霍 建

（長春城開水務(wù)有限責任公司，吉林長春，130000）

一種污水處理廠自動化控制系統(tǒng)的實現(xiàn)研究

霍 建

（長春城開水務(wù)有限責任公司，吉林長春，130000）

水資源是人類賴以生存的基礎(chǔ)，隨著社會的發(fā)展和經(jīng)濟的進步，生活和工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的污水越來越多，這給污水處理廠的工作提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。自動化控制系統(tǒng)在污水處理廠的應(yīng)用能夠保證水質(zhì)量穩(wěn)定，降低污水處理成本，提升污水處理效率。本文以某市污水處理廠為例，探討了一種自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用和實現(xiàn)，主要研究了系統(tǒng)組成、配置和監(jiān)控界面設(shè)計，旨在為相關(guān)污水處理廠自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用與設(shè)計實踐提供參考。

污水處理廠；自動化控制系統(tǒng)；設(shè)計

0　前言

污水處理關(guān)系到水資源的節(jié)約和用水安全，但就目前來看，水污染問題日趨嚴重，生活污水和工業(yè)污水越來越多，而污水處理技術(shù)還比較落后，這就給污水處理廠工作提出了嚴峻的考驗。自動化控制系統(tǒng)在污水處理廠中的應(yīng)用能夠有效提升污水處理效率，降低污水處理成本，對于水資源保護和節(jié)約有著重要的意義。基于以上，本文結(jié)合實例提出了一種污水處理廠自動化控制系統(tǒng)，并研究了其設(shè)計與實現(xiàn)。

1　污水處理自動化控制系統(tǒng)組成分析

以參與生產(chǎn)程度級別為標準可以將自動化控制系統(tǒng)劃分為三個級別，分別是中央控制室、現(xiàn)場控制站和現(xiàn)場操作箱，操作員通過對中央控制室的操作來管理系統(tǒng)控制權(quán)限。

將上位機監(jiān)控界面安裝在上位工控機上，能夠?qū)崿F(xiàn)對溫度、壓力、液位等系統(tǒng)運行參數(shù)的有效監(jiān)視，同時有著報警功能、遠程啟停功能、趨勢分析功能、參數(shù)設(shè)置功能機報表打印功能。整個系統(tǒng)界面有著直觀性的特點，方便操作。

在污水處理現(xiàn)場分布各種儀表，能夠采集污水處理過程中各項參數(shù)和設(shè)備運行狀態(tài)參數(shù)，將采集到的參數(shù)輸入到PLC輸入模塊中。現(xiàn)場控制站PLC對采集的數(shù)據(jù)進行邏輯運算和相關(guān)處理，之后將數(shù)據(jù)傳輸給上位機，上位機向現(xiàn)場控制站PLC傳達指令，從而實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的控制，上位機是污水處理自動化控制系統(tǒng)的核心組成部分，能夠管理和控制污水處理過程各部分，實現(xiàn)污水處理廠辦公自動化，上位機設(shè)有人機接口，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)與外部信息的交換，通過上位機上的計算機能夠?qū)崿F(xiàn)通訊功能，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享與交互。

下位機采用的PLC有著PID調(diào)節(jié)功能，其對于污水處理系統(tǒng)的功能實現(xiàn)有著重要的意義，能夠接收上位機傳達的命令或參數(shù)，從而實現(xiàn)其數(shù)據(jù)采集功能、實時控制功能及判斷決策功能。在進行開關(guān)量控制的基礎(chǔ)上，可以借助A/D轉(zhuǎn)換器來對現(xiàn)場測量儀表輸入4-20mA標準信號進行采集，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)字PID運算之后進行信號輸出，從而實現(xiàn)對變頻器、調(diào)節(jié)閥等執(zhí)行設(shè)備的控制。

本系統(tǒng)上位機、下位機以及現(xiàn)場設(shè)備依靠通訊網(wǎng)絡(luò)連接，實現(xiàn)三部分的通訊，這是系統(tǒng)管理與控制功能實現(xiàn)的關(guān)鍵，適應(yīng)于污水處理廠自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)主要包括現(xiàn)場總線、DCS局域網(wǎng)以及工業(yè)以太網(wǎng)等。

2　污水處理自動化控制系統(tǒng)配置探討

2.1PLC選型。綜合考慮本系統(tǒng)性能要求和污水處理廠自然條件，本設(shè)計選用西門子公司S7-300系列PLC，采用CPU315-2DP，其程序容量較大，能夠有效處理二進制和浮點數(shù)。兩個DP接口使得與總線的連接相對簡單，能夠擴展為冗余配置，能夠應(yīng)用于I/O結(jié)構(gòu)配置，此外，可以利用CP通信開來進行DP接口的拓展，在采用S7通信方式的基礎(chǔ)上，可以將其作為客戶機也可以將其作為服務(wù)器。

2.2PLC信號模塊選型。連接設(shè)備與PLC的接口模塊指的就是信號模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)輸入信號和輸出信號的轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)對信號的處理和執(zhí)行。

選擇SM321作為數(shù)字輸入模塊，其額定輸入電壓為DC24伏，輸入電流為7毫安，在每一個輸入模塊上配置了32個輸入點數(shù)。

選擇SM322作為輸出模塊，其額定電壓、配置的輸入點數(shù)與輸入模塊相同，輸出電流為5毫安-0.5安，感性負載和阻性負載的最大輸出頻率分別為100赫茲和0.5赫茲。

選擇SM331作為模擬輸入模塊，其額定輸入電壓為DC24伏，每一個輸入模塊可輸入模擬量的個數(shù)為8個。

選擇SM322作為模擬量輸出模塊，輸出點數(shù)為4，SM322的工程選擇輸出信號在4-20毫安之間，負載阻抗在0.5千歐以下，通道轉(zhuǎn)換時間在0.8毫秒以下。

2.3分布式I/O。利用開放式、標準化的現(xiàn)場總線PROFIBUS-DP連接現(xiàn)場級控制從站部件，傳統(tǒng)的污水處理自動化控制系統(tǒng)主要通過電纜連接PLC的I/O模塊與執(zhí)行器和傳感器，這不僅增加了工作量，同時增加了安裝投資，且容易產(chǎn)生故障。本系統(tǒng)采用分布式I/O，遵循就近原則，將I/O模塊在傳感器與執(zhí)行機構(gòu)附近放置，這就實現(xiàn)了I/O模塊向執(zhí)行器和監(jiān)測器的轉(zhuǎn)化，能夠就地進行過程信號的轉(zhuǎn)換和處理，從而提升了系統(tǒng)控制工作效率，克服了傳統(tǒng)連接方式的缺點。

將ET200系列作為分布式I/O站點，其中ET200B這一遠程從站自帶I/O點，即使遠程站點I/O點數(shù)不多也可以使用。利用接口模塊將ET200M通過機架組態(tài)標準I/O模塊，由于控制點數(shù)相對較多，因此選擇IM153-1作為其接口模塊。

2.4上位機配置。在污水處理自動化控制系統(tǒng)中，上位機的主要功能是管理，主要分為客戶機和服務(wù)器，客戶機和服務(wù)器對可靠性有著不同的要求。對于中小型自動化控制系統(tǒng)來說，一臺計算機可以完成所有功能，因此上位機沒有客戶機和服務(wù)器之分。為了實現(xiàn)人機交互，需要在上位機上安裝組態(tài)軟件。本系統(tǒng)為污水處理自動化控制系統(tǒng)，屬于工業(yè)控制，因此選擇工控機作為上位機，在苛刻的外界環(huán)境下，工控機也能夠穩(wěn)定運行，且有著擴充性好、電壓范圍寬、兼容PC軟件以及I/O設(shè)備配套齊全等特點，本系統(tǒng)主要選擇性價比較高的巖華工控機IPC.610，能夠滿足系統(tǒng)要求，采用力控6.1組態(tài)軟件來進行監(jiān)控畫面的設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)與各個廠家生產(chǎn)PLC之間的通信。

2.5通訊網(wǎng)絡(luò)配置?，F(xiàn)場總線取得了眾多用戶認可，其開放性良好，能夠連接不同廠家生產(chǎn)的部件，被列為我國工業(yè)現(xiàn)場總線國家標準。本系統(tǒng)上位機為計算機，下位機為PLC，采用Process Field bus現(xiàn)場總線來進行計算機、PLC及I/O模塊之間的通訊。

在本污水處理自動化控制系統(tǒng)中，將中控室計算機和現(xiàn)場分空站PLC作為主站，以O(shè)LM拓展PROFIBUS電氣接口為基礎(chǔ)組成冗余光纖環(huán)網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)，有效提升了通訊效率和抗電磁干擾能力。

3　監(jiān)控程序

將兩臺計算機設(shè)置在中央管理中心，兩臺計算機分別作為工程師站和操作站，二者互為備用，以力控組態(tài)軟件為基礎(chǔ)開發(fā)污水處理監(jiān)控界面，集中監(jiān)控整個污水處理廠工藝設(shè)備運行參數(shù)和狀態(tài)，實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的遠程控制。以集成1000M網(wǎng)卡為基礎(chǔ)，通過工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)監(jiān)控計算機與PLC系統(tǒng)之間的通信。監(jiān)控程序主要功能包括工藝流程監(jiān)控、數(shù)據(jù)記錄與存儲、多級口令登陸、打印、報警與報警記錄以及設(shè)備操作等。

4　結(jié)論

綜上所述，本文以某市污水處理廠為例，提出了一種污水處理自動化控制系統(tǒng)，主要探討了系統(tǒng)組成、設(shè)計、配置以及監(jiān)控程序，旨在進一步推進自動化控制系統(tǒng)在污水處理廠中的應(yīng)用和發(fā)展。

［1］金東輝.一種污水處理廠自動化控制系統(tǒng)的實現(xiàn)［J］.工業(yè)控制計算機，2012，08：54-55.

［2］何志平.城市污水處理廠污水提升泵站自動化控制系統(tǒng)［J］.企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2013，05：107-109.

［3］陳海涵，蔡鵬，獨學琴.污水處理廠自動化系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)［J］.電工技術(shù)，2009，04：11-12.

霍建（1987.10.5），性別：女，籍貫：吉林省長春市，學歷：本科，畢業(yè)于長春大學，現(xiàn)有職稱：助理工程師，研究方向：電子信息及自動化控制。

Study on Realization of automatic control system of sewage treatment plant

Huo Jian
（Changchun city open water Co.， Ltd.，Changchun Jilin，130000）

This paper to a city sewage treatment plant as an example，discusses a kind of automatic control system of the application and realization，mainly studies the system composition，configuration and monitoring interface design to factory automation control system application and design practice to provide a reference for sewage treatment.

sewage treatment plant；automatic control system； design