膜區(qū)液位計低液位。

2）滿足任意一項條件，調節(jié)池提升泵停泵：① 膜區(qū)液位超高，調節(jié)池提升泵停止運行；② 調節(jié)池低液位，調節(jié)池提升泵停止運行。提升泵聯(lián)鎖邏輯見圖4。

3.3 上位機畫面

VxSCADA 畫面與監(jiān)控組態(tài)，可以對測控點分散的過程或設備進行本地或遠程監(jiān)視和控制，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設備控制、測量、參數(shù)調節(jié)以及各類信號報警等各項功能。污水處理廠上位機監(jiān)控畫面分5頁：主畫面、參數(shù)設置、設備操作、趨勢、報警?，F(xiàn)場操作人員通過“主畫面”流程圖監(jiān)控現(xiàn)場過程控制點異常狀況，通過“參數(shù)設置”界面設置合適的設備運行參數(shù)，通過“設備操作”界面實施機泵手自動切換，通過“趨勢、報警”界面查詢現(xiàn)場設備異常狀態(tài)及報警信息，及時提供準確診斷，利于現(xiàn)場設備安全維護。

4 結束語

G3分布式控制系統(tǒng)是面向廣泛自動化測控應用，支持復雜的組網(wǎng)和分布式應用，并易和通用監(jiān)控軟件構建綜合集成控制系統(tǒng)。人機界面友好，操作比較簡單，上機熟悉快。具有操作簡單，安全性高，可靠性強，智能化等特點。針對污水處理廠位置分散、距離遠、巡檢難、人員素質普遍不高情況下，在調試運行過程中，突出了高度的智能化控制，減輕了勞動強度，避免了人為的操作失誤，提高生產效率，確保污水處理廠安全運行。