史勝波，童 慧，王 釗，劉新民，楊天博

SHI Sheng-bo1,TONG Hui2,WANG Zhao2,LIU Xin-min2,YANG Tian-bo2

（1. 新疆克拉瑪依石化工業(yè)園污水處理廠，克拉瑪依 834003；2. 北京機械工業(yè)自動化研究所，北京 100120）

0 引言

本控制系統(tǒng)是為克拉瑪依石化工業(yè)園污水處理廠設(shè)計的，該項工程是該地區(qū)環(huán)境保護(hù)的重點建設(shè)項目，主要負(fù)責(zé)處理石化工業(yè)園區(qū)工業(yè)企業(yè)排放的工業(yè)廢水和生活污水，采用曝氣生物濾池工藝，設(shè)計出水水質(zhì)達(dá)到國家一級A排放標(biāo)準(zhǔn)，可回收利用。

1 自動控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為了保證石化工業(yè)園污水處理廠出水水質(zhì)達(dá)到設(shè)計要求，同時提高運行過程中的安全性、可靠性和自動化水平，我們設(shè)計了一套基于計算機、PLC和高速工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的分層分布式控制系統(tǒng)，按照“集中監(jiān)控，分散控制”的原則，將全廠控制系統(tǒng)分為就地站級（設(shè)備網(wǎng)）、現(xiàn)場PLC控制站級（控制網(wǎng)）和中央調(diào)度管理級（管理網(wǎng)）的三級控制網(wǎng)絡(luò)。其中，PLC控制站與變電所控制室及綜合樓控制室計算機之間的通訊采用高速工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，通訊速率為10MB/S。通訊網(wǎng)絡(luò)采用開放式的結(jié)構(gòu)及目前國際上主流的TCP/IP通訊協(xié)議，可以非常方便地與其他標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)相兼容。

2 泵控運行方案

泵控運行方案主要運用在污水廠項目中的進(jìn)水泵系統(tǒng)、應(yīng)急泵系統(tǒng)、回流泵系統(tǒng)、排水泵系統(tǒng)中。泵控運行方案是通過對泵組進(jìn)行起停控制（如控制設(shè)備為變頻泵需根據(jù)液位對泵的頻率進(jìn)行調(diào)整）以實現(xiàn)池中液位恒定，從而最終實現(xiàn)泵控系統(tǒng)自動穩(wěn)定運行。

要實現(xiàn)泵控運行方案，需完成以下功能：

1）通過分段液位控制方式實現(xiàn)泵組自動啟停。

假設(shè)泵控系統(tǒng)有2臺泵，需設(shè)置4個分段液位參數(shù)。（按液位從低到高排列順序為：1切0，0切1，2切1，1切2。注：1切0代表實際液位如果低于此設(shè)定液位值，運行泵數(shù)由1臺變成0臺；0切1代表實際液位如果高于此設(shè)定液位值，運行泵數(shù)由0臺運行泵變成1臺；2切1代表實際液位如果低于此設(shè)定液位值，運行泵數(shù)由2臺減少為1臺；1切2代表實際液位如果高于此設(shè)定液位值，運行泵數(shù)由1臺運行泵變成2臺）。這樣通過實際液位值所處的液位段和設(shè)定值比較，判斷理論所啟動的泵數(shù)。通過理論泵數(shù)和實際泵數(shù)進(jìn)行比較，對泵進(jìn)行啟、停控制。當(dāng)理論泵數(shù)〉實際泵數(shù)時，增加運行泵數(shù)直到實際泵數(shù)增到和理論泵數(shù)相同；當(dāng)理論泵數(shù)〈實際泵數(shù)時，減少運行泵數(shù)直到實際泵數(shù)減到和理論泵數(shù)相同。

2）在起停泵組時需遵守均衡原則。

在控制系統(tǒng)中泵組采用備用原則，且絕大多數(shù)情況下不會出現(xiàn)滿載情況，所以在系統(tǒng)自動運行過程中需遵照啟、停泵的原則，以保證泵的相對均衡運行。當(dāng)系統(tǒng)理論泵數(shù)〉實際泵數(shù)時，需要篩選出“具備自動正常停止?fàn)顟B(tài)”、“累計運行時間最短”的泵組，并對其進(jìn)行啟動；當(dāng)系統(tǒng)理論泵數(shù)〈實際泵數(shù)時，需要篩選出“具備自動正常停止?fàn)顟B(tài)”、“累計運行時間最長”的泵組，并對其進(jìn)行停止。

3）根據(jù)工藝要求，需對泵、閥進(jìn)行聯(lián)動啟停。

由于本系統(tǒng)的泵組是由泵和閥門組成的，所以要啟、停泵組必須對泵、閥進(jìn)行順序操作。根據(jù)泵的不同類型，實行不同的順序控制。當(dāng)運行泵為潛污泵時，啟動泵組應(yīng)先開閥、延時開泵；停止泵組應(yīng)先關(guān)泵、延時關(guān)閥。當(dāng)運行泵為離心泵時，啟動泵組應(yīng)先開泵、延時開閥；停止泵組應(yīng)先關(guān)閥、延時關(guān)泵。

4）系統(tǒng)自動運行過程中單臺泵組出現(xiàn)故障狀態(tài)時，系統(tǒng)能夠完成自動切泵功能。

當(dāng)運行泵組出現(xiàn)非正常情況時，立即停止該泵組并啟動新泵組。在切泵過程中，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行而不受故障影響。

5）當(dāng)系統(tǒng)有一個或多個變頻泵組時，除完成上述功能外，應(yīng)對變頻泵進(jìn)行特殊控制。

泵組開始運行時，要先篩選出1臺“具備正常停止?fàn)顟B(tài)”、“累計運行時間最短”的變頻泵并對其進(jìn)行啟動。在系統(tǒng)運行過程中，變頻泵根據(jù)

3 控制系統(tǒng)的可靠性與先進(jìn)性

本控制系統(tǒng)能在嚴(yán)格的工業(yè)環(huán)境下長期、穩(wěn)定的運行。系統(tǒng)組件的設(shè)計符合真正的工業(yè)等級，滿足國內(nèi)、國際的安全標(biāo)準(zhǔn)。同時系統(tǒng)設(shè)計具有易配置、易接線、易維護(hù)、隔離性好、結(jié)構(gòu)堅固、抗腐蝕、適應(yīng)較寬的溫度變化范圍，能夠承受工業(yè)環(huán)境的嚴(yán)格要求。

本控制系統(tǒng)具有自診斷功能，可以在運行中診斷出系統(tǒng)的部件是否出現(xiàn)故障，并在監(jiān)控軟件中及時、準(zhǔn)確地反映出故障狀態(tài)、故障時間、故障地點以及相關(guān)信息。在系統(tǒng)發(fā)生故障后，I/O的狀態(tài)返回到系統(tǒng)根據(jù)工藝要求預(yù)設(shè)置的狀態(tài)上。

本控制系統(tǒng)具有良好的通訊性能和擴(kuò)展性、兼容性。在關(guān)鍵部件如主機、電源及通訊網(wǎng)絡(luò)上均可進(jìn)行擴(kuò)展。

4 結(jié)束語

石化工業(yè)園污水處理廠自動化控制系統(tǒng)的成功應(yīng)用，較好地解決了曝氣生物濾池工藝設(shè)備的復(fù)雜控制，使污水處理實現(xiàn)了全自動化。提高了生產(chǎn)效率，減輕了操作人員的工作強度，在環(huán)境保護(hù)中，發(fā)揮了重要作用。取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

[1] GE公司. PLC 用戶.

[2] 嚴(yán)道岸.水工藝與工程[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2002.