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)濟快速發(fā)展和城市化的進程加快，污水的排放日益增多，水污染已成為不容忽視的事實，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炸彈。因此，污水處理廠已成為各個城市最為重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一，而對污水處理廠的自動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化程度不高、運行效率低等狀況。因此，為了提高污水處理廠自動化控制程度，本文介紹了西門子PLC在城市污水處理廠中的自動控制系統(tǒng)的設(shè)計，對提高整個污水處理的自動化程度有重要意義。

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入?yún)捬醭兀诖宋勰嘀械木哿拙迷鬯械娜芙鈶B(tài)有機物進行厭氧釋磷；然后與好氧末端回流的混合液一起進入缺氧池，在此污泥中的反硝化菌利用剩余的有機物和回流的硝酸鹽進行反硝化作用脫氮；脫氮反應完成后，進入好氧池，在此污泥中的硝化菌進行硝化作用將廢水中的氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽同時聚磷菌進行好氧吸磷，剩余的有機物也在此被好氧細菌氧化，最后經(jīng)沉淀池進行泥水分離，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；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)絡結(jié)構(gòu)

設(shè)計以安全、經(jīng)濟、可靠、先進為原則，選擇行業(yè)內(nèi)先進水平的軟硬件產(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)絡組成，包括控制級、現(xiàn)場級。系統(tǒng)的兩層網(wǎng)絡分別為基于TCP/IP協(xié)議的工業(yè)以太網(wǎng)絡、現(xiàn)場總線網(wǎng)。2臺操作站、1臺服務器向下接入現(xiàn)場控制網(wǎng)絡。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)絡的可靠性和安全性，下面連接3個PLC現(xiàn)場控制站，分別為進水泵房控制站、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)場總線Profibus DP方式通訊，系統(tǒng)站和控制單元之間互相獨立，控制單元故障不會影響上級、下級或同級的控制單元的正常運行。為了提供報表、報警打印服務，配置兩臺打印機，實現(xiàn)各種報表以及實時報警和報警歷史的打印功能。操作站相互在線冗余，當主站由于故障不能通訊時，備站立即接管所有控制功能，變?yōu)橹髡鞠蛳峦ㄟ^光纖網(wǎng)絡對各現(xiàn)場監(jiān)控子站進行監(jiān)控；當故障站恢復正常時，故障期間的系統(tǒng)需存儲的歷史數(shù)據(jù)、報警記錄等從另一臺站補回，并且2臺計算機重新回到熱備狀態(tài)。建立在Windows 2000/XP基礎(chǔ)上的組態(tài)軟件提供了功能全面、簡單易用的操作界面，操作人員通過組態(tài)軟件實現(xiàn)對全廠生產(chǎn)過程、工藝參數(shù)和設(shè)備運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，其網(wǎng)絡結(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：就地、自動及遙控，其他設(shè)備為二級控制：就地和遙控?！熬偷丶墶睘樽罨究刂萍墸謩硬僮骶偷乜刂葡渖系膯⑼０粹o，該級為最優(yōu)先級；“自動級”為設(shè)備根據(jù)現(xiàn)場控制箱內(nèi)小PLC進行一定程序的自動操作和設(shè)備間的連鎖，該級優(yōu)先級次之；“遙控級”為設(shè)備遠程控制級，分“遠程手動”和“遠程自動”二種狀態(tài)，當開關(guān)處于“遠程手動”時，分控制站PLC及中控室可“點動”下屬設(shè)備，當開關(guān)處于“遠程自動”狀態(tài)時，分控制站PLC根據(jù)進行一定程序的自動操作和設(shè)備間的連鎖。分控制站PLC可對下屬各電控箱內(nèi)自動控制程序中的參數(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)計使生產(chǎn)運行更加安全、可靠，如果上位機或網(wǎng)絡發(fā)生故障，不會影響現(xiàn)場PLC站的工作，而且如果現(xiàn)場控制站PLC出現(xiàn)故障，操作人員也可以通過手動控制按鈕完成設(shè)備的啟停。

4 實現(xiàn)的功能

在實現(xiàn)現(xiàn)場各監(jiān)控站內(nèi)設(shè)備運行控制的基礎(chǔ)上，整個控制系統(tǒng)應實現(xiàn)如下功能。

（1）對PLC現(xiàn)場控制站傳送來的檢測信號進行歸類，以各種棒狀圖、趨勢圖、單參數(shù)圖和多參數(shù)圖進行顯示和存儲。

（2）對PLC現(xiàn)場控制站傳輸來的設(shè)備狀態(tài)信號進行顯示。

（3）對各檢測值越限和設(shè)備狀態(tài)故障信號進行匯總報警，報警信號以變色、閃爍顯示和聲響反映。

（4）根據(jù)工藝要求和設(shè)備運行工況下達控制指令，實現(xiàn)自動運行控制。

（5）實時檢測進水水質(zhì)，并根據(jù)水質(zhì)的變化自動選擇不同的控制方式，保證處理效果。

（6）動態(tài)顯示工藝流程圖和電氣系統(tǒng)圖。

（7）對傳輸數(shù)據(jù)進行整理、計算、儲存，按要求自動生成日、月、季度生產(chǎn)數(shù)表，隨機打印報警信號和設(shè)備開停狀態(tài)的變化。

（8）建立設(shè)備運行檔案，實施設(shè)備優(yōu)化運行管理。

（9）建立與管理系統(tǒng)的有機聯(lián)系，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)交換。

（10）監(jiān)測PLC現(xiàn)場控制站的工作狀態(tài)，監(jiān)測網(wǎng)絡運行工況及數(shù)據(jù)傳輸速率。中控界面例圖如圖3。

污水廠各控制站實現(xiàn)的功能如下。

（1）進水泵房控制主站PLC1集成控制實現(xiàn)：

1）系統(tǒng)檢測粗細格柵遠程/就地狀態(tài)、運行、故障狀態(tài)，啟動停止控制；

2）除砂系統(tǒng)、砂水分離器：遠程/就地信號、運行故障；

3）攪拌機：運行、停機、故障信號；

4）預處理除臭裝置的設(shè)備參數(shù)如遠程、運行、故障、硫化氫的濃度；

（2）生化池控制主站PLC2集成控制實現(xiàn)：

1）配電房進線柜、母聯(lián)柜：合/分閘狀態(tài)、故障信號；

2）配電房電量測量儀內(nèi)的電流，電壓，功率因素等；

3）生化池的潛水攪拌機、初沉污泥泵、鏈板刮泥機：運行/停止、手動/自動、故障、運行/停止控制信號；

4）水平軸流泵：運行/停止、手動/自動、高溫保護、泄漏保護、過載保護、故障、運行/停止控制信號；

5）電動閘門/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/自動，開啟控制、關(guān)閉控制信號；

6）檢測液位、DO值、MLSS值和浮子開關(guān)的信號；

7）加藥間的攪拌機、計量泵：遠程/就地、運行、停機、故障、遙控信號。

（3）纖維濾池控制主站PLC3集成控制實現(xiàn)：

1）鼓風機變頻：當前控制方式、運行、故障信號、啟/?？刂?、頻率控制等；

2）反沖水泵、儲泥池攪拌器：當前控制方式、運行、故障信號、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/自動，開啟控制、關(guān)閉控制信號；

4）污泥濃縮脫水機：當前工作狀態(tài)、故障、遙控狀態(tài)；

5）紫外線消毒：遠程/就地、運行、停機、故障信號；

6）檢測出水水質(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，維護方便，系統(tǒng)運行穩(wěn)定。上位機人機界面美觀、便于操作，生動形象地反映了污水處理工藝流程和設(shè)備運行情況。對于污水處理廠而言，其污水處理自動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用。

[1]徐孝斌，西門子S7-300在污水處理中的應用[J].科技風,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[J].世界電子元器件,2011（04）.