巫山縣城坐落在長江北岸巫峽西口、大寧河與長江匯合處，其污水排放水體為長江，故建立完善的污水處理系統(tǒng)，是維護長江水系水質(zhì)清澈的重要保障。污水處理廠各處理設備分布分散，每個工藝區(qū)段相對獨立；I/O點中以離散量為主，模擬量為輔；這些特點，使其更適宜以PLC為主要控制器的分散式控制方案。本文介紹的就是這樣一套以PLC為主組成的順控系統(tǒng)。
一控制系統(tǒng)的設計
經(jīng)多方論證，決定采用Orbal（奧貝爾）氧化溝并輔助化學除磷裝置的污水處理工藝。該廠污水處理過程主要分為機械處理、生化處理、污泥處理3個階段，其工藝流程如圖1。該污水處理過程是按一定流程和順序循環(huán)進行的，有其固有的順序性和周期性。
控制系統(tǒng)設計目的是對污水處理過程進行順序控制，及在故障情況下的緊急停車等一系列處理過程進行全自動PLC控制。
1. 機械處理段的自動控制系統(tǒng)
（1）每臺格柵前后安裝一臺液位計，PLC根據(jù)液位計檢測到的水位差值和時間設定，自動控制格柵除污機的運行；當水位差值超過設定值或時間設定值時，自動控制格柵和螺旋輸送機按照預先編制的程序運行。
（2）設在前池的液位計將檢測到的水位信號送到控制運算器，PLC根據(jù)檢測值與設定值的差值來自動控制污水提升泵運行。當水位升高到預定水位值時，自動控制水泵按照預先編制的程序依次逐臺啟動；當水位減低到預定水位值，則按預先編制的程序依次逐臺關閉。同時累積水泵運行時間，自動輪換水泵，保證水泵累計運行時間均等，并處于*運行狀態(tài)。當水位降到設定下限水位時，干運轉(zhuǎn)保護起動，自動控制水泵全部停止運行，以保證水泵安全。
（3）鐘式沉砂池由一套變速及調(diào)整系統(tǒng)機構(gòu)控制箱就地控制，其轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速和高度均可根據(jù)除砂效率和有機物分離效率，哪個要求更高來進行調(diào)整。另外，進出水口及池中水位可視需要去除砂粒的粒徑而定。沉砂池系統(tǒng)各設備的運行狀態(tài)及故障信號送至中控室顯示監(jiān)控。
（4）沉砂池后設置了巴式計量槽，每個計量槽安裝超聲流量計一臺、溫度計和pH計一臺，將信息輸入計算機，對全廠污水進行連續(xù)監(jiān)測。
2. 生化處理段的自動控制系統(tǒng)
Orbal氧化溝的運行控制：在外溝、中溝、內(nèi)溝各設置1臺溶解氧測量儀，將檢測到的溶氧儀測量值送至現(xiàn)場PLC控制子站，PLC根據(jù)氧化溝中的溶解氧含量，按照預先已編制好的程序（為保證氧化溝內(nèi)流速均勻所預先編制的動作順序），自動控制轉(zhuǎn)碟的運轉(zhuǎn)臺數(shù)和運行時間，以滿足外、中、內(nèi)溝的溶氧值穩(wěn)定在生化反應的設定值。在外溝，因所需溶氧值較低，溶氧儀將不能工作在其測量范圍的度量程內(nèi)，檢測值誤差較大，為此在外溝另設有一臺氧化—還原電位計，用來校正被監(jiān)控參數(shù)的測量。同時，還可調(diào)節(jié)氧化溝的出水堰板，以改變轉(zhuǎn)碟浸沒水深來增減空氣曝氣量，既保證了氧化溝生物處理過程的穩(wěn)定又節(jié)約了能源。
根據(jù)以往Orbal氧化溝的運行情況，在編制氧化溝運行控制程序時，還需注意3點：考慮水中溶解氧的變化速率，避免控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定，需設置溶解氧的控制死區(qū)；為避免轉(zhuǎn)碟的控制不穩(wěn)定，在程序中設置轉(zhuǎn)碟的時間死區(qū)，在此時間內(nèi)轉(zhuǎn)碟不可啟停；為平衡轉(zhuǎn)碟工作時間，應開轉(zhuǎn)碟和應停轉(zhuǎn)碟要符合先開先停、先停先開的原則，目的是減少轉(zhuǎn)碟電機的損耗，達到節(jié)能要求。
另外，在中溝還設置了混合液濃度檢測儀，在外溝設置了超聲液位計，以加強對氧化溝生物反應情況的監(jiān)控。
3. 污泥沉淀濃縮處理段的自動控制系統(tǒng)
（1）污泥濃縮加藥系統(tǒng)——我們根據(jù)容積比設置了一套自動控制配藥系統(tǒng)（見圖2）。加藥系統(tǒng)按照預先編制的程序運行，定時加藥、配水及攪拌。首*行藥液的配置控制，由PLC根據(jù)所確定的容積比去自動控制除磷藥劑原液與稀釋水的投加量，配制成所需濃度的除磷藥劑；在配藥罐上還設有超聲波液位計，液位信號送至PLC，當藥液量和水量比例滿足配比要求，配藥過程結(jié)束后，PLC自動控制打開配藥罐出口的電動球閥，進入加藥階段。除磷藥劑的投加量由PLC控制計量泵完成。
（2）脫水機房設帶式脫水機及全部附屬裝置。負責脫水、加藥、進泥、出泥、反沖洗等設備的聯(lián)鎖控制，整套脫水系統(tǒng)按照預先編制的程序運行，PLC負責對各設備的運行情況進行監(jiān)控及聯(lián)鎖保護。
二控制系統(tǒng)的實現(xiàn)
1. 系統(tǒng)硬件構(gòu)成
PLC控制系統(tǒng)由工藝過程監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、PLC及檢測儀表組成。采用分布式計算機分散控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對全廠工藝流程的分散控制、集中管理。控制系統(tǒng)采用過程監(jiān)控級（即*監(jiān)控站-主站）和現(xiàn)場控制級（即兩個智能子站—PLC站）的兩層結(jié)構(gòu)，劃分*控制室、*分控室、第二分控室三個區(qū)域。
過程監(jiān)控級設在*控制室（主站）內(nèi)，由兩臺工控機、兩臺打印機和通信卡等組成工程師站、操作員站及數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。操作員站是操作員用以完成對整個污水處理廠進行實時監(jiān)控功能的崗位，負責對全廠工況進行監(jiān)控和管理調(diào)度，可對每個智能子站中的設備進行操作，但在同一時間內(nèi)只允許一個站操作同一個設備；工程師站可實現(xiàn)在線控制系統(tǒng)的編程及各種參數(shù)設定與修改等任務；數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)則用來提供或接受工業(yè)過程的實時信息及與上級管理站的通信等任務。
現(xiàn)場控制級為兩個智能子站，分別設置在兩個分控室內(nèi)，由PLC控制器、I/O處理單元及現(xiàn)場檢測儀表組成，用以完成數(shù)據(jù)采集、處理等功能，負責對污水處理廠各個反應處理階段進行就地分散控制，分站的操作權(quán)限由主站來分配。兩個智能子站和主站通過現(xiàn)場通信總線相連（PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置如圖3）。
PLC選用施耐德Premium可編程序控制器，它具有集成的批處理功能和高速數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，以滿足聯(lián)鎖控制快速響應的要求。
2. 系統(tǒng)軟件
Premium PLC控制系統(tǒng)軟件為兩部分。
（1）監(jiān)控級應用軟件。
監(jiān)控級應用軟件為Monitor Pro監(jiān)控軟件，具有實時數(shù)據(jù)庫、趨勢和實時圖表、模擬畫面、報警管理、數(shù)據(jù)庫巡航等功能，監(jiān)控軟件采用全漢化界面，設計有工藝流程圖、各工藝單元流程圖、趨勢圖、報表、報警、各種電量參數(shù)圖、各種設備的操作和參數(shù)設定畫面。操作員通過菜單命令或鼠標點擊，可瀏覽所有工藝過程畫面，顯示當前狀態(tài)并按順序記錄、輸出；能完成各類數(shù)據(jù)的記錄、存盤、報警，處理打印各種生產(chǎn)報表、曲線圖和站圖表（顯示出泵/閥的狀態(tài)，提供zui重要的檢測值和報警），以及對各階段的反應時間和設定值的調(diào)整等。同時，全廠所有可操作設備均可由操作員在工作站上通過鼠標和權(quán)限進行遙控操作，完成生產(chǎn)指揮調(diào)度過程。
由于污水處理廠自控系統(tǒng)需經(jīng)過長期運行，獲得經(jīng)驗數(shù)據(jù)，然后重新調(diào)整控制系統(tǒng)，所以各種可能需要調(diào)整的參數(shù)均可在上位機進行設定，如回流污泥泵、剩余污泥泵的工作時間，溶解氧的控制死區(qū)，轉(zhuǎn)碟工作的時間死區(qū)等。這樣，操作人員可隨時根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)整控制參數(shù)，優(yōu)化工藝運行效果。
（2）編程工具軟件。
PLC編程工具為PL7 Pro，該軟件可在Windows系列操作系統(tǒng)上運行，多種編程語言可供使用。可對I/O設備進行組態(tài)和參數(shù)化，能對任何連接到控制總線的節(jié)點進行測試和啟動，可在線修改系統(tǒng)中任一點的用戶程序。并包括*的系統(tǒng)診斷能力、過程診斷工具和遠程維護等。
三控制系統(tǒng)的功能和工作狀態(tài)
為確保在PLC系統(tǒng)意外情況下污水處理的順利進行，我們配備了自控、手控兩套裝置，各工藝參數(shù)的顯示信號分別經(jīng)計算機和就地常規(guī)儀表顯示，這樣當計算機由于某種原因產(chǎn)生故障或設備檢修維護時，可以手動操作。
1. 手動狀態(tài)
在初試階段，系統(tǒng)尚未穩(wěn)定前，可使用手動操作，用鼠標直接遙控現(xiàn)場工藝操作。
2. 自動狀態(tài)
當工藝處理過程轉(zhuǎn)為穩(wěn)定運行，工藝參數(shù)達到工藝要求時，將系統(tǒng)由手動切換為自動狀態(tài)。整個系統(tǒng)*由PLC自動控制。無論由A/M、M/A，偏差是否為零，切換過程都是無擾動的，調(diào)節(jié)輸出決不會發(fā)生突變。
3. 自診斷
過程診斷、實時時鐘，狀態(tài)和故障顯示報警。當設備發(fā)生故障時，上位機畫面對應設備有紅燈閃爍，直至故障消除。報警內(nèi)容加入報警數(shù)據(jù)庫，并在報警畫面顯示；報警信息可通過打印機打印；通過報警畫面可以查詢?nèi)繗v史故障情況。
四結(jié)束語
該污水處理廠所設計的控制系統(tǒng)具有以下特點：
（1）Orbal氧化溝污水處理工藝流程簡單，構(gòu)筑物及機械設備少。Premium PLC控制系統(tǒng)可靠性高，運行管理方便，為設備安全穩(wěn)定地運行提供了更好保障。
（2）考慮到該廠還將實施二期工程，控制系統(tǒng)的設計在控制網(wǎng)絡和可擴展性方面具有較強能力，選用的PLC控制器為*模塊化，配置靈活，擴展方便，易于升級。Premium PLC系統(tǒng)還具有標準總線系統(tǒng)接口，用現(xiàn)場總線可實現(xiàn)PLC與上位機間的數(shù)據(jù)通信，上位機還可通過以太網(wǎng)與公司管理級及調(diào)度室實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)傳輸。
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