李釗

天津工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所有限公司 天津 300060

針對(duì)復(fù)雜的污水水質(zhì)，水處理技術(shù)集成及工藝優(yōu)化組合成為必然，水處理系統(tǒng)構(gòu)成趨于復(fù)雜，對(duì)其運(yùn)行自動(dòng)化提出了更高的要求。針對(duì)污水處理示范工程，結(jié)合某污水處理廠污水處理工藝改造的需求，筆者在自行設(shè)計(jì)并建立的污水處理組合工藝中試裝置系統(tǒng)中，探討并設(shè)計(jì)了自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)其運(yùn)行自動(dòng)控制。

1 系統(tǒng)工作原理

本方案設(shè)計(jì)根據(jù)不同工段排放廢水的性質(zhì)進(jìn)行分流處理，采用重金屬、酸堿廢水和磨片廢水各自單獨(dú)處理的總思路，重金屬和酸堿廢水水量為40t/h，處理采用PID控制，如調(diào)節(jié)pH時(shí)堿的投加采用加堿泵與PLC自控系統(tǒng)，將廢水pH值穩(wěn)定控制在設(shè)定范圍內(nèi)，減少人為操作失誤造成的影響。磨片廢水水量為20t/h，含有超標(biāo)的硝硅，當(dāng)向該廢水中加入一定量的PAC、PAM后即產(chǎn)生沉淀得以去除，使處理出水澄清?，F(xiàn)場(chǎng)PLC控制站進(jìn)行工藝參數(shù)檢測(cè)、設(shè)備運(yùn)行信號(hào)的采集、監(jiān)測(cè)和控制，并通過高速數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)Profibus向中央控制室進(jìn)行實(shí)時(shí)傳遞。中央控制室可調(diào)用現(xiàn)場(chǎng)PLC站的全部運(yùn)行信息，并且控制現(xiàn)場(chǎng)主要設(shè)備的啟停。流程控制說明：兩種廢水提升均設(shè)置浮球液位控制。兩種廢水沉淀池排泥采用定時(shí)自動(dòng)控制，當(dāng)廢水提升泵實(shí)際運(yùn)行時(shí)間到達(dá)定時(shí)值，兩組電磁閥動(dòng)作，開啟—關(guān)閉時(shí)間為40s。磨片廢水砂濾池反沖洗采用定時(shí)自動(dòng)控制，通過電磁閥控制相應(yīng)氣動(dòng)碟閥的啟閉；反沖洗進(jìn)行時(shí)，碟閥動(dòng)作后，30s后反沖洗泵開啟，3min后停泵。酸堿廢水砂濾池反沖洗控制部分、吸附池反沖洗控制部分與磨片廢水反沖洗原理相同。砂濾池和吸附池共用一臺(tái)反沖洗泵，可以在程序邏輯上保證先砂濾池反沖洗，再吸附池反沖洗，從而節(jié)約一臺(tái)泵的費(fèi)用。酸堿廢水pH調(diào)節(jié)I、Ⅱ：pH控制通過pH顯示控制儀反饋信號(hào)給PLC，通過PLC常規(guī)PID軟件模塊處理，將信號(hào)傳給變頻器驅(qū)動(dòng)計(jì)量泵轉(zhuǎn)速，使之控制計(jì)量泵投藥量，從而調(diào)節(jié)pH值?？偱趴谠O(shè)pH顯示監(jiān)控儀，當(dāng)超出設(shè)定范圍時(shí)，超越閥開啟，廢水回流至調(diào)節(jié)池重新進(jìn)行處理[1]。

2 水處理監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

2.1 人機(jī)界面

組態(tài)軟件的界面應(yīng)該遵循簡(jiǎn)潔、形象、易操作的原則，界面設(shè)計(jì)分為兩個(gè)部分：工藝流程界面設(shè)計(jì)和系統(tǒng)參數(shù)界面設(shè)計(jì)。工藝流程界面設(shè)計(jì)主要完成監(jiān)控界面的繪制和界面動(dòng)畫的制作。監(jiān)控界面應(yīng)該跟工程實(shí)際相符合，設(shè)備、管道、池體的連接要正確且形象，動(dòng)畫設(shè)計(jì)也要與實(shí)際情況相符。拿曝氣池中氣泡的動(dòng)畫制作為例，曝氣是通過鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行的，其控制過程是：先接通變頻器的電源，再接通鼓風(fēng)機(jī)的電源，當(dāng)變頻器的頻率大于零時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)就會(huì)動(dòng)作，所以應(yīng)該用頻率值來控制氣泡動(dòng)畫。氣泡動(dòng)的同時(shí)，風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)效果和管道內(nèi)氣體的流動(dòng)效果也同時(shí)動(dòng)作。系統(tǒng)參數(shù)界面設(shè)計(jì)包括流量計(jì)、閥門開度值等數(shù)據(jù)的直觀顯示和參考值的設(shè)定。WebAccess提供了一種文本顯示動(dòng)畫來顯示數(shù)值，利用文本動(dòng)畫，把各模擬量轉(zhuǎn)換過來的值在對(duì)應(yīng)的位置顯示，在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中可以看到它們各自對(duì)應(yīng)的狀態(tài)或?qū)嶋H值的大小[2]。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

（1）PLC程序系統(tǒng)采用梯形圖編程，PLC主要完成下述4項(xiàng)功能：過程信號(hào)采集、過程信號(hào)輸出、過程自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。①過程信號(hào)采集和輸出程序（FC1-FC9）過程信號(hào)采集包括：設(shè)備運(yùn)行的工況信號(hào)及工藝參數(shù)信號(hào)，例如設(shè)備的控制狀態(tài)，運(yùn)行狀態(tài)，故障狀態(tài)等，液位、壓力、流量、濁度、溫度等模擬量。過程信號(hào)的輸出功能包括：模擬控制變量的設(shè)定、報(bào)警信號(hào)設(shè)定、開關(guān)信號(hào)指令，例如實(shí)際啟動(dòng)和停止設(shè)備。②過程自動(dòng)控制程序（FC10-FC11）包括需要的閉環(huán)控制，順序控制的程序，例如加藥控制的PID閉環(huán)控制程序FC10，及泵與閥門聯(lián)動(dòng)運(yùn)行的順序控制程序FC11。3）數(shù)據(jù)傳輸程序（FC12）數(shù)據(jù)傳輸程序主要是將采集到的數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控系統(tǒng)以及中心調(diào)度室，利用以太網(wǎng)通訊模塊和DB10數(shù)據(jù)塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。

（2）過程監(jiān)控HMI系統(tǒng)的組態(tài)本過程監(jiān)控HMI采用工控機(jī)，配備CRT、鼠標(biāo)和鍵盤組成中央控制室的人機(jī)交互界面。操作系統(tǒng)為Windows2000系統(tǒng)，采用西門子的Wincc6.0組態(tài)軟件進(jìn)行組態(tài)。系統(tǒng)軟件為實(shí)時(shí)操作軟件，提供密碼功能，具有不同的權(quán)限功能。其主要功能有：過程數(shù)據(jù)處理、報(bào)表生成、過程顯示和過程的指令界面[3]。如圖1.

圖1 WinCC組態(tài)主畫面

2.3 調(diào)試中故障處理

在工程中不可避免地遇到一些問題，結(jié)合以往做工程的經(jīng)驗(yàn)加以解決，現(xiàn)將工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下。

（1）采樣信號(hào)pH值時(shí)有時(shí)無(wú)。解決方法：將pH值負(fù)端共COM端，避免信號(hào)與COM的電壓差產(chǎn)生干擾。

（2）變頻器設(shè)為20Hz和60Hz的高低輸出限，無(wú)法進(jìn)行調(diào)節(jié)。解決方法：在PLC的FB41塊中的輸入條件中LMN_HIGH和LMN_LOW分別對(duì)應(yīng)100和0。

（3）檢測(cè)開關(guān)中狀態(tài)到一定時(shí)間啟動(dòng)泵。解決方法：設(shè)置一個(gè)定時(shí)器，不斷地?cái)嚅_和吸合，當(dāng)吸合時(shí)開關(guān)狀態(tài)為1時(shí)，計(jì)數(shù)器加1，再和比較器上的設(shè)定值比較，到了后繼電器吸合，控制泵運(yùn)行。

3 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)在該公司已經(jīng)投入運(yùn)行，運(yùn)行狀況正常。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明：系統(tǒng)中 PLC和 PC微機(jī)構(gòu)成的集散控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，效果良好。該系統(tǒng)完全滿足廢水處理中的環(huán)保要求，可推廣至其他控制系統(tǒng)。