巫山縣城坐落在長(zhǎng)江北岸巫峽西口、大寧河與長(zhǎng)江匯合處，其污水排放水體為長(zhǎng)江，故建立完善的污水處理系統(tǒng)，是維護(hù)長(zhǎng)江水系水質(zhì)清澈的重要保障。污水處理廠各處理設(shè)備分布分散，每個(gè)工藝區(qū)段相對(duì)獨(dú)立；I/O點(diǎn)中以離散量為主，模擬量為輔；這些特點(diǎn)，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(shè)計(jì)
經(jīng)多方論證，決定采用Orbal（奧貝爾）氧化溝并輔助化學(xué)除磷裝置的污水處理工藝。該廠污水處理過程主要分為機(jī)械處理、生化處理、污泥處理3個(gè)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(jìn)行的，有其固有的順序性和周期性。
控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的是對(duì)污水處理過程進(jìn)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(jìn)行全自動(dòng)PLC控制。
1. 機(jī)械處理段的自動(dòng)控制系統(tǒng)
（1）每臺(tái)格柵前后安裝一臺(tái)液位計(jì)，PLC根據(jù)液位計(jì)檢測(cè)到的水位差值和時(shí)間設(shè)定，自動(dòng)控制格柵除污機(jī)的運(yùn)行；當(dāng)水位差值超過設(shè)定值或時(shí)間設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)控制格柵和螺旋輸送機(jī)按照預(yù)先編制的程序運(yùn)行。
（2）設(shè)在前池的液位計(jì)將檢測(cè)到的水位信號(hào)送到控制運(yùn)算器，PLC根據(jù)檢測(cè)值與設(shè)定值的差值來自動(dòng)控制污水提升泵運(yùn)行。當(dāng)水位升高到預(yù)定水位值時(shí)，自動(dòng)控制水泵按照預(yù)先編制的程序依次逐臺(tái)啟動(dòng)；當(dāng)水位減低到預(yù)定水位值，則按預(yù)先編制的程序依次逐臺(tái)關(guān)閉。同時(shí)累積水泵運(yùn)行時(shí)間，自動(dòng)輪換水泵，保證水泵累計(jì)運(yùn)行時(shí)間均等，并處于*運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)水位降到設(shè)定下限水位時(shí)，干運(yùn)轉(zhuǎn)保護(hù)起動(dòng)，自動(dòng)控制水泵全部停止運(yùn)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(jī)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(jī)物分離效率，哪個(gè)要求更高來進(jìn)行調(diào)整。另外，進(jìn)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(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及故障信號(hào)送至中控室顯示監(jiān)控。
（4）沉砂池后設(shè)置了巴式計(jì)量槽，每個(gè)計(jì)量槽安裝超聲流量計(jì)一臺(tái)、溫度計(jì)和pH計(jì)一臺(tái)，將信息輸入計(jì)算機(jī)，對(duì)全廠污水進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。
2. 生化處理段的自動(dòng)控制系統(tǒng)
Orbal氧化溝的運(yùn)行控制：在外溝、中溝、內(nèi)溝各設(shè)置1臺(tái)溶解氧測(cè)量?jī)x，將檢測(cè)到的溶氧儀測(cè)量值送至現(xiàn)場(chǎng)PLC控制子站，PLC根據(jù)氧化溝中的溶解氧含量，按照預(yù)先已編制好的程序（為保證氧化溝內(nèi)流速均勻所預(yù)先編制的動(dòng)作順序），自動(dòng)控制轉(zhuǎn)碟的運(yùn)轉(zhuǎn)臺(tái)數(shù)和運(yùn)行時(shí)間，以滿足外、中、內(nèi)溝的溶氧值穩(wěn)定在生化反應(yīng)的設(shè)定值。在外溝，因所需溶氧值較低，溶氧儀將不能工作在其測(cè)量范圍的度量程內(nèi)，檢測(cè)值誤差較大，為此在外溝另設(shè)有一臺(tái)氧化—還原電位計(jì)，用來校正被監(jiān)控參數(shù)的測(cè)量。同時(shí)，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(yùn)行情況，在編制氧化溝運(yùn)行控制程序時(shí)，還需注意3點(diǎn)：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(shè)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(shè)置轉(zhuǎn)碟的時(shí)間死區(qū)，在此時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)碟不可啟停；為平衡轉(zhuǎn)碟工作時(shí)間，應(yīng)開轉(zhuǎn)碟和應(yīng)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(jī)的損耗，達(dá)到節(jié)能要求。
另外，在中溝還設(shè)置了混合液濃度檢測(cè)儀，在外溝設(shè)置了超聲液位計(jì)，以加強(qiáng)對(duì)氧化溝生物反應(yīng)情況的監(jiān)控。
3. 污泥沉淀濃縮處理段的自動(dòng)控制系統(tǒng)
（1）污泥濃縮加藥系統(tǒng)——我們根據(jù)容積比設(shè)置了一套自動(dòng)控制配藥系統(tǒng)（見圖2）。加藥系統(tǒng)按照預(yù)先編制的程序運(yùn)行，定時(shí)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(dòng)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(shè)有超聲波液位計(jì)，液位信號(hào)送至PLC，當(dāng)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(dòng)控制打開配藥罐出口的電動(dòng)球閥，進(jìn)入加藥階段。除磷藥劑的投加量由PLC控制計(jì)量泵完成。
（2）脫水機(jī)房設(shè)帶式脫水機(jī)及全部附屬裝置。負(fù)責(zé)脫水、加藥、進(jìn)泥、出泥、反沖洗等設(shè)備的聯(lián)鎖控制，整套脫水系統(tǒng)按照預(yù)先編制的程序運(yùn)行，PLC負(fù)責(zé)對(duì)各設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控及聯(lián)鎖保護(hù)。
二控制系統(tǒng)的實(shí)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(cè)儀表組成。采用分布式計(jì)算機(jī)分散控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)全廠工藝流程的分散控制、集中管理?？刂葡到y(tǒng)采用過程監(jiān)控級(jí)（即*監(jiān)控站-主站）和現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)（即兩個(gè)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(gè)區(qū)域。
過程監(jiān)控級(jí)設(shè)在*控制室（主站）內(nèi)，由兩臺(tái)工控機(jī)、兩臺(tái)打印機(jī)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(duì)整個(gè)污水處理廠進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控功能的崗位，負(fù)責(zé)對(duì)全廠工況進(jìn)行監(jiān)控和管理調(diào)度，可對(duì)每個(gè)智能子站中的設(shè)備進(jìn)行操作，但在同一時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)站操作同一個(gè)設(shè)備；工程師站可實(shí)現(xiàn)在線控制系統(tǒng)的編程及各種參數(shù)設(shè)定與修改等任務(wù)；數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)則用來提供或接受工業(yè)過程的實(shí)時(shí)信息及與上級(jí)管理站的通信等任務(wù)。
現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)為兩個(gè)智能子站，分別設(shè)置在兩個(gè)分控室內(nèi)，由PLC控制器、I/O處理單元及現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表組成，用以完成數(shù)據(jù)采集、處理等功能，負(fù)責(zé)對(duì)污水處理廠各個(gè)反應(yīng)處理階段進(jìn)行就地分散控制，分站的操作權(quán)限由主站來分配。兩個(gè)智能子站和主站通過現(xiàn)場(chǎng)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(yīng)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(jí)應(yīng)用軟件。
監(jiān)控級(jí)應(yīng)用軟件為Monitor Pro監(jiān)控軟件，具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、趨勢(shì)和實(shí)時(shí)圖表、模擬畫面、報(bào)警管理、數(shù)據(jù)庫(kù)巡航等功能，監(jiān)控軟件采用全漢化界面，設(shè)計(jì)有工藝流程圖、各工藝單元流程圖、趨勢(shì)圖、報(bào)表、報(bào)警、各種電量參數(shù)圖、各種設(shè)備的操作和參數(shù)設(shè)定畫面。操作員通過菜單命令或鼠標(biāo)點(diǎn)擊，可瀏覽所有工藝過程畫面，顯示當(dāng)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(bào)警，處理打印各種生產(chǎn)報(bào)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(cè)值和報(bào)警），以及對(duì)各階段的反應(yīng)時(shí)間和設(shè)定值的調(diào)整等。同時(shí)，全廠所有可操作設(shè)備均可由操作員在工作站上通過鼠標(biāo)和權(quán)限進(jìn)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(zhǎng)期運(yùn)行，獲得經(jīng)驗(yàn)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(jī)進(jìn)行設(shè)定，如回流污泥泵、剩余污泥泵的工作時(shí)間，溶解氧的控制死區(qū)，轉(zhuǎn)碟工作的時(shí)間死區(qū)等。這樣，操作人員可隨時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)整控制參數(shù)，優(yōu)化工藝運(yùn)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(yùn)行，多種編程語言可供使用?？蓪?duì)I/O設(shè)備進(jìn)行組態(tài)和參數(shù)化，能對(duì)任何連接到控制總線的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試和啟動(dòng)，可在線修改系統(tǒng)中任一點(diǎn)的用戶程序。并包括*的系統(tǒng)診斷能力、過程診斷工具和遠(yuǎn)程維護(hù)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(jìn)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(hào)分別經(jīng)計(jì)算機(jī)和就地常規(guī)儀表顯示，這樣當(dāng)計(jì)算機(jī)由于某種原因產(chǎn)生故障或設(shè)備檢修維護(hù)時(shí)，可以手動(dòng)操作。
1. 手動(dòng)狀態(tài)
在初試階段，系統(tǒng)尚未穩(wěn)定前，可使用手動(dòng)操作，用鼠標(biāo)直接遙控現(xiàn)場(chǎng)工藝操作。
2. 自動(dòng)狀態(tài)
當(dāng)工藝處理過程轉(zhuǎn)為穩(wěn)定運(yùn)行，工藝參數(shù)達(dá)到工藝要求時(shí)，將系統(tǒng)由手動(dòng)切換為自動(dòng)狀態(tài)。整個(gè)系統(tǒng)*由PLC自動(dòng)控制。無論由A/M、M/A，偏差是否為零，切換過程都是無擾動(dòng)的，調(diào)節(jié)輸出決不會(huì)發(fā)生突變。
3. 自診斷
過程診斷、實(shí)時(shí)時(shí)鐘，狀態(tài)和故障顯示報(bào)警。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，上位機(jī)畫面對(duì)應(yīng)設(shè)備有紅燈閃爍，直至故障消除。報(bào)警內(nèi)容加入報(bào)警數(shù)據(jù)庫(kù)，并在報(bào)警畫面顯示；報(bào)警信息可通過打印機(jī)打?。煌ㄟ^報(bào)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(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：
（1）Orbal氧化溝污水處理工藝流程簡(jiǎn)單，構(gòu)筑物及機(jī)械設(shè)備少。Premium PLC控制系統(tǒng)可靠性高，運(yùn)行管理方便，為設(shè)備安全穩(wěn)定地運(yùn)行提供了更好保障。
（2）考慮到該廠還將實(shí)施二期工程，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在控制網(wǎng)絡(luò)和可擴(kuò)展性方面具有較強(qiáng)能力，選用的PLC控制器為*模塊化，配置靈活，擴(kuò)展方便，易于升級(jí)。Premium PLC系統(tǒng)還具有標(biāo)準(zhǔn)總線系統(tǒng)接口，用現(xiàn)場(chǎng)總線可實(shí)現(xiàn)PLC與上位機(jī)間的數(shù)據(jù)通信，上位機(jī)還可通過以太網(wǎng)與公司管理級(jí)及調(diào)度室實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。
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