【摘 要】近年來，環(huán)境污染已嚴重制約了人類生存和可持續(xù)發(fā)展。隨著人類環(huán)保意識的增強，污水處理行業(yè)得到了廣泛的關(guān)注。為了讓污水處理技術(shù)有效實施，使系統(tǒng)能夠連續(xù)穩(wěn)定地運行，既保證了水質(zhì)標準，同時節(jié)省了大量的人力和財力，設(shè)計基于OPC污水處理技術(shù)控制系統(tǒng)，是非常必要且具有重要的實踐意義。

【關(guān)鍵詞】OPC技術(shù) 污水處理 控制系統(tǒng) 應(yīng)用

隨著科學技術(shù)的發(fā)展和社會經(jīng)濟的進步，工業(yè)化進程越來越快，人們的生活水平也越來越好，然而環(huán)境問題也隨之出現(xiàn)，且呈現(xiàn)出越來越嚴重的趨勢，讓人堪憂。為了推動人類社會的可持續(xù)發(fā)展，污水處理越來越受到社會各方面的重視。因此設(shè)計一套OPC技術(shù)，使其能夠在污水處理控制系統(tǒng)中發(fā)揮作用，是如何能夠起到環(huán)保作用，又使污水能夠被重復利用，處理既能節(jié)約水資源的重要途徑，具有非常重要的實踐意義。

一、OPC技術(shù)介紹

OPC（OLE for Process Control的縮寫），是以O(shè)LE/COM機制作為應(yīng)用程序的通訊標準。OLE/ COM是一種客戶/服務(wù)器模式，具有語言無關(guān)性，代碼的可重用性，易于集成等特點。OPC技術(shù)規(guī)范了接口功能，無論現(xiàn)場設(shè)備以什么形式出現(xiàn)，都能夠給客戶提供統(tǒng)一的方式來訪問該軟件，進而給客戶確保了軟件的透明度，使用戶能夠從低層次的發(fā)展中完全脫節(jié)除出來。OPC是用于過程控制的OLE ，是一個行業(yè)標準。它的出現(xiàn)為一個基于Windows的應(yīng)用程序和現(xiàn)場過程控制應(yīng)用建立了一個橋梁。它將一個應(yīng)用程序（OPC服務(wù)器）作為一個對象封裝，只把接口方法暴露出來，客戶再以統(tǒng)一的方式來調(diào)用這個方法，以確?？蛻舳塑浖耐该鞫?，讓用戶完全從底層開發(fā)中脫離出來。 OPC實現(xiàn)了遠程控制，使得應(yīng)用程序的分布和硬件無關(guān)，便于系統(tǒng)硬件配置的分布，使其更廣泛的應(yīng)用。采用OPC規(guī)范，系統(tǒng)配置簡單，大大簡化了系統(tǒng)的復雜性，可以大大縮短軟件開發(fā)周期，提高軟件運行的可靠性和穩(wěn)定性，便于系統(tǒng)的升級和維護OPC接口功能的標準化，無論現(xiàn)場設(shè)備以何種形式出現(xiàn)，客戶都以統(tǒng)一的方式去訪問，從而實現(xiàn)了系統(tǒng)的開放性，便于實現(xiàn)和其它系統(tǒng)的交互。

二、城市污水處理的原則

城市污水處理的選擇應(yīng)體現(xiàn)出滿足要求，因地制宜，技術(shù)可行，經(jīng)濟合理的原則。也就是說，在確保穩(wěn)定運行，滿足處理要求（排放水體或再利用）的前提下，使基礎(chǔ)設(shè)施和運營成本最為經(jīng)濟，運行管理簡單，控制調(diào)節(jié)方便，占地面積和功耗最小，污泥量較少。同時要求具有良好的安全、衛(wèi)生、景觀等環(huán)境條件。

三、城市污水處理的原理、方法和工藝流程

（一）污水處理的原理

污水處理的原理是，通過微生物代謝，完成有機污染物的分解和生物體的合成，將進入的有機污染物轉(zhuǎn)換成有害氣體產(chǎn)物，液體產(chǎn)物（水）以及富含有機物的固體產(chǎn)物（也被稱為生物污泥的微生物種群）；通過固 - 液分離法實現(xiàn)的生物污泥和水的凈化處理有效分離。

（二）污水處理的方法

城市污水處理的方法有很多，按照常規(guī)處理的程度級別可分為一級、二級和三級處理污水工藝。一級處理，采用物理處理法截留較大的漂浮物或懸浮物。在污水處理設(shè)施的入口設(shè)置網(wǎng)格，為了減少后處理結(jié)構(gòu)的負荷，其目的是去除比重較大的無機粒子。經(jīng)過一級處理出水BOD后一般可去除30%左右，低于排放標準，只能作為二級處理的預處理。

二級處理，主要采用生物處理法去除污水中呈膠體和溶解性狀態(tài)的有機污染物質(zhì)。利用微生物的代謝作用，將污水中呈溶解性、膠體狀態(tài)的有機污染物轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，從而達到排放的要求，一般去除率能達到90%以上，有機污染物可達到排放標準，處理后的五日生化需氧量（BOD5）可降至20～30mg/L。

三級處理，主要采用生物脫氮除磷，混凝沉淀，砂濾，活性炭吸附，離子交換法和電滲析法用于進一步的處理難以降解的有機物，磷和氮會導致水體富營養(yǎng)化的可溶性無機物。通過三級處理，BOD可以進一步降低到5mg/ L以下。

（三）城市污水處理的工藝流程

由于城市的污水主要是居民生活用水和工業(yè)企業(yè)排放的，所以城市的污水中通常含有較多的有機物，這種污水一般被叫做生化污水。生物廢水處理過程是利用吸附，氧化和微生物分解降解廢水中的有機物含量，形成可以沉淀的污泥，從而使凈化水滿足所規(guī)定的排放標準。

從常規(guī)工藝流程看，城市污水管網(wǎng)收集污水經(jīng)過水廠進水控制井控制后進入粗格柵，這時，相對較大的懸浮物被攔截下來，以防止流動堵塞和降低后續(xù)的生物處理，以減少負荷。然后由提升泵提升到提升水的高重力勢能，從而使水可以通過重力作用流動到后續(xù)的個別建筑內(nèi)。然后污水進入細格柵，這時小細懸浮物進一步受阻。流入回旋沉砂池后，進行砂水分離。經(jīng)過沉淀后的污水流進CASS生物反應(yīng)池（預反應(yīng)區(qū)和主反應(yīng)區(qū)），該過程使活性污泥在預反應(yīng)區(qū)通過一個高負荷的吸附過程，隨后在主反應(yīng)區(qū)中通過比較低負荷的吸附降解階段，完成整個基質(zhì)去除的過程。通過CASS池的水進入接觸池后加氯消毒，最后通過計量井，此時的水已達到國家排放標準，排到河流中。剩余污泥是脫水后的污泥被泵入房間，通過脫水，干燥污泥被壓成餅，用作肥料。

四、OPC技術(shù)在大連市污水處理監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

《“十二五”全國城鎮(zhèn)污水處理及再生利用設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》中指出，到2015年，我國計劃單列市城區(qū)實現(xiàn)污水全部收集和處理率達到85%。面對如此的目標，當前大連市城市污水處理系統(tǒng)的監(jiān)測設(shè)備采用的是分散獨立的傳統(tǒng)驅(qū)動程序的安全設(shè)備，對于現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)的采集，主要是由廠家自己擁的有特定的驅(qū)動程序。雖然這些驅(qū)動程序可以針對其專門的硬件進行最優(yōu)化的閱讀，但如果需要從不同的制造商整合的硬件會產(chǎn)生不同的硬件和軟件之間的數(shù)據(jù)沖突，而在污水處理過程中會使用大量的復雜結(jié)構(gòu)設(shè)備，維修大，不利于監(jiān)控整個系統(tǒng)，調(diào)度和集中管理。為了為了解決這些問題，以低成本處理大連市的污水項目，采用OPC技術(shù)在中央控制室建立監(jiān)控中心，通過主站對污水處理廠各PLC站進行集中控制和監(jiān)控，較好地解決ControlLogix1756-L61PLC與西門子S7 -300系列PLC的通訊和互操作性。

（一）選擇系統(tǒng)硬件

考慮到污水處理控制系統(tǒng)的安全性，可靠性，可維護性和靈活性的要求，包括系統(tǒng)控制器（粗網(wǎng)格泵站現(xiàn)場控制器和配電室控制器）和污泥脫水機房現(xiàn)場控制器的現(xiàn)場硬件組件。粗格柵和使用配電室AB系列PLC及污泥脫水$7-300系列西門子PLC房控制室污水泵站控制室和監(jiān)控室。

（二）設(shè)計上位監(jiān)控軟件

上位監(jiān)控系統(tǒng)主要包括計算機、變量管理器、結(jié)構(gòu)變量和編輯器4大部分。變量管理器組態(tài)軟件是用來初始化變量的定義，主要作用是可變的標簽數(shù)據(jù)與下位機連接到PLC程序：編輯器是配置屏幕和報警的實現(xiàn)，報告等各部分的主要功能。在上位機中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以顯示水位的狀態(tài)，溫度，電機電流，流量，累積流量，流速，流動比率，逆變器工作，手動和自動的實時狀態(tài)和空氣開關(guān)的狀態(tài)。因此，在中央控制室可以發(fā)現(xiàn)從現(xiàn)場的所有相關(guān)數(shù)據(jù)，省去了繁瑣的來回作業(yè)站之間工作，對每個站定期只是檢查一遍，這樣就大大減少了員工工作的數(shù)量。遠程監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了站的集中控制，系統(tǒng)可在控制室內(nèi)控制每個電氣設(shè)備中的，開始和停止動作，可以調(diào)整速度。這是實現(xiàn)自動控制的關(guān)鍵。通過自動化，控制室里的管理人員將能夠?qū)崿F(xiàn)遠程啟動和停止各設(shè)備的運行，大大提高了工作效率。

（三）OPC技術(shù)通信功能的實現(xiàn)

在這個項目中，西門子和羅克韋爾PLC的生產(chǎn)作為OPC服務(wù)器，OPC客戶端開發(fā)的主機，以實現(xiàn)這兩種PLC之間的互操作性。西門子S7-300/400 OPC服務(wù)器提供了集成在SIMATIC NET軟件的界面，所以可以直接使用系統(tǒng)提供的S7 OPC服務(wù)器。同時，建立在PC上的OPC服務(wù)器，并使用SIMATIC NET軟件建立Profibus總線。DP網(wǎng)絡(luò)，OPC服務(wù)器和S7-300/400系列PLC的輸入輸出接口點對點的連接。RSLinx是AB公司在Windows環(huán)境下PLC通信程序的建廠工具，它不僅提供了多種網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序，并提供快速的OPC，DDE和CustomC/C++接口。在該項目的具體實施過程中，軟件是用VB OPC客戶端應(yīng)用程序編寫，實現(xiàn)了主機和控制器Lo畫X5550之間的通信。

五、結(jié)束語

總之，在大連城區(qū)污水處理項目中利用OPC技術(shù)開發(fā)的智能控制系統(tǒng)，不僅保證良好的通信網(wǎng)絡(luò)的兼容性和穩(wěn)定性，降低了監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對不同廠商設(shè)備的無縫集成的成本，同時也保證通信的快速性，為進一步改進生產(chǎn)工藝提供了方便，降低了生產(chǎn)和維護勞動強度，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

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