梁燦林

（廣州東芝白云自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司 廣東廣州 510460）

PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在污水處理中的應(yīng)用

梁燦林

（廣州東芝白云自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司 廣東廣州 510460）

隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，PLC技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛。PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控在污水處理中發(fā)揮重要的作用。本文就污水處理系統(tǒng)的工藝流程，PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及功能進(jìn)行了簡要的分析，以瀝青廠中的污水處理問題為例，設(shè)計(jì)了一種基于PLC的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，以期在以后的大規(guī)模污水處理中，能夠應(yīng)用該技術(shù)。

PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控；污水處理；應(yīng)用

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，環(huán)境污染也日益嚴(yán)重。排放到水中的污染物種類越來越多，且不經(jīng)降解處理隨意排放，造成了巨大的水環(huán)境污染問題。如果能夠?qū)ξ廴疚镔|(zhì)進(jìn)行有效收集并降解，則會(huì)大大地改善水環(huán)境系統(tǒng)，取得良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。城市污水的回收利用是節(jié)約用水的一項(xiàng)重大舉措，如果能夠變廢為寶，重復(fù)利用水資源，是非常有價(jià)值的研究內(nèi)容，也是國家十分重視的工作。對(duì)污水的最終處理結(jié)果是水資源的重復(fù)利用。生活污水不同于工業(yè)污水，工業(yè)污水的特征是水污染嚴(yán)重，水質(zhì)水量系數(shù)變化大，污染物種類復(fù)雜多變且難于降解。因此，如何降解水中的污染物質(zhì)是重中之重。而生活污水的來源簡單，處理難度小，污水的可再生性大，從污水的處理技術(shù)以及污水的處理成本考慮，是相當(dāng)可行的，并且具有較大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。新興的PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)污水的自動(dòng)監(jiān)控，并且能夠很大程度的提高污水處理能力。

2 污水處理工藝流程

本文中的污水處理選用SBR法，即序批式活性污泥法，它的原理是通過微生物作用來處理瀝青廢水。它是一種連續(xù)進(jìn)水但是間歇曝氣和排水的處理工藝。

污水處理的方法有很多，其主要目的就是將污水中所含的污染物質(zhì)進(jìn)行分離、去除，或是將其轉(zhuǎn)化成無污染的物質(zhì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)污水進(jìn)行無害化處理的目的。對(duì)污水的處理技術(shù)主要分成物理法去除污染物，化學(xué)法去除污染物以及生物法去除污染物。城市污水中的污染物組成成分復(fù)雜，單一的方法可能解決不了問題，需要結(jié)合多種方法進(jìn)行處理，才能將不同性質(zhì)的污染物和污泥進(jìn)行無害化處理，達(dá)到國家排放的標(biāo)準(zhǔn)。

典型的污水處理機(jī)理圖如圖1所示。

圖1 典型的城市污水處理流程圖

由圖1可以看出，該城市的污水處理設(shè)備主要由格柵，沉砂池，初沉池，二沉池，曝氣池，消毒間等構(gòu)成。這種處理技術(shù)是結(jié)合了物理法，化學(xué)法以及生物法。物理法是作為一級(jí)處理模式，利用格柵的攔截作用，將懸浮物等大分子物質(zhì)截留下來，再利用沉砂池和初沉池進(jìn)行預(yù)處理。生物法作為二級(jí)處理模式，通常采用活性污泥法，利用污水中的微生物，將水中的有機(jī)物進(jìn)行吸收，然后將其分解成小分子的無機(jī)物，減少污水中的有機(jī)物質(zhì)?；瘜W(xué)法作為污水處理中的三級(jí)處理模式，一方面對(duì)經(jīng)過二沉池的污水進(jìn)行氯消毒，一方面將污泥進(jìn)行濃縮，脫水，干燥，使之能夠被下一回合污水處理利用。

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)采用的是分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其設(shè)備構(gòu)成主要有上位機(jī)、下位機(jī)和現(xiàn)場儀表設(shè)備。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和監(jiān)測，并且自動(dòng)控制開啟。監(jiān)控中心的控機(jī)室主要有兩臺(tái)上位機(jī)和一臺(tái)打印機(jī)。下位機(jī)設(shè)置3個(gè)PLC控制站，即1號(hào)PLC站、2號(hào)PLC站和3號(hào)PLC站。

3 PLC監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

3.1 硬件組成

自控系統(tǒng)分為上位監(jiān)視和下位控制，監(jiān)視級(jí)是由兩臺(tái)控機(jī)和一臺(tái)打印機(jī)組成的，其作用是實(shí)現(xiàn)對(duì)污水處理現(xiàn)場的實(shí)時(shí)監(jiān)測，并可以隨時(shí)將監(jiān)測數(shù)據(jù)打印出來，以便管理?？刂萍?jí)是由西門子S-400PLC組成的，PLC放置于進(jìn)水的泵房，鼓風(fēng)機(jī)房以及污泥泵房。在控機(jī)與PLC之間是通過以太網(wǎng)進(jìn)行通信的。

3.2 軟件構(gòu)成

S-400所采用的編程是Wondware軟件，能夠?qū)-400系統(tǒng)進(jìn)行常規(guī)的配置，編輯，在線命令等，是一套強(qiáng)有力的工程系統(tǒng)，它能夠?qū)ΡO(jiān)測環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測的目的，因此在對(duì)污水的監(jiān)測和控制方面得到了廣泛的應(yīng)用。

4 監(jiān)控中心的設(shè)計(jì)

監(jiān)控中心的主監(jiān)控系統(tǒng)界面能夠顯示污水處理工藝的流程圖，各儀器的數(shù)據(jù)，水流量總和，參數(shù)設(shè)置，設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，以及各設(shè)備的運(yùn)行功能等。污水處理工藝中所使用的設(shè)備均可以設(shè)成兩種狀態(tài)：自動(dòng)或手動(dòng)。通常都是根據(jù)實(shí)際情況而定。對(duì)污水處理池中的曝氣時(shí)間，曝氣功率，攪拌時(shí)間，閑置時(shí)間等都設(shè)成自動(dòng)狀態(tài)。并讓其重復(fù)運(yùn)行。此外，監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控歷史數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢，對(duì)以往的操作記錄進(jìn)行查詢，還能夠查詢運(yùn)行報(bào)表。在控機(jī)室實(shí)時(shí)打印所需數(shù)據(jù)。

該系統(tǒng)主要特點(diǎn)為：

（1）各個(gè)水泵，提升泵可以根據(jù)水位的高低自動(dòng)開啟或停止，根據(jù)運(yùn)行時(shí)間，先開啟運(yùn)行時(shí)間較短的水泵，避免因長時(shí)間工作導(dǎo)致水泵磨損過大，耗材耗能。

（2）在實(shí)際的監(jiān)測中，可以對(duì)曝氣時(shí)間、曝氣間隔時(shí)間、攪拌時(shí)間、攪拌間隔時(shí)間、重復(fù)利用次數(shù)等參數(shù)進(jìn)行合理的設(shè)置，通過對(duì)運(yùn)行過程實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以對(duì)一些參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，便于控制污水處理工程。這樣既節(jié)省了時(shí)間，又能實(shí)現(xiàn)無人看守的目的，節(jié)省了人力物力等經(jīng)費(fèi)。

5 通訊網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)

通訊網(wǎng)絡(luò)是上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)連接在一起的，它的穩(wěn)定性關(guān)乎著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，因此，通信網(wǎng)絡(luò)在整個(gè)系統(tǒng)中至關(guān)重要。本文設(shè)計(jì)的通訊網(wǎng)絡(luò)是以Ethernet/IP協(xié)議為基礎(chǔ)的設(shè)備，在中控室建立一個(gè)以太網(wǎng)交換機(jī)，來確保通信網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。與此同時(shí)，采用光纖為傳輸介質(zhì)，將PLC系統(tǒng)分布為各個(gè)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)區(qū)域的監(jiān)控。系統(tǒng)還預(yù)留了GPRS無線通訊模塊，這樣就大大方便了將監(jiān)測到的運(yùn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)江h(huán)保部門的監(jiān)測中心。

6 軟件的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在工程設(shè)計(jì)當(dāng)中設(shè)計(jì)軟件質(zhì)量的好壞直接影響著系統(tǒng)的質(zhì)量控制，同時(shí)也會(huì)影響到操作人員以及設(shè)備的安全，所以開發(fā)出一套實(shí)際有效的軟件是一件十分必要的事情。根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際情況，軟件開發(fā)設(shè)計(jì)可以分為上位機(jī)和下位機(jī)軟件兩種設(shè)計(jì)。

6.1 上位機(jī)軟件的開發(fā)

上位機(jī)監(jiān)控軟件也成為人機(jī)界面開發(fā)，其充分利用了Windows圖形功能進(jìn)行設(shè)計(jì)與完善，界面的一致性非常好而且易學(xué)易用，并且在設(shè)計(jì)的過程中采用了多線程以及COM組件等新型的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了軟件在運(yùn)行過程中穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)?，F(xiàn)在的設(shè)計(jì)使采用的PC機(jī)比以往專用機(jī)開發(fā)的系統(tǒng)更有通用性的特點(diǎn)，使工程控制中軟件開發(fā)者的重復(fù)性工作大大降低，而且此軟件還可以運(yùn)用PC機(jī)上的軟件資源進(jìn)行二次性開發(fā)。

根據(jù)系統(tǒng)的具體要求，本設(shè)計(jì)主要包含了以下幾個(gè)主要的界面：

（1）彈出式主菜單：本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)工藝流程的示意圖、實(shí)時(shí)趨勢圖、歷史趨勢圖、報(bào)警設(shè)定和記錄以及參數(shù)表和幫助等功能選項(xiàng)。用鼠標(biāo)點(diǎn)擊不同的選項(xiàng)按鈕可以選擇響應(yīng)的畫面圖。在畫面之間可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行隨意的切換，并且這些界面都可以進(jìn)行屏幕的拷貝以及打印和輸出等功能。

（2）工藝流程圖的設(shè)計(jì)畫面：該項(xiàng)設(shè)計(jì)可以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的顯示各個(gè)反應(yīng)池的流程狀態(tài)。

（3）趨勢畫面：實(shí)時(shí)的趨勢畫面可以將參數(shù)的變化曲線進(jìn)行實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)顯示，而且這些動(dòng)態(tài)趨勢畫面可以將參數(shù)保留一個(gè)月，并且可以隨時(shí)打印輸出。

（4）報(bào)警的畫面：在出現(xiàn)故障的同時(shí)彈出報(bào)警框并進(jìn)行語音報(bào)警，提示故障出現(xiàn)的位置，做出詳細(xì)的歷史記錄。

（5）參數(shù)表的畫面：它的設(shè)計(jì)用以總覽所有參數(shù)值的累計(jì)值。

（6）幫助畫面：這個(gè)軟件的設(shè)計(jì)就是用圖文并茂的形式為用戶提供一定的幫助，解決用戶在使用的過程中出現(xiàn)的問題。

6.2 下位機(jī)控制程序的開發(fā)與利用

在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中現(xiàn)場控制軟件采用的是特定的編程程序-STEP7，它是對(duì)SIMATIC進(jìn)行編程和控制的標(biāo)準(zhǔn)軟件包，它能提供3種編程語言而且還可以提供一系列的應(yīng)用程序。它不但可以在不同層次上對(duì)程序結(jié)構(gòu)進(jìn)行支持，而且還可以簡化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。在該程序中采用的邏輯判斷軟件不僅可以對(duì)水位計(jì)的故障進(jìn)行判斷，而且還可以通過聲光報(bào)警的方式對(duì)各種類型的故障進(jìn)行報(bào)警。

7 PLC控制系統(tǒng)下位機(jī)設(shè)計(jì)（如圖2）

圖2 PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

7.1 1#PLC控制站的設(shè)計(jì)研究

進(jìn)行污水處理的第一步就是進(jìn)行PLC控制站的設(shè)計(jì)。PLC連接的超聲波液位計(jì)以及孔板流量計(jì)是模擬量的輸入信號(hào)，數(shù)字量的輸入信號(hào)則是粗細(xì)格柵機(jī)以及潛水泵的運(yùn)行狀態(tài)。其中污水的液位由超聲波液位計(jì)進(jìn)行檢測，如果液位達(dá)到一定的極限值以后液位計(jì)就會(huì)自動(dòng)的啟動(dòng)潛水泵，并將這些污水直接輸送到下一個(gè)處理工藝；當(dāng)液位下降到低的極限值以后污水泵就會(huì)停止工作，這樣就能有效的防止干燒的現(xiàn)象發(fā)生。液位的高低極限值不是固定不變，它可以在上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)的在線修改。在此設(shè)計(jì)過程中各個(gè)電氣設(shè)備均設(shè)有手動(dòng)和自動(dòng)兩種運(yùn)行模式，可以根據(jù)實(shí)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)際的選擇。

7.2 2#PLC控制站設(shè)計(jì)

2#PLC控制站在整個(gè)污水處理過程中占有最重要的地位，在上位機(jī)上可以設(shè)置設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間，循環(huán)使用的次數(shù)等參數(shù)。

7.3 3#PLC控制站設(shè)計(jì)

3#PLC控制站處于污水處理過程工藝的最后段。它主要是控制消毒機(jī)器，排泥設(shè)備等。實(shí)時(shí)監(jiān)測污水消毒后的剩余氯的濃度，只有當(dāng)滿足排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，才可以排放。

8 結(jié)語

采用PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，在實(shí)際的污水處理中有很大的作用，不僅能夠?qū)ξ鬯M(jìn)行自動(dòng)控制，還能夠遠(yuǎn)程監(jiān)控污水設(shè)備的運(yùn)行情況。因此在實(shí)際污水處理中，具有遠(yuǎn)大的應(yīng)用前景。

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1004-7344（2016）18-0292-02

2016-6-10