時(shí)間：2023-06-02 09:59:19
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇污水處理控制系統(tǒng)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：污水處理；自動；控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)
中圖分類號：U664.9+2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
環(huán)境污染問題關(guān)系到人們的生產(chǎn)生活，在污水處理過程中，隨著人們對污水處理要求的逐漸提高，傳統(tǒng)的污水處理控制方法難以達(dá)到控制要求，使得污水處理的現(xiàn)狀不容樂觀，還存在諸多亟待解決的問題。在新形勢下，污水處理自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，運(yùn)用現(xiàn)代化自動化控制處理污水滿足了污水處理的要求，在污水處理過程中發(fā)揮著重要的作用。如何進(jìn)行污水處理自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是當(dāng)前污水處理關(guān)注的焦點(diǎn)。因此，研究污水處理自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。鑒于此，筆者對污水處理自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了初步探討。
1 污水處理工藝流程。近年來，從污水處理的實(shí)際需求的環(huán)境出發(fā)，污水處理的工藝過程也日趨復(fù)雜，污水處理工藝流程按處理程度的不同，分為不同的處理階段。具體說來，污水處理一般可分為五個(gè)階段，即預(yù)處理、一級處理、二級處理、深度處理和污泥處理及處置。其中，預(yù)處理主要包括：粗格柵、細(xì)格柵、沉砂池；一級處理主要包括：初沉池；二級處理主要包括：生物濾池、曝氣池和二沉池；深度處理：常用的工藝有混凝沉淀和過濾。污泥處理主要包括濃縮、消化、脫水、堆肥或衛(wèi)生填埋。通過對需求進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)研，決定污水處理工藝流程應(yīng)包括粗格柵、沉砂池、細(xì)格柵、初沉池、生物濾池、提升泵房、曝氣池、二沉池等，結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：
圖1 污水處理工藝流程圖
2 污水處理自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求
污水處理自動控制系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)過程中，必須按照一定的要求來進(jìn)行設(shè)計(jì)，其具體內(nèi)容如下：（1）所有的電氣和機(jī)械設(shè)備能夠自動或手動操作，控制系統(tǒng)需包括報(bào)警、聯(lián)鎖和控制回路。并且上述設(shè)備傳送的信息應(yīng)能夠在控制面板和過程控制計(jì)算機(jī)顯示器上顯示。（2）所有的設(shè)定值（液位、流量、溫度、PH值、溶解氧量）和計(jì)時(shí)器可以在控制系統(tǒng)中通過操作面板或鍵盤更改。（3）通常，過程聯(lián)鎖的設(shè)定值不能被未授權(quán)的人員通過操作面板修改，只有在輸入正確的密碼之后，才能進(jìn)行操作。（4）控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)系統(tǒng)自動化運(yùn)行的監(jiān)管，能實(shí)現(xiàn)24h全天候連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，并按工藝要求進(jìn)行自動操作。（5）利用工藝參數(shù)的反饋，實(shí)現(xiàn)過程的穩(wěn)定控制（液位、溫度、流量、PH值和溶解氧），提高反應(yīng)效率、節(jié)約能源，并提高系統(tǒng)的抗沖擊性能。（6）實(shí)現(xiàn)厭氧處理過程集水井液位與2臺入水泵、初沉池液位與2臺冷卻塔進(jìn)料泵、均衡池液位與2臺調(diào)制池進(jìn)水泵、2臺淺液式攪拌機(jī)之間的連鎖控制。（7）實(shí)現(xiàn)冷卻塔溫度與冷卻塔2臺風(fēng)扇、調(diào)制池回流管溫度與進(jìn)料閥門XV-401A/B、堿液投加泵、鹽酸投加泵、磷酸投加泵以及尿素投加泵之間的聯(lián)鎖控制。（8）實(shí)現(xiàn)2臺初沉池污泥泵、進(jìn)料閥門XV-401A/B、厭氧污泥泵、磷酸投加泵以及尿素投加泵的時(shí)間控制。（9）實(shí)現(xiàn)調(diào)制池回流管流量開關(guān)與進(jìn)料閥門XV-401A/B、厭氧污泥泵、堿液投加泵、鹽酸投加泵、磷酸投加泵以及尿素投加泵之間的聯(lián)鎖控制。（10）實(shí)現(xiàn)好氧處理過程集水井液位與提升泵的聯(lián)鎖控制。（11）實(shí)現(xiàn)曝氣池溶解氧（DO）與4臺羅茨鼓風(fēng)機(jī)的聯(lián)鎖控制。（12）實(shí)現(xiàn)液位、溫度、流量、PH值和溶解氧（DO）的高低限報(bào)警。（13）實(shí)現(xiàn)好氧處理過程加藥設(shè)備的控制。（14）實(shí)現(xiàn)脫水機(jī)房相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)顯示及故障報(bào)警顯示。（15）對所有帶控制點(diǎn)的電機(jī)和泵實(shí)現(xiàn)啟停控制。（16）實(shí)現(xiàn)模擬量的歷史趨勢及趨勢圖表顯示。（17）實(shí)現(xiàn)必要的流量累計(jì)功能。（18）實(shí)現(xiàn)整個(gè)污水處理系統(tǒng)所有電機(jī)、泵的故障報(bào)警。
3 污水處理自動控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。污水處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是污水處理的重要組成部分，污水處理自動控制系統(tǒng)具有廣闊的發(fā)展前景。在污水處理系統(tǒng)中，關(guān)于污水處理自動控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，以下將從污水處理系統(tǒng)控制和PLC控制系統(tǒng)硬件的介紹來闡述，其具體內(nèi)容如下：
3.1 污水處理系統(tǒng)控制介紹。污水處理系統(tǒng)控制對象既有開關(guān)量又有模擬量， 污水處理過程的共同特點(diǎn)就是開關(guān)量多，模擬量少；與此同時(shí)，既有開環(huán)控制又有閉環(huán)控制，具體在污水處理系統(tǒng)控制中，以邏輯控制為主，閉環(huán)控制為輔。污水處理系統(tǒng)控制的控制系統(tǒng)包括兩套CPU412控制器，三條通訊鏈路，三個(gè)ET200M從站。工程師站通過上位機(jī)監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)對全廠設(shè)備的監(jiān)控、水質(zhì)數(shù)據(jù)記錄、生產(chǎn)報(bào)表等功能。其中，自動控制柜是整個(gè)自動控制系統(tǒng)的核心部分，自動控制系統(tǒng)的功能主要是由PLC按照實(shí)現(xiàn)編好的程序進(jìn)行控制。
關(guān)鍵詞：PLC；MCGS；污水處理
中圖分類號：X703 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）20-0070-02
前言
隨著人口的增長，污水的產(chǎn)生越來越多，污水處理技術(shù)越來越重要。目前我國很多污水處理系統(tǒng)中都使用了PLC和MCGS的污水處理控制系統(tǒng)。這樣能夠達(dá)到更好的污水處理效果，同時(shí)還能提升處理效率。
1 污水理系統(tǒng)的基本要求
1.1 明渠內(nèi)的格柵
成組的平行金屬柵條做成了格柵，通常情況下，格柵呈傾斜狀態(tài)放置在污水提升泵到集水池的主要渠道上面，對污水里含有的大塊固體廢棄物進(jìn)行攔截，例如生活垃圾等，這樣能夠有效保證閥門、管道及相應(yīng)的處理設(shè)備處于正常的工作狀態(tài)，防止受到這些物體的損壞。一般來說，污水通過格柵的速度越緩慢，所對應(yīng)的攔截廢棄物的效果越顯著，但是如果速度太過于緩慢，那么會對格柵造成阻塞的情況，這樣就會減少過水面積，從而導(dǎo)致水流速度加快。所以要確定污水通過格柵的速度，就要做全方位綜合性的考慮，污水的主要組成、污水含有泥沙的百分比。對于格柵的間距也由污水的性質(zhì)來決定，使其技能滿足水泵的要求，同時(shí)還能滿足后續(xù)設(shè)備的要求。
1.2 平流隔油池
在平流隔油池里面，通常都裝有很多設(shè)備，通常會有鏈條式刮泥、刮油機(jī)，廢水從池子的一邊進(jìn)入，從另外一邊向外流出。在池子里的污水水平方向的流動速度非常小，包含在水中的油滴會在水中上下浮動，之后在表面進(jìn)行聚集，由池子配套的集油管和刮油機(jī)把它們收集起來。如果密度較大，那么會下沉到底下，最后收集排出。
1.3 SBR反應(yīng)池
對于SBR法來說，其處理污水的運(yùn)行方式是間歇式操作，對污水進(jìn)行分批處理，在每一個(gè)池子里面都會有曝氣池和二沉池，在處理系統(tǒng)中，不進(jìn)行二沉池的單獨(dú)設(shè)置，污泥回流設(shè)備也不會單獨(dú)設(shè)置，對于污水的均質(zhì)調(diào)節(jié)池也不進(jìn)行設(shè)置。許多的反應(yīng)器組合在一起構(gòu)成了SBR法，污水是按照一定的順序進(jìn)入到反應(yīng)池中，在整個(gè)污水處理的過程中，其反應(yīng)工序都是按照一定的順序進(jìn)行排列的。
2 污水處理系統(tǒng)的工藝要求
2.1 提升泵啟閉控制
在整個(gè)對污水進(jìn)行處理的系統(tǒng)中，設(shè)置有6臺泵，把其兩兩歸為一組。在安裝有污水提升泵的池子達(dá)到所需要的液位時(shí)候，污水提升泵開始工作，如果水位達(dá)不到要求，泵不發(fā)生運(yùn)行。
2.2 除污機(jī)控制
在污水處理系統(tǒng)里面除污機(jī)的安裝非常重要，在明渠里面的粗、中格柵上都要進(jìn)行安裝。如果在格柵的前后會形成一定數(shù)值的液位差，那么除污機(jī)處于正常運(yùn)行狀態(tài)，除此之外，都是處于關(guān)閉狀態(tài)。
2.3 刮油、刮泥機(jī)控制
在污水處理系統(tǒng)里面，刮油、刮泥機(jī)通常只設(shè)置一套，在平流隔油池里面。在它處于正常工作狀態(tài)的時(shí)候是進(jìn)行連續(xù)式作業(yè)，只有進(jìn)行維修時(shí)候才停止。
2.4 曝氣機(jī)控制
在每一個(gè)反應(yīng)池里面都需要配備有曝氣機(jī)，通常該設(shè)備采用變頻電機(jī)進(jìn)行啟動的控制，通過PLC編寫程序，完成對曝氣機(jī)的自動控制。在不同的反應(yīng)周期中，曝氣機(jī)完成相應(yīng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行自動的調(diào)節(jié)，達(dá)到節(jié)能的效果。
2.5 潷水器控制
和曝氣機(jī)的設(shè)置一樣，潷水器也是分別存在于反應(yīng)池中，通過PLC的編程實(shí)現(xiàn)自動控制過程。當(dāng)反應(yīng)池的各個(gè)條件都滿足其要求時(shí)候，潷水器開始正常運(yùn)行。
3 污水處理控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)成
在污水處理控制系統(tǒng)中，工控機(jī)IPC、PLC+相關(guān)外設(shè)電路板、模擬開關(guān)量輸入輸出控制板三大部分組成了主要的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在進(jìn)行污水處理的時(shí)候，對水壓和水流量都有要求，需要兩者都保持恒定，要對動態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，用來分析。如果壓力和流量都采用人工手動控制，那么就會產(chǎn)生很大的工作量，還會給結(jié)果帶來較大的誤差，一定程度上給能源造成浪費(fèi)。所以在污水處理控制系統(tǒng)中，采用PLC和MCGS方法就能有效對這些問題進(jìn)行解決，達(dá)到工藝上的要求。在控制系統(tǒng)中現(xiàn)場的控制單元選擇PLC，把PLC作為控制單元來控制污水處理具有很顯著地特點(diǎn)，首先職能分配合理并且清晰，對于現(xiàn)場控制、操作控制、數(shù)據(jù)管理都有不同的站點(diǎn)與之對應(yīng)，其次控制功能非常強(qiáng)大、并且具有很高度的可靠性，最后，PLC控制的抗干擾能力明顯優(yōu)于STD等常用控制裝置。
4 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
對于控制系統(tǒng)來說，軟件的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，主要包括 PLC下位機(jī)程序的設(shè)計(jì)和上位機(jī)組態(tài)軟件的設(shè)計(jì)。PLC程序的編寫是為了功能行的實(shí)現(xiàn)，對于編譯完成后的梯形圖程序借助通訊電纜傳輸?shù)絇LC里。
通過雷達(dá)液位計(jì)對混合沉降罐的液位信號進(jìn)行采集，之后將結(jié)果送到處理器，處理器進(jìn)行分析并且與預(yù)先設(shè)定數(shù)值進(jìn)行比較，利用PID對信號進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，從而改變變頻器的輸出情況，達(dá)到控制水泵的效果，通過這個(gè)過程，能夠有效保證混凝沉降罐的液位處于相對平穩(wěn)的狀態(tài)。對于流量泵來說要使用變頻器，從而實(shí)現(xiàn)泵對流速的控制，從而對整個(gè)系統(tǒng)處理污水的速度進(jìn)行控制。運(yùn)用雷達(dá)液位計(jì)對粗粒化罐的液位進(jìn)行采集，將結(jié)果傳輸給處理器，處理器把分析結(jié)果和預(yù)定值進(jìn)行比較，控制變頻器的輸出情況，實(shí)現(xiàn)對泵的控制，使得粗粒化罐的液位也處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)。在對排污泵的控制上，在上位機(jī)監(jiān)控過程中選用MCGS組態(tài)軟件，這一軟件的應(yīng)用能夠快速完成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)的構(gòu)造與生成。這一系統(tǒng)能夠完成從數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)處理、報(bào)警處理、流程控制、動畫顯示、報(bào)表輸出等解決實(shí)際工程問題的完整方案。
5 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
5.1 上位機(jī)設(shè)計(jì)
在污水處理控制系統(tǒng)中，上位機(jī)的設(shè)計(jì)包括三個(gè)環(huán)節(jié)，污水處理遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、整個(gè)工程的系統(tǒng)構(gòu)成及工藝流程、擬定組建工程的總體規(guī)劃和設(shè)想。
首先，污水處理遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)使用的是MCGS組態(tài)軟件進(jìn)行控制和管理的，它的作用是構(gòu)造以及生成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，它的運(yùn)行平臺限制較小，能夠在Microsoft的各種32位Windows平臺上使用，它能夠?qū)ΜF(xiàn)場情況進(jìn)行監(jiān)控采集，采集F場數(shù)據(jù)，對異常情況進(jìn)行報(bào)警，對全部工藝流程進(jìn)行控制，對統(tǒng)計(jì)報(bào)表進(jìn)行輸出，能夠給客戶提供解決問題的可行性方案。
其次，整個(gè)工程的系統(tǒng)構(gòu)成及工藝流程，根據(jù)被監(jiān)控對象特征，找到最重點(diǎn)的監(jiān)控要求以及相關(guān)技術(shù)要求。
最后，擬定組建工程的總體規(guī)劃和設(shè)想，這里面包括了系統(tǒng)的具體職能，控制流程具體的實(shí)現(xiàn)方式，用戶所要使用的窗口界面的顯示方式，動畫效果的實(shí)現(xiàn)方式，在進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的各種環(huán)節(jié)時(shí)候如何定義，與此同時(shí)，對于工程中設(shè)備的數(shù)據(jù)采集以及相關(guān)的定義關(guān)系都要進(jìn)行詳細(xì)的分析，要對設(shè)備與對應(yīng)變量的關(guān)系仔細(xì)分別認(rèn)清，對于對應(yīng)變量的軟件所需要傳遞的數(shù)據(jù)能夠通過動畫形式進(jìn)行顯示。對工程設(shè)計(jì)里面的整體規(guī)劃工作要認(rèn)真完成，這樣能夠有效避免做一些項(xiàng)目組態(tài)過程中的無用功，讓工程項(xiàng)目能夠快速有效的完成。
5.2 下位機(jī)設(shè)計(jì)
通常情況下機(jī)位使用的是日本OMRON公司的C200H系列PLC。它的具體結(jié)構(gòu)是模塊式，對于一個(gè)單元系統(tǒng)來說它的核心是CPU，包含電源、微處理器、系統(tǒng)存儲器等，能夠提供現(xiàn)場輸入的設(shè)備是基本I/O單元以及智能I/O單元，對輸出進(jìn)行控制的設(shè)備以及和CPU進(jìn)行連接的電路。結(jié)合具體對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)中的功能要求環(huán)節(jié)，對于下機(jī)位來說，通常選擇使用的設(shè)計(jì)程序是模塊化的程序，這種程序設(shè)計(jì)的本質(zhì)就是依照不同的功能，把下位機(jī)的程序分解成具有功能性的一系列模塊，當(dāng)這些模塊所具有的功能都能得到實(shí)現(xiàn)之后，依照系統(tǒng)的要求，把這些具有不同功能的模塊按照一定方式進(jìn)行連接，經(jīng)過調(diào)試之后，就形成了最終的程序。通過這樣的方法進(jìn)行程序編寫具有很明顯的優(yōu)勢，編制的程序具有很多特性，能夠進(jìn)行擴(kuò)展同時(shí)還能進(jìn)行移植，此外它的通用性非常良好，在任何一種系統(tǒng)定的功能模塊都能夠進(jìn)行運(yùn)用。針對不一樣的污水處理系統(tǒng)來說，對于硬件設(shè)計(jì)也是不盡相同的，在具體的功能特性上也有一定的差異。在編程中應(yīng)用模塊化的思想，如果要對具有特定功能的污水進(jìn)行處理，在這個(gè)系統(tǒng)中要實(shí)現(xiàn)功能就很容易，只需要對相關(guān)功能的模塊進(jìn)行選擇，之后把它們按照一定順序進(jìn)行組合就能夠?qū)崿F(xiàn)它的功能。這樣的軟件結(jié)構(gòu)類似于積木的拼裝，具有很好的使用效果，在軟件編程和調(diào)試階段都能夠簡化具體工作，從客戶的角度來說，設(shè)備改造能夠帶來開發(fā)周期以及經(jīng)濟(jì)效益兩方面的好處。
6 結(jié)束語
綜上所述，隨著PLC和MCGS的污水處理控制系統(tǒng)的使用，使得污水處理過程變得更為簡單有序。在進(jìn)行污水處理的時(shí)候，每一道工序都能準(zhǔn)確完成，減少了人工操作所產(chǎn)生的誤差。對于污水處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)來說，要對上機(jī)位和下機(jī)位分別進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，要對系統(tǒng)功能進(jìn)行全面把握，使得設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)簡單易操作。通過這樣方式處理之后得到的中水具有更好的回用指標(biāo)。
參考文獻(xiàn)：
[1]郭照新，李超，張學(xué)東.PLC在一體化反應(yīng)器污水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].微計(jì)算機(jī)信息，2006，22（3）：1-3.
[2]趙芳，李從兵.基于PLC的污水處理控制系統(tǒng)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2006，19（4）：59-60.
【關(guān)鍵詞】污水處理水廠 ；PLC控制系統(tǒng)；儀表系統(tǒng)
中圖分類號：U664.9+2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：
前言
污水廠控制系統(tǒng)由中央控制室微機(jī)（上位機(jī)）和現(xiàn)場PLC終端（下位機(jī)）兩級組成。上位機(jī)采用二臺工控機(jī)，具有冗余熱備功能，上位機(jī)完成數(shù)據(jù)處理，參數(shù)設(shè)定，報(bào)表生成和圖形顯示監(jiān)控。下位機(jī)用可編程控制器，完成對設(shè)備的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集。上位機(jī)和PLC各站點(diǎn)通過工業(yè)快速冗余光纖以太環(huán)網(wǎng)連接。采用這種結(jié)構(gòu)形式系統(tǒng)，操作人員能有效方便、快捷地操縱和管理整個(gè)系統(tǒng)，可把廠級以太管理網(wǎng)與工控網(wǎng)相連接，在服務(wù)器編制數(shù)據(jù)庫，把工控網(wǎng)的歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在以太網(wǎng)上共享，以便于污水處理廠管理。
一PLC控制站構(gòu)成
粗格柵控制站（PLC1）
（1）粗格柵
A控制模式
液位差控制方式：格柵前、后設(shè)超聲波液位差計(jì)，根據(jù)設(shè)定的液位差值判斷格柵是否堵塞，當(dāng)液位差H達(dá)到設(shè)定值，則格柵機(jī)開始連續(xù)工作，直到液位差H低于設(shè)定值后，恢復(fù)正常的格柵機(jī)操作，如果液位差H繼續(xù)增加，則觸發(fā)報(bào)警，格柵機(jī)按設(shè)置時(shí)間工作。
定時(shí)控制方式：格柵機(jī)的操作是根據(jù)時(shí)間間隔及持續(xù)時(shí)間的定時(shí)發(fā)來控制，時(shí)間間隔及持續(xù)時(shí)間由計(jì)算機(jī)設(shè)定，系統(tǒng)自動調(diào)整所有格柵具有相同的時(shí)間間隔及持續(xù)時(shí)間。螺旋輸送機(jī)與格柵機(jī)聯(lián)動，格柵機(jī)工作與否始終作為螺旋輸送機(jī)的工作條件，螺旋輸送機(jī)先于格柵機(jī)工作，滯后于格柵機(jī)停止，時(shí)間在0~5分鐘內(nèi)可調(diào)。多臺格柵機(jī)間隔工作。
B監(jiān)視設(shè)備的狀態(tài)
狀態(tài)信號：每一格柵除污機(jī)有“運(yùn)轉(zhuǎn)/停止”、“故障”、“自動/手動”信號；格柵螺旋輸送機(jī)有“運(yùn)轉(zhuǎn)/停止”、“故障”、“自動/手動”信號。
故障報(bào)警內(nèi)容：每一格柵除污機(jī)、螺旋輸送機(jī)有“故障”報(bào)警。
（2）進(jìn)水泵房
A控制模式
進(jìn)水泵房水可手動/自動控制，手動狀態(tài)下，可在就地控制柜上單機(jī)起停，在自動控制狀態(tài)下：
根據(jù)集水池液位自動控制變頻調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速及水泵的開/停。
根據(jù)集水池最低液位，自動停泵，實(shí)現(xiàn)泵的開動轉(zhuǎn)保護(hù)。
每一臺泵的起動次數(shù)和總的運(yùn)行小時(shí)數(shù)應(yīng)均衡。初始設(shè)定應(yīng)使每臺泵的動轉(zhuǎn)時(shí)間相等。系統(tǒng)根據(jù)時(shí)間優(yōu)先原則循環(huán)順序起動水泵，每臺水泵的起動次數(shù)和總的運(yùn)行小時(shí)數(shù)應(yīng)進(jìn)行積累，并排出維修計(jì)劃，應(yīng)使每臺水泵的運(yùn)行時(shí)間大致相等。控制方案為，起泵原則：中液位啟動兩臺水泵，中高液位啟動三臺水泵，高液位啟動四臺水泵并有高液位報(bào)警。停泵原則：中高液位停一臺水泵，中液位停兩臺水泵，低液位全部關(guān)閉并有低液位報(bào)警。
控制系統(tǒng)應(yīng)監(jiān)視泵的運(yùn)行過程，如泵故障應(yīng)報(bào)警并自動投入備用泵。
B監(jiān)視設(shè)備狀態(tài)
狀態(tài)信號：每臺水泵“運(yùn)轉(zhuǎn)/停止”、“自動/手動”、“故障””漏水報(bào)警”信號入PLC。現(xiàn)場顯示進(jìn)水泵房集水池的液位值。
集水池內(nèi)設(shè)一組超聲波液位計(jì)，超聲波液位計(jì)用來控制水泵運(yùn)行，其信號入PLC。變頻調(diào)速器的轉(zhuǎn)速反饋信號，水泵電流信號，在計(jì)算機(jī)上顯示并有報(bào)警。
故障報(bào)警：監(jiān)視進(jìn)水泵房集水池液位，如果液位低于或高于PLC設(shè)定的數(shù)值時(shí)應(yīng)觸發(fā)報(bào)警。
（3）細(xì)格柵
A控制模式
液位差控制模式：格柵前、后設(shè)超聲波液位差計(jì)，根據(jù)液位差值檢測格柵是否堵塞，當(dāng)液位差H達(dá)到設(shè)定值時(shí)，則格柵開始連續(xù)工作，直至液位差H低于設(shè)定值后，恢復(fù)正常的格柵操作。如果液位差H繼續(xù)增加，則觸發(fā)報(bào)警，除污機(jī)按設(shè)置時(shí)間工作。
定時(shí)控制方式：格柵機(jī)的操作是根據(jù)時(shí)間間隔及持續(xù)時(shí)間的定時(shí)法來控制，時(shí)間間隔及持續(xù)時(shí)間由計(jì)算機(jī)設(shè)定，系統(tǒng)自動調(diào)整所有格柵具有相同的時(shí)間間隔及持續(xù)時(shí)間。螺旋輸送機(jī)與格柵聯(lián)動，格柵工作與否始終作為螺旋輸送機(jī)的工作條件，螺旋輸送機(jī)先于格柵工作，滯后于格柵停止，時(shí)間在0~5分鐘內(nèi)可調(diào)。多臺格柵應(yīng)間隔工作。
B監(jiān)視設(shè)備的狀態(tài)
狀態(tài)信號：每一格柵有“動轉(zhuǎn)/停止”、“故障”、“自動/手動”信號；螺旋輸送機(jī)有“動轉(zhuǎn)/停止”、“故障”、“自動/手動”信號。
模擬信號：液位信號進(jìn)入PLC并在計(jì)算機(jī)上顯示紀(jì)錄報(bào)警。
故障報(bào)警：每一格柵、螺旋輸送機(jī)有“故障”報(bào)警。
二：初沉池污泥泵房控制站（PLC2）
1.曝氣沉砂池
A控制模式
沉砂池的鼓風(fēng)機(jī)、攪拌機(jī)、砂水分離機(jī)自成系統(tǒng)，由所帶控制箱控制。
可由現(xiàn)場控制箱手動起停，也可由PLC控制開停。
能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備按預(yù)定程序自動運(yùn)行和各個(gè)設(shè)備之間的有機(jī)協(xié)調(diào)配合實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的聯(lián)鎖功能。
砂泵將根據(jù)定時(shí)的控制方式來啟/停，并根據(jù)時(shí)間優(yōu)先的原則循環(huán)起動泵，每臺泵的起動次數(shù)和總的運(yùn)行小時(shí)數(shù)進(jìn)行累計(jì)并排出維修計(jì)劃，使每臺泵的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間大致相等。砂水分離器與砂泵聯(lián)鎖。對旋轉(zhuǎn)漿大致轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，可以有效地去除0.1mm以下的砂粒。
B監(jiān)視設(shè)備的狀態(tài)
狀態(tài)信號：每一套設(shè)備的攪拌器、砂水分離機(jī)有“動轉(zhuǎn)/停止”，“故障”、“自動/手動”信號。
故障報(bào)警：每一套設(shè)備的攪拌器、砂水分離機(jī)有“故障”報(bào)警。
三：污泥脫水機(jī)房控制站（PLC3）
1：脫水機(jī)
A控制模式
污泥脫水機(jī)及其輔機(jī)由污泥脫水機(jī)控制箱控制，當(dāng)污泥脫水機(jī)工作時(shí)，其污泥泵、加藥裝置、投配泵等聯(lián)動運(yùn)行。
優(yōu)先控制：當(dāng)污泥濃縮池濃度計(jì)的濃度達(dá)到工藝設(shè)定值后，脫水機(jī)發(fā)出工作指令。
污泥脫水機(jī)在自動狀態(tài)下，且它的輔助設(shè)備沒有故障，則污泥脫水機(jī)自動按順序啟動所帶設(shè)備。
B監(jiān)視設(shè)備的狀態(tài)
狀態(tài)信號：污泥脫水機(jī)、污泥泵、加藥裝置、投配泵等的“自動/手動”、“運(yùn)行/停止”、“綜合故障”信號。
模擬信號：流量計(jì)的4―20mA信號入PLC。
故障報(bào)警：污泥脫水機(jī)、污泥泵、加藥裝置、投配泵有“綜合故障”報(bào)警。
2：加藥系統(tǒng)
加氯間加氯機(jī)的控制根據(jù)二沉池出水流量，采用流量比例控制，即根據(jù)流量信號按比例自動控制加氯量。
加氯后水進(jìn)入接觸池。接觸池設(shè)有一套液位計(jì)，兩套電動閥門（進(jìn)水、出水），由操作人員在上位計(jì)算機(jī)控制。
加藥采用如下控制方案：控制根據(jù)流量測量值、源水濁度進(jìn)行前饋控制，也可增加根據(jù)反應(yīng)水濁度值進(jìn)行控制的反饋控制，共同組成復(fù)合環(huán)控制方案；兩組藥液池互備，自控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)溶液池的自動切換，確保藥液的連續(xù)供給；根據(jù)流量測量值和濁度信號，調(diào)節(jié)加藥泵加藥量。
四：鼓風(fēng)機(jī)房控制站（PLC4）
1：鼓風(fēng)機(jī)
A控制模式
鼓風(fēng)機(jī)可由現(xiàn)場控制箱手動起停，也可由PLC控制開停。
能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備按預(yù)定程序自動運(yùn)行和各個(gè)設(shè)備之間的有機(jī)協(xié)調(diào)配合實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的聯(lián)鎖功能。
B監(jiān)視設(shè)備的狀態(tài)
狀態(tài)信號：每一套設(shè)備的 “動轉(zhuǎn)/停止”，“故障”、“自動/手動”信號。前后軸溫報(bào)警，電流信號均傳輸至上位系統(tǒng)。
故障報(bào)警：每一套設(shè)備有“故障”報(bào)警。
五：二次沉淀池控制站（PLC5）
A控制模式
二次沉淀池刮吸泥機(jī)連續(xù)運(yùn)行，由現(xiàn)場電氣控制箱手動起停，或由PLC控制。
B監(jiān)視設(shè)備的狀態(tài)
狀態(tài)信號：刮吸泥機(jī)的“手動/自動”、“運(yùn)行”、“故障””漏水報(bào)警”信號。
污泥泵房
A控制模式
回流污泥泵的開停及運(yùn)行時(shí)間由PLC根據(jù)生物池中檢測的混合液濃度反饋及進(jìn)水流量控制，當(dāng)濃度低于工藝要求值時(shí)開泵，反之停泵或降低轉(zhuǎn)速。
B監(jiān)視設(shè)備的狀態(tài)
狀態(tài)信號：剩余污泥泵和回流污泥泵及相關(guān)閥門的“自動/手動”、“運(yùn)行/停止”、“故障””漏水報(bào)警”。
模擬信號：超聲波液位計(jì)、剩余污泥電磁流量計(jì)、回流污泥電磁流量計(jì)、出水流量計(jì)的4―20mA標(biāo)準(zhǔn)信號和脈沖信號入PLC。
六：纖維轉(zhuǎn)盤濾池控制站（PLC6）
1 潛水軸流泵深井泵及電動閥門
A控制模式
潛水軸流泵，深井泵及電動閥門的開停及運(yùn)行時(shí)間由就地控制箱控制及PLC上位機(jī)手動及程序自動控制。
B監(jiān)視設(shè)備的狀態(tài)
狀態(tài)信號：潛水軸流泵，深井泵及電動閥門的“自動/手動”、“運(yùn)行/停止”、“故障””漏水報(bào)警”。
模擬信號：液位計(jì)的4―20mA標(biāo)準(zhǔn)信號和脈沖信號入PLC。
關(guān)鍵詞：PLC；自動化控制；污水處理
中圖分類號：U664 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）20-0052-02
當(dāng)前，自動化技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到各個(gè)行業(yè)中，污水處理系統(tǒng)對自動化技術(shù)的應(yīng)用也在逐步的提高。隨著人們的生活水平的不斷提高和進(jìn)步，人們的用水量也在不斷的增加，隨之而來的污水排放量也在急劇的增加，加快了水體富營養(yǎng)化的進(jìn)程，水資源的短缺顯得更加的突出。為了減少污水對環(huán)境造成的污染，為人們提供更多的水資源，在城市建立了大量的污水處理廠，局部完全統(tǒng)計(jì)，截止到2012年，全國設(shè)計(jì)污水處理能力達(dá)到了1.85億立方米/天，污水的處理能力將會大大的增強(qiáng)，為減少污水對環(huán)境的污染做出了貢獻(xiàn)。但是，隨著污水處理廠的建成，在長期的污水處理過程中產(chǎn)生了巨大的費(fèi)用，在污水處理過程中由于水質(zhì)的變化和進(jìn)水速度的快慢不同，造成了在污水處理過程中要不斷地調(diào)整相關(guān)的數(shù)據(jù)。PLC自動化系統(tǒng)的使用能有效地控制出水水質(zhì)的變化，提高出水水質(zhì)的穩(wěn)定性，能節(jié)約在污水處理過程中的運(yùn)行費(fèi)用，從而實(shí)現(xiàn)低耗、高效、穩(wěn)定運(yùn)行的目的。
1 國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀
發(fā)達(dá)國家污水處理廠已經(jīng)大量地使用了自動化控制系統(tǒng)，能夠很好地實(shí)現(xiàn)在污水處理過程中的自動控制和數(shù)據(jù)的記錄。個(gè)別地區(qū)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了污水處理廠的全自動控制，在污水處理過程中執(zhí)行無人值守的運(yùn)行方式。如美國愛阿華污水處理，運(yùn)用微機(jī)自動控制投加藥劑，應(yīng)用直接數(shù)字式計(jì)算機(jī)控制自動加釩，運(yùn)轉(zhuǎn)一年就降低釩消耗20%，并且提高了管理水平和穩(wěn)定了水質(zhì)。除此之外，美國加利福尼亞污水處理廠和日本的東京國立污水處理廠也先后采用了計(jì)算機(jī)自動控制技術(shù)，運(yùn)行效果也比較理想，目前，國內(nèi)外的絕大多數(shù)污水處理廠都在不同程度上使用了自動化控制系統(tǒng)，通過計(jì)算機(jī)的控制實(shí)現(xiàn)沉淀、過濾、藥劑的投放和臭氧的處理等多個(gè)環(huán)節(jié)的多環(huán)路的控制。中央控制計(jì)算機(jī)可以從各個(gè)環(huán)節(jié)的計(jì)算機(jī)中收集大量的運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)的分析和匯總，顯示污水處理廠的圖標(biāo)和運(yùn)行曲線，控制設(shè)備的運(yùn)行信息，能對出現(xiàn)的異常情況及時(shí)進(jìn)行預(yù)警和報(bào)警處理，當(dāng)出現(xiàn)運(yùn)行故障時(shí)，可以對其中的故障設(shè)備進(jìn)行及時(shí)的檢查和維修，提高污水處理廠的高效
運(yùn)行。
2 自動化控制系統(tǒng)的概述
污水處理廠的自動化控制系統(tǒng)可分為兩種情況：一種是使用數(shù)據(jù)監(jiān)控采集系統(tǒng)，另一種是全自動的控制系統(tǒng)（即所謂的無人值守模式）。數(shù)據(jù)監(jiān)控采集烯烴主要是通過數(shù)據(jù)采集終端對生產(chǎn)過程中的運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控，能及時(shí)地發(fā)現(xiàn)在污水處理過程中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)波動，相對來說投入的費(fèi)用較少，具有的功能比較簡單。全自動控制系統(tǒng)是當(dāng)前污水處理過程中最先進(jìn)的技術(shù)，其通過數(shù)據(jù)的采集對污水處理實(shí)現(xiàn)自動控制，能提高污水的處理質(zhì)量和設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。污水處理廠的自動化控制系統(tǒng)可分為PLC可編程序控制系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)三種
類型。
PLC是通過數(shù)字的運(yùn)算進(jìn)行設(shè)備控制的一種自動化裝置，它使用可編程系統(tǒng)內(nèi)部的儲存程序，通過數(shù)字的輸出執(zhí)行運(yùn)算，順序控制、計(jì)時(shí)、定時(shí)等相關(guān)的指令，主要是通過模擬量和數(shù)字量的輸入和輸出來控制污水處理設(shè)備的運(yùn)行。PLC可編程序控制系統(tǒng)具有較強(qiáng)的控制能力、簡單的編程、可靠的運(yùn)行、較強(qiáng)的抗干擾能力、有各種接口、方便設(shè)備的連接、單獨(dú)的模塊型結(jié)構(gòu)、維修和使用方便、能實(shí)現(xiàn)在線維修等多種特點(diǎn)，在污水處理廠廣泛得到使用。集散控制系統(tǒng)使用模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化的設(shè)計(jì)，其主要由生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集、過程控制管理、生產(chǎn)管理三個(gè)級別組成的集中顯示操作管理的一種手段，相關(guān)的配置比較靈活、控制比較分散的一種局域網(wǎng)的控制系統(tǒng)。其具有獨(dú)立分散控制、自主性、協(xié)調(diào)性、集中性，通過共享的網(wǎng)絡(luò)信息，能很好地協(xié)調(diào)各個(gè)工作點(diǎn)的工作狀況，有很好的靈活性、適應(yīng)性和可靠性的特點(diǎn)。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是將現(xiàn)場的儀表、設(shè)備與通信網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)進(jìn)行連接。其具有數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、設(shè)備的相互連接、分散功能塊、開放式總線協(xié)議等特點(diǎn)。
3 自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用
自動化控制系統(tǒng)在污水處理廠內(nèi)有比較強(qiáng)大的功能，在降低職工勞動強(qiáng)度的同時(shí)提高了污水的處理質(zhì)量，穩(wěn)定了系統(tǒng)的良好運(yùn)行，PLC自動化控制系統(tǒng)在污水處理過程中具有數(shù)據(jù)的采集和管理、實(shí)時(shí)監(jiān)控、管理、預(yù)警、連鎖保護(hù)、自動生成報(bào)表等諸多功能，能滿足在污水處理運(yùn)行過程中的需要。
（1）在污水處理過程中根據(jù)控制的級別不同可以采用自動控制和手動控制兩種方式，在正常的運(yùn)行情況下一般選擇自動方式進(jìn)行控制，這樣能提高設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)預(yù)警和故障時(shí)可以進(jìn)行人工干擾，進(jìn)行人工控制操作來保證設(shè)備的正常運(yùn)行。
（2）通過對運(yùn)行設(shè)備的數(shù)據(jù)采集可以實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)視功能，在中控室能從電腦界面上能詳細(xì)準(zhǔn)確地顯示現(xiàn)場的智能儀表測量的數(shù)據(jù)、設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和通過數(shù)據(jù)采集分析管理后部分工藝參數(shù)的變化，使操作人員能及時(shí)準(zhǔn)確地掌握污水吃力過程中的參數(shù)和設(shè)備的運(yùn)行狀況。操作人員能根據(jù)電腦界面顯示的數(shù)據(jù)變化情況，通過計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來改變運(yùn)行參數(shù)及設(shè)備的運(yùn)行狀況。
（3）在中控室內(nèi)還可以根據(jù)參數(shù)的變化、設(shè)備的運(yùn)行、閥位的開度和各種報(bào)警信號對污水處理過程實(shí)施動態(tài)的管理。通過PLC的數(shù)據(jù)采集能真正實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的全監(jiān)控，通過對歷史記錄的對比和分析，能對異常的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，查找產(chǎn)生異常數(shù)的原因，根據(jù)產(chǎn)生的原因?qū)ιa(chǎn)過程的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。
（4）通過PLC自動化控制系統(tǒng)能對運(yùn)行的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)的采集，對采集的數(shù)據(jù)能形成很好的保存，只要能及時(shí)對保存的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)的備份就能實(shí)現(xiàn)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的全采集，便于生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)庫的管理和數(shù)據(jù)的分析。
（5）當(dāng)設(shè)備在運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障時(shí)，通過自動化程序的設(shè)置就能在中控室出現(xiàn)預(yù)警提示，以便操作人員能及時(shí)地發(fā)現(xiàn)污水處理過程中出現(xiàn)的故障，通過報(bào)警畫面及時(shí)提醒操作人員進(jìn)行相應(yīng)的處理，經(jīng)過和歷史曲線相對比和數(shù)據(jù)分析處理完畢后，進(jìn)行復(fù)位處理即能正常的工作。
（6）通過采集的數(shù)據(jù)在后臺進(jìn)行函數(shù)計(jì)算能對當(dāng)前的運(yùn)行狀況進(jìn)行趨勢分析，提示各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行趨勢，以便操作人員能根據(jù)運(yùn)行趨勢及時(shí)采取相關(guān)的措施進(jìn)行處理。
（7）通過PLC自動化設(shè)置還能實(shí)現(xiàn)不同級別設(shè)備的連鎖保護(hù)功能，避免一個(gè)設(shè)備的出現(xiàn)問題造成其他設(shè)備的損壞，提高設(shè)備的保護(hù)能力。
4 水處理自動控制的發(fā)展方向
當(dāng)前，污水處理技術(shù)有兩個(gè)不同的發(fā)展方向：一種是深入地研究自動化控制理論和方法，另一種是通過不同的方法進(jìn)行良好的結(jié)合，使其各自發(fā)揮各自的功能，獲得比較好的控制效果。污水處理控制水平的提高，主要表現(xiàn)在：依賴于控制技術(shù)的發(fā)展，加強(qiáng)自動控制在實(shí)際污水處理過程中的應(yīng)用，面對污水處理中新的技術(shù)需求需要用新的方案進(jìn)行解決，因此，對污水處理自動控制也相應(yīng)地提出了更高的要求；依賴于對污水生物處理模型的深入研究，尤其是對污水處理微觀機(jī)理模型的深入研究、開發(fā)或應(yīng)用新的數(shù)學(xué)模型，解決污水處理中的復(fù)雜問題；對污水處理新的技術(shù)市場需求進(jìn)行研究，并通過數(shù)學(xué)建模與仿真，將各種智能控制相結(jié)合，提出新的控制策略。
5 結(jié)語
總之，PLC自動化技術(shù)在污水處理廠的應(yīng)用加快了污水處理的發(fā)展速度，提高了污水的處理質(zhì)量，穩(wěn)定了設(shè)備的運(yùn)行，自動化技術(shù)已經(jīng)成為污水處理過程中不可缺少的手段。
參考文獻(xiàn)
[1] 郭明賢.自動化技術(shù)在污水處理過程中的應(yīng)用[J].市政建設(shè)，2012.
污水處理廠的自動控制系統(tǒng)保證了污水出水達(dá)標(biāo)排放。在控制過程中，控制對象有模擬量也有數(shù)字量，有開環(huán)控制也有閉環(huán)控制，模擬量控制對象是pH值、溶解氧、COD5、BOD5、氨氮等，開關(guān)量控制對象是格柵、提升泵、攪拌機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)等。根據(jù)工藝要求，在控制過程嚴(yán)格控制各個(gè)機(jī)電設(shè)備和儀表數(shù)據(jù)，格柵通過液位差和時(shí)間控制，提升泵通過時(shí)間和液位控制，鼓風(fēng)機(jī)通過溶解氧控制。污水處理廠的自動控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)功能。它能自動控制設(shè)備的啟停和顯示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；它能顯示工藝流程中所需的參數(shù)和儀表數(shù)據(jù)；它能對設(shè)備中的各個(gè)狀態(tài)進(jìn)行保護(hù)；它能顯示和查詢參數(shù)數(shù)據(jù)的趨勢圖；它能及時(shí)報(bào)警故障信息；它能顯示和查詢系統(tǒng)中的水量、消耗物等計(jì)量信息；它能自動生成并打印生產(chǎn)報(bào)表。
2污水處理廠自動控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
2.1自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則
污水處理廠的自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則主要包括可靠性、先進(jìn)性、實(shí)用性、集成性和可擴(kuò)展性。首先，要保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，它是最關(guān)鍵，它包括軟件和硬件的配置質(zhì)量、要有長的平均故障間隔時(shí)間、關(guān)鍵的部件要有備用，這樣才能保證整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。其次，要保證系統(tǒng)的先進(jìn)性，包括硬件設(shè)備如主控設(shè)備的先進(jìn)性和軟件部分如監(jiān)控部分的先進(jìn)性，盡量實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場無人值班，中央控制室值班的人員要盡量的少。三，要保證系統(tǒng)的實(shí)用性，主要是能夠滿足用戶的需要，并能保證設(shè)計(jì)的盡量減少各種不必要的環(huán)節(jié)，保證系統(tǒng)在正常運(yùn)行狀態(tài)和不正常運(yùn)行狀態(tài)下都能得到很好的控制。第四，要保證系統(tǒng)的集成性，提高系統(tǒng)的效率和總體性能。第五，要保證系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，這樣為以后控制系統(tǒng)的發(fā)展提供一定的擴(kuò)展空間。
2.2自動控制系統(tǒng)的組成
系統(tǒng)主要由中央控制站、現(xiàn)場控制站和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成，完成污水處理廠設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、儀表監(jiān)測、故障報(bào)警以及數(shù)據(jù)處理等工作。當(dāng)下位某個(gè)分站設(shè)備故障時(shí)，其余分站不受影響；當(dāng)上位設(shè)備故障時(shí)，下位各控制設(shè)備仍可繼續(xù)工作而不影響整個(gè)工藝過程控制，達(dá)到使控制危險(xiǎn)分散，提高系統(tǒng)可靠性的目的。
2.3自動控制系統(tǒng)的軟件配置
自動控制系統(tǒng)需要有先進(jìn)的軟件配置，這樣才能保證其運(yùn)行的質(zhì)量。它包括上位機(jī)組態(tài)軟件、PLC編程軟件、數(shù)據(jù)庫、OPC軟件。其中上位機(jī)組態(tài)軟件用于組態(tài)設(shè)計(jì)中控室監(jiān)控系統(tǒng)，PLC編程軟件用于編寫和下載PLC程序。
3自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析
3.1系統(tǒng)的總體描述
污水處理廠的自動控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)以PLC控制站為核心，利用計(jì)算機(jī)和上位機(jī)組態(tài)軟件建立中央控制系統(tǒng)，采用分布式控制，集中管理，資源共享，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)、自動化控制、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)的融合，保證在運(yùn)行時(shí)更加的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、高效等。其中中央控制系統(tǒng)主要用于數(shù)據(jù)的監(jiān)控，現(xiàn)場控制站主要用于設(shè)備的控制和數(shù)據(jù)的現(xiàn)場采集等，通過網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、傳輸和控制。污水處理廠的自動控制系統(tǒng)分成三種控制模式，即自動控制、遙控控制和現(xiàn)場手動控制。這三種控制模式中有著不同的優(yōu)先級，首先現(xiàn)場手動控制的優(yōu)先級最高，其次是遙控控制，最低的是自動控制。根據(jù)污水處理廠各位置的工藝需求，選擇最合適的控制方式來進(jìn)行控制。
3.2現(xiàn)場控制站的設(shè)計(jì)分析
污水處理系統(tǒng)的現(xiàn)場控制站主要采用PLC作為控制來管理和監(jiān)控相關(guān)的工藝設(shè)備和工藝參數(shù)，并將這些信息傳送到中央控制室，并作相應(yīng)的處理。在控制現(xiàn)場中的儀表、控制箱、開關(guān)柜等通過電纜線路相互連接，傳輸數(shù)據(jù)，并進(jìn)行控制運(yùn)算，然后再輸出到相關(guān)的設(shè)備。現(xiàn)場控制站的信號通過光纖環(huán)網(wǎng)傳送到中央控制室，而中央控制室也通過光纖環(huán)網(wǎng)控制現(xiàn)場控制站。
3.3中央監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析
中央控制室是一個(gè)局域網(wǎng)，包括工作站、服務(wù)器、打印機(jī)、投影儀等設(shè)備，通過以太網(wǎng)交換機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)對污水處理廠的管理和控制。中控監(jiān)控系統(tǒng)對污水處理廠中的各個(gè)工藝流程和工藝設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，對現(xiàn)場控制站的信息進(jìn)行采集，對現(xiàn)場控制站的自動控制，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場無人值班的功能和運(yùn)行的安全性。
3.4網(wǎng)絡(luò)通訊的設(shè)計(jì)分析
污水處理廠各設(shè)備之間的通訊都是通過網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行的，由于環(huán)境比較惡劣，網(wǎng)絡(luò)通訊就需要保證其傳輸?shù)馁|(zhì)量，首先要保證傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和可靠性，建立完善的自動化控制系統(tǒng)，保證數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行傳輸。在設(shè)計(jì)時(shí)要求其必須具有很強(qiáng)的容錯(cuò)性，響應(yīng)速度要快，這樣才能保證在很短的時(shí)間內(nèi)建立新的網(wǎng)絡(luò)通信線路。
4結(jié)語
[關(guān)鍵詞]污水處理工程 自動控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
中圖分類號：R123.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：R 文章編號：1009914X（2013）34041701
污水處理是指將污水中的污染物質(zhì)分離并去除，使有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的無害物質(zhì)，從而使水得到凈化，使資源得以更加充分的被利用。隨著我國城市建設(shè)與現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，水污染與水短缺越來越嚴(yán)重，而傳統(tǒng)的人工控制污水處理常常導(dǎo)致泵機(jī)組磨損嚴(yán)重，甚至污水外溢，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)與生態(tài)環(huán)境。對污水處理過程進(jìn)行智能化控制，使機(jī)組始終處于最佳狀態(tài)，保證正常生產(chǎn)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境成為污水處理的迫切需求。
一、污水處理工序流程
以某污水處理廠為例。該污水處理廠工程設(shè)計(jì)污水處理量為30萬噸/天，總變化系數(shù)1.3。工業(yè)廢水約占55%，生活污水可占45%，采用A2/O工藝，工序流程如下圖所示：
二、污水處理過程自動控制系統(tǒng)
采用PLC+PC監(jiān)控方式，將儀表測控系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)相結(jié)合，三電合一。有一個(gè)中央控制室與4個(gè)PLC現(xiàn)場控制站，多個(gè)I/O分站，采用光纖、以太網(wǎng)交換機(jī)、Profibus-DP總線等連接，形成工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)。
該系統(tǒng)分為管理層、控制層與執(zhí)行層，實(shí)現(xiàn)污水處理的數(shù)據(jù)采集、顯示，過程控制、報(bào)警，歷史記錄，數(shù)據(jù)查詢等功能。操作方式有就地控制、自動控制與集中手動三種。
1.中央控制室
中央控制室配置兩臺計(jì)算機(jī)操作員站與1臺打印機(jī)，連接以太網(wǎng)系統(tǒng)。兩臺計(jì)算機(jī)操作員站組成雙機(jī)熱備，一臺正常監(jiān)控，一臺備用。操作員站有以下功能：
1）顯示系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，存儲并顯示工序流程的相關(guān)參數(shù)及其運(yùn)行趨勢，以及歷史記錄與歷史數(shù)據(jù)。
2）打印處理工藝流程控制的日報(bào)表、月報(bào)表、參數(shù)報(bào)表及報(bào)警記錄。
3）實(shí)現(xiàn)控制室集中操作――屏幕上設(shè)有設(shè)備的選擇、啟動、停止等操作選項(xiàng)。
4）設(shè)有報(bào)警優(yōu)先級管理，任何異常情況均在屏幕上顯示。
5）進(jìn)行編程、組態(tài)與修改，裝有功能豐富的組態(tài)軟件，可直觀進(jìn)行組態(tài)、編程、設(shè)定和管理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
兩臺計(jì)算機(jī)均可提供數(shù)據(jù)采集與處理，流程控制與報(bào)警及打印報(bào)表等功能。圖形界面包括主畫面與各工藝流程、報(bào)表、參數(shù)、報(bào)警等分畫面。主畫面包括所有廠房、設(shè)備與管道流向，以不同顏色、形狀表示。分畫面顯示各工藝流程的具體參數(shù)及測量值。在線過程參數(shù)（SS、DO、MLSS、ORP、PH等）實(shí)時(shí)監(jiān)測，COD、TN、TP、NH4-N等分析儀每2小時(shí)檢測一次數(shù)據(jù)。
2.PLC控制站
近年來，國家對污水處理監(jiān)控的要求更加嚴(yán)格，從監(jiān)控進(jìn)出口指標(biāo)提高到全面監(jiān)控，污水處理也不再是以開關(guān)量為主，而是增加了大量模擬量和數(shù)據(jù)通訊控制。PLC系統(tǒng)對這些模擬量和通訊數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集分析，再傳輸?shù)街锌厥夜芾硐到y(tǒng)。不僅實(shí)現(xiàn)了污水處理系統(tǒng)運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，也為設(shè)備自動化運(yùn)行提供重要條件。
在本工程的設(shè)計(jì)中，有4個(gè)PLC現(xiàn)場控制站，5個(gè)I/O分站，PLC現(xiàn)場控制站與I/O分站通過總線相連接。按照如下方式對現(xiàn)場控制站進(jìn)行劃分：
①.PLC1――進(jìn)水泵房
在進(jìn)水泵房自動控制過程當(dāng)中，需要通過監(jiān)控的方式完成對以下操作單元的自動控制工作：（1）進(jìn)水井（包括進(jìn)水泵房在內(nèi)）；（2）細(xì)格柵、以及旋流沉淀池反應(yīng)裝置；（3）預(yù)曝氣池以及水解酸化池反應(yīng)單元；（4）進(jìn)水儀表間。在該現(xiàn)場控制站當(dāng)中配有3個(gè)I/O分站，1-1*I/O分站設(shè)于沉砂池，控制沉砂池上的設(shè)備（含儀表），1-2*I/O分站設(shè)于預(yù)曝氣池，控制預(yù)曝氣池與初沉池，1-3*I/O分站設(shè)水解酸化池，控制進(jìn)水、進(jìn)氣閥門。
②.PLC2――鼓風(fēng)機(jī)房配電間
在鼓風(fēng)機(jī)房配電間的自動控制過程當(dāng)中，需要通過監(jiān)控的方式完成對以下操作單元的自動控制工作：（1）生化反應(yīng)池；（2）鼓風(fēng)機(jī)房；（3）污泥泵房；（4）二次沉淀池。該現(xiàn)場控制站設(shè)有PLC操作員終端，可監(jiān)視并控制PLC運(yùn)行與顯示狀態(tài)，并設(shè)有報(bào)警功能。PLC工作方式采用循環(huán)法，每個(gè)周期掃描一次輸入端口，讀取輸入模擬量與數(shù)字量，存儲到指定的存儲單元。
③.PLC3――排海泵房
在排海泵房的自動控制過程當(dāng)中，需要通過監(jiān)控的方式完成對以下操作單元的自動控制工作：（1）排海泵房；（2）雨水泵房。
④.PLC4――脫水機(jī)房
在脫水機(jī)房的自動控制過程當(dāng)中，需要通過監(jiān)控的方式完成對以下操作單元的自動控制工作：（1）儲泥池；（2）污泥濃縮池反應(yīng)裝置；（3）脫水機(jī)房。該現(xiàn)場控制站當(dāng)中配有兩個(gè)I/O分站，3-1*I/O分站設(shè)于污泥濃縮池，控制排泥系統(tǒng)，3-2*I/O分站設(shè)于脫水機(jī)房，控制離心機(jī)、加藥系統(tǒng)等運(yùn)行。
3.現(xiàn)場測量儀表
主要測量與分析儀表包括電磁流量計(jì)、超聲波液位計(jì)、pH計(jì)、超聲波液位差計(jì)、污泥濃度計(jì)、懸浮物濃度計(jì)、超聲波泥位計(jì)、溶解氧分析儀、壓力變送器、TOC分析儀、總磷分析儀、總氮分析儀、氨氮分析儀等。
所有信號均就近輸入PLC控制站或分站，并及時(shí)傳輸至中控室計(jì)算機(jī)操作員站，由系統(tǒng)軟件處理后顯示到界面，參與系統(tǒng)控制。
4.傳輸網(wǎng)絡(luò)
由于污水處理廠因傳輸距離受限及故障檢修不便等因素，沒有采用投資比較大的光纖環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)，也未使用單純Profibus-DP總線連接的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，而是將兩種方式相結(jié)合，在中央控制室與PLC控制站配備1臺工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，交換機(jī)之間通過光纖連接成線性主干網(wǎng)，中央控制室工控機(jī)與PLC控制站通過RJ45口連接至以太網(wǎng)交換機(jī)，PLC控制站與分站通過Profibus-DP總線連接，共同組成工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的特點(diǎn)主要包括：
1）以光纖為主干，能避免傳輸中的信號干擾，且光纖與工業(yè)交換機(jī)成本較低，因而既能滿足數(shù)據(jù)傳輸需要，又能節(jié)省投資。
2）通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，不局限于根據(jù)工藝系統(tǒng)設(shè)置PLC，而是通過PLC控制站與I/O分站，測控點(diǎn)就近連接網(wǎng)絡(luò)。極大的減少了管線的數(shù)量，只在局部采用電纜橋架與電纜溝，能顯著減少施工量。
3）系統(tǒng)擴(kuò)展性與開放性較高。通過交換機(jī)與總線能方面連接設(shè)備配套控制系統(tǒng)，更加適合中小型污水處理廠需求。可通過中控室連接外網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。此外，網(wǎng)絡(luò)權(quán)限設(shè)定也實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的分級控制。
結(jié)語：
總而言之，在我國當(dāng)前水資源矛盾加劇的情況下，采用自動控制系統(tǒng)提高污水處理效率與質(zhì)量是迫切需求。本文所探討的污水處理工程自動控制系統(tǒng)具有投資少、設(shè)計(jì)簡單、控制效果好、易于維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，尤其適合在中小型污水處理廠中推廣使用。
參考文獻(xiàn)
[1] 張英.自動控制系統(tǒng)在某高濃度污水處理項(xiàng)目中的應(yīng)用分析[J].電子制作，2013（02）
[2] 吳興波，李金凱.污水處理計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)[J].設(shè)備管理與維修，2008（08）
[3] 羅向陽.基于PLC及WinCC的控制系統(tǒng)在化工污水處理中的應(yīng)用[J].機(jī)械與電子，2010（S1）
關(guān)鍵詞：PCS7 污水裝置
0引言
煉油污水是煉油化工行業(yè)生產(chǎn)、運(yùn)行過程中產(chǎn)生的不可直接利用的污染水，其污染的種類多、濃度高，對環(huán)境的危害大。煉油污水處理和回收利用一直都是石化領(lǐng)域的關(guān)鍵問題。在煉油過程中由煉油污水引起的環(huán)保問題已成為煉油廠向規(guī)模化發(fā)展的制約因素之一，因此煉油污水處理裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)尤為重要[1]。
1 系統(tǒng)工藝介紹
煉油廠廠區(qū)內(nèi)各工藝裝置排出的含油污水進(jìn)入集水池，由泵送至旋液分離罐進(jìn)行初步油水分離。處理后的污水流入渦凹?xì)飧∠到y(tǒng)，對含油污水作破乳處理，經(jīng)渦凹?xì)飧∠到y(tǒng)處理的出水確保水質(zhì)達(dá)標(biāo)后送至水廠作生化處理。不合格污水通過回流管線回流到污水調(diào)節(jié)池靜置，等水質(zhì)好轉(zhuǎn)后進(jìn)系統(tǒng)處理。系統(tǒng)處理過程中回收的污油集中在污油槽，然后用污油泵送至污油脫水罐脫水處理。系統(tǒng)處理過程中產(chǎn)生的油泥和浮渣集中在油泥槽和浮渣槽里，再用油泥泵及浮渣泵送至浮渣貯存池裝車外運(yùn)。工藝流程如圖1所示。
2基于PCS7的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1基于PCS7控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
1）項(xiàng)目創(chuàng)建時(shí)，PCS7自動在BLOCKS 中加入系統(tǒng)組織塊OB1：循環(huán)處理組織塊OB35：監(jiān)視中斷；OB80：故障響應(yīng)；OB82：診斷中斷；OB85：過程輸入映像診斷；OB100：重新啟動塊OB121：同步錯(cuò)誤響應(yīng)；OB122：I/O訪問錯(cuò)誤診斷。這樣在出現(xiàn)冗余或其它錯(cuò)誤時(shí)能及時(shí)調(diào)用系統(tǒng)中斷，而不會導(dǎo)致CPU停機(jī)。這項(xiàng)功能方便、實(shí)用，排除了很多編程時(shí)可能發(fā)生的問題，因?yàn)閱为?dú)安裝的STEP7中，是需要手動加入這些系統(tǒng)中斷塊的。
2）在工程的程序設(shè)計(jì)中，用的最多是CFC程序組態(tài)。CFC程序組態(tài)是一種圖形式的組態(tài)，方便、直觀，操作簡便。PCS7將許多邏輯、運(yùn)算功能形成了功能塊，在進(jìn)行程序組態(tài)時(shí)，如需用到某種邏輯、運(yùn)算功能，就可在PCS7的功能塊庫中找到與之相應(yīng)的功能塊，將其直接拖放至CFC組態(tài)畫面即可。CFC程序中的大多參數(shù)可以在線修改， 非常方便。
3）上位監(jiān)控系統(tǒng)的控制菜單是通過Plant View建立，編譯后自動生成，而不需要再動手一一建立；PCS7 擁有良好的用戶界面及強(qiáng)大的系統(tǒng)功能塊庫，大大節(jié)省系統(tǒng)編程組態(tài)的時(shí)間和費(fèi)用。該項(xiàng)目調(diào)試時(shí)，選擇在線監(jiān)控，很直觀地看到程序運(yùn)行情況，可隨時(shí)修改程序再試，通過查看診斷緩沖區(qū)信息，很快判斷出故障原因，使程序調(diào)試和尋找問題變得容易，提高了效率。本系統(tǒng)是一個(gè)冗余系統(tǒng)，當(dāng)冗余丟失時(shí)，上位只報(bào)一個(gè)冗余丟失的錯(cuò)誤，但這時(shí)我們把診斷緩沖區(qū)打開，同時(shí)將各個(gè)站的模塊在線信息讀出，則可以判斷出是哪個(gè)站的冗余出了問題，可以非常明確的去目的地處理問題。這樣充分享受到PCS7提供的完善的調(diào)試手段所帶來的好處。
2.2控制器
設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮系統(tǒng)的安全可靠性， 系統(tǒng)采用S7-414為主控制器構(gòu)成的PCS7冗余控制方案，S7-414H 是一個(gè)容錯(cuò)（冗余）的PLC，可有效減少生產(chǎn)的停機(jī)危險(xiǎn)，適用于需盡量避免故障停機(jī)時(shí)間的場合。容錯(cuò)性通過兩個(gè)并行中央控制器實(shí)現(xiàn)，其CPU通過光纖連接，并通過冗余Profibus-DP總線對I/O進(jìn)行控制。錯(cuò)誤發(fā)生時(shí)，將會出現(xiàn)一個(gè)無擾動傳輸控制，熱備單元將在中斷處繼續(xù)執(zhí)行而不丟失任何信息[3]。
2.3電源設(shè)計(jì)
電源采用了冗余的SITOP 電源，保證了系統(tǒng)的兼容性和供電部分的安全可靠。
2.4 上位監(jiān)控及上位與CPU 之間的工業(yè)以太網(wǎng)
上位監(jiān)控采用1臺操作員站，1臺工程師站，每個(gè)站配備有Siemens的CP1613工業(yè)以太網(wǎng)卡，以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)同CPU及其他現(xiàn)場設(shè)備之間的以太網(wǎng)通信。上位機(jī)的以太網(wǎng)口和CPU414H集成的以太網(wǎng)口通過MOXA交換機(jī)連接在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上，完成數(shù)據(jù)的交換。
2.5 CPU 與現(xiàn)場站之間的通信
由于污水裝置占地面積廣，系統(tǒng)運(yùn)用帶冗余通訊接口模ET200M遠(yuǎn)程站。各ET-200M站是經(jīng)PROFIBUS -DP總線串聯(lián)起來的。PROFIBUS-DP總線采用屏蔽雙絞線電纜，把現(xiàn)場的測量值，用數(shù)字通訊的方式送到控制器中。這樣可以省掉大量的電纜和橋架與安裝、調(diào)試工時(shí)，僅硬件線纜及接線就比傳統(tǒng)的集中控制節(jié)省40%的費(fèi)用。現(xiàn)場一次儀表檢測的各種工藝參數(shù)經(jīng)變送器送至支持熱插拔導(dǎo)軌機(jī)架上安裝的I/O模塊。
3 污水裝置控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)案例
3.1 操作界面
流程圖在WINCC編輯畫面下組態(tài)設(shè)計(jì)完成。該污水的工藝流程控制畫面，并可隨意切換：污水總圖、污水進(jìn)料圖、渦凹?xì)飧D、污油浮渣系統(tǒng)圖、罐區(qū)圖、超聲脫水圖、集中參數(shù)圖、歷史趨勢圖。
3.2 重要參數(shù)的顯示和報(bào)警
完成對污水進(jìn)料、渦凹?xì)飧 ⑽塾透≡到y(tǒng)、罐區(qū)、超聲脫水等各部分的溫度、壓力、流量和液位等重要參數(shù)的顯示和報(bào)警。系統(tǒng)共有近100 個(gè)的模擬量測點(diǎn)， 對這些測點(diǎn)的上下限報(bào)警使用傳統(tǒng)的組態(tài)方法是很麻煩的，需要一個(gè)一個(gè)的來做畫面，而在PCS7中，這些工作可以通過PCS7 中的block icon 批量實(shí)現(xiàn)，PCS7 能夠?qū)⒂脩糇龅某绦驂K和監(jiān)控程序WINCC中的@PCS7TEPYICAL 畫面中的圖標(biāo)映射在一起，用戶只需做好程序塊的接口，然后在@PCS7TEPYICAL畫面中做一個(gè)圖標(biāo)，將圖標(biāo)中的對象屬性定義為程序塊中的變量即可。這樣在PCS7 進(jìn)行編譯時(shí)，會在畫面上自動生成塊對應(yīng)的圖標(biāo)。在該污水總圖中，利用圖標(biāo)顏色標(biāo)識模擬量的上下限報(bào)警。報(bào)警信息可按報(bào)警產(chǎn)生順序在Alarm log 中查閱、打印。
3.3 歷史趨勢和報(bào)表
PCS7 中有便利的變量歸檔機(jī)制， 不需要一個(gè)一個(gè)的定義歸檔變量， 僅在編程時(shí)定義好變量的Archive 屬性，這樣在程序編譯時(shí)，系統(tǒng)可以自動的將具有歸檔屬性的變量進(jìn)行記錄，用戶所需做的只是根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)整WINCC 中變量采集和歸檔的周期。如下圖2所示為歷史趨勢圖。
4、總結(jié)
本次控制系統(tǒng)采用完全無縫集成的自動化解決方案——西門子PCS 7系統(tǒng)，其結(jié)合了傳統(tǒng)DCS和PLC 控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。與常規(guī)的DCS和PLC相比，西門子PCS7突出的優(yōu)點(diǎn)在于：系統(tǒng)完整且開放靈活，支持100MB ETHERNET TCP/IP、集成現(xiàn)場總線技術(shù)PROFIBUS，擁有全局關(guān)系數(shù)據(jù)庫SYSBASE，具有較強(qiáng)的診斷功能，不僅提供系統(tǒng)診斷，而且提供智能設(shè)備診斷，組態(tài)軟件豐富、使用方便，控制器采用多任務(wù)處理器，同時(shí)實(shí)現(xiàn)大量負(fù)載回路控制和快速邏輯控制。
選用SIMATIC PCS7 實(shí)現(xiàn)污水裝置系統(tǒng)控制，達(dá)到設(shè)計(jì)控制要求，使污水處理控制過程安全可靠，并具有良好的可操作性。強(qiáng)大的通訊功能使各獨(dú)立的生產(chǎn)單元設(shè)備協(xié)調(diào)統(tǒng)一，集中監(jiān)控，故障查詢方便，集成度高，擴(kuò)展方便，達(dá)到了污水處理過程集中監(jiān)測的目的。
參考文獻(xiàn)
[1] 梁立偉.煉油污水處理廠運(yùn)行過程中PH值的控制方案研究[J].石油化工安全環(huán)保技術(shù)，2010，26（2）：63-64.
關(guān)鍵詞: PLC 污水處理 自動控制
Solution of Automation System Base on PLC in yuhang Waste Water Tr eating Company
Abstract : This paper mainly introduces the component and function of automation system used by Sewage Treatment Company and how to use PLC to achieve automation control on whole company, as well as the issues and their solutions which have been met in the process of implementing the system. And the usage of the automation system can also save money and increase the efficiency of sewage treatment.
Key words: PLC ； waste water treating ； automation control
中圖分類號：U664.9+2文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：
近年來，污水處理廠已成為各個(gè)城市最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一。尤其是中小城市，新建或擴(kuò)建污水處理廠已成為當(dāng)?shù)卣纳迫嗣裆钏降念^等大事。而隨著自動化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展、完善，污水處理廠的自動化水平也相應(yīng)提高。目前在污水處理行業(yè)中多采用PLC進(jìn)行現(xiàn)場控制[1]，上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)行工藝參數(shù)顯示及設(shè)置的SCADA系統(tǒng)控制模式，本文以杭州余杭水務(wù)有限公司余杭污水處理廠為例進(jìn)行系統(tǒng)組成、功能等介紹。
1 污水處理廠的污水處理工藝介紹
杭州余杭水務(wù)有限公司余杭污水處理廠污水處理量6萬噸，廠區(qū)工藝有污水一級處理、污水深度處理及污泥脫水三大工藝。
污水一級處理由粗格柵、提升泵房、細(xì)格柵、旋流沉砂池、厭氧池、氧化溝、二沉池、污泥泵房組成。污水深度處理對經(jīng)過一級處理后的污水進(jìn)行深度處理，達(dá)到國家一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。
深度處理由曝氣生物濾池、活性砂濾池、消毒接觸池組成。
污泥脫水是對污水中的污泥進(jìn)行處理的工藝，由污泥泵房、貯泥池及污泥脫水機(jī)房組成。
2 基于PLC的自控系統(tǒng)
隨著技術(shù)的創(chuàng)新和不斷發(fā)展，污水處理廠的自控系統(tǒng)發(fā)揮了越來越重要的作用，管控一體化技術(shù)不斷在污水處理廠實(shí)現(xiàn)和發(fā)展。光纖以太環(huán)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成為主流，具有速度快，擴(kuò)展性好，兼容性好等優(yōu)點(diǎn)，下圖本廠自控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
PLC采用施耐德公司的ModiconPremium系列PLC，在曝氣生物濾池分站配有觸摸屏，以方便操作人員的現(xiàn)場操作。中控室設(shè)有4臺操作計(jì)算機(jī)，其中兩臺為全廠工藝控制計(jì)算機(jī)，相互備用；另外兩臺為曝氣生物濾池控制計(jì)算機(jī)，也相互備用。中控室計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)為WindowsXP，監(jiān)控軟件選用itouch，調(diào)度中心后臺數(shù)據(jù)庫選用SQL Server2003，已完成對工藝運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的數(shù)據(jù)存儲，并根據(jù)需要生成相應(yīng)的報(bào)表。
3 監(jiān)控功能
系統(tǒng)采用中控室集中控制、控制柜手動控制及現(xiàn)場手動控制三級控制方式。在現(xiàn)場為遠(yuǎn)程控制時(shí)，中控室可以集中控制，當(dāng)現(xiàn)場為手動控制時(shí)，中控室只作為監(jiān)測而不能控制。在中控室，由itouch二次開發(fā)成強(qiáng)大的生產(chǎn)監(jiān)控控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對各工藝生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集，并通過友好直觀的畫面顯示出來。主要可實(shí)現(xiàn)
（1）畫面動態(tài)顯示現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，各工藝的運(yùn)行參數(shù)。
（2）各工藝參數(shù)歷史趨勢的顯示。
（3）實(shí)時(shí)報(bào)警顯示，歷史報(bào)警查詢。
（4）各種報(bào)表的生成及打印。
（5）各控制參數(shù)的設(shè)置。
（6）各設(shè)備的自動，中控啟/停操作。
4 控制實(shí)現(xiàn)
4.1 PLC1中控室分站
中控室分站主要負(fù)責(zé)控制活性砂濾池，回用水泵，出水儀表間，標(biāo)準(zhǔn)排放口控制及數(shù)據(jù)傳輸。活性砂濾池有4臺攪拌機(jī)，6組濾池，3臺空氣壓縮機(jī)及空氣干燥機(jī)。4臺攪拌機(jī)根據(jù)進(jìn)水量通過頻率調(diào)節(jié)控制攪拌強(qiáng)度，濾池通過控制氣管電磁閥控制濾池的開停。通過控制儲氣罐壓力合理安排3臺空氣壓縮機(jī)的自動開停，使儲氣罐壓力在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。標(biāo)準(zhǔn)排放口前安裝2臺回用水泵，一臺變頻一臺工頻。變頻根據(jù)工藝要求設(shè)定為壓力控制方式[2]。通過PID調(diào)節(jié)提升回用水管中的壓力，使管道壓力在設(shè)定的要求。出水儀表間數(shù)據(jù)通過PLC1上傳數(shù)據(jù)，可以在監(jiān)控計(jì)算機(jī)監(jiān)測到出水水質(zhì)。
4.2 PLC2進(jìn)水泵房分站
進(jìn)水泵房分站主要負(fù)責(zé)控制粗、細(xì)格柵，進(jìn)水提升泵，旋流沉砂設(shè)備的控制。
4.21粗、細(xì)格柵控制
通過對粗、細(xì)格柵的控制實(shí)現(xiàn)污水雜物的撈取。為保證格柵在不被阻塞的前提下盡量減少耗電量必須根據(jù)工藝要求盡量減少格柵的運(yùn)行時(shí)間。因此，可根據(jù)格柵前后的液位差，判斷格柵的阻塞情況對格柵進(jìn)行啟停操作。還可根據(jù)設(shè)定的間隔時(shí)間及運(yùn)行時(shí)間對格柵進(jìn)行控制。通過人機(jī)界面可對格柵運(yùn)行方式(時(shí)間、液位差)及運(yùn)行液位、停止液位、運(yùn)行時(shí)間、間隔時(shí)間等工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。
4.22提升泵的控制
污水廠提升泵房內(nèi)共有4臺提升泵、2臺變頻泵(一用一備)、2臺工頻泵。變頻泵可根據(jù)工藝要求設(shè)定為液位控制方式和流量控制方式[2]。在流量控制方式下，通過PID調(diào)節(jié)提升泵出口流量，使出口流量在設(shè)定流量范圍內(nèi)。在液位控制方式下，由于提升泵房蓄水量很大，當(dāng)進(jìn)行液位調(diào)整時(shí)，勢必出現(xiàn)液位響應(yīng)緩慢，從而引發(fā)變頻泵頻率的振蕩。在這種情況下，傳統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)方式將無法進(jìn)行控制。考慮到實(shí)際情況及對工藝的理解，編制程序使變頻泵頻率變化不僅依賴于實(shí)際液位與設(shè)定液位的差值，而且將液位的變化率也作為一項(xiàng)控制依據(jù)。根據(jù)工藝實(shí)際情況修改設(shè)定液位差及相應(yīng)的設(shè)定變化率后，液位在整個(gè)調(diào)節(jié)過程中沒有出現(xiàn)大的振蕩，運(yùn)行良好。在自動方式下，當(dāng)變頻泵頻率超過設(shè)定高限時(shí)應(yīng)該啟動一臺軟啟動泵，同時(shí)將變頻泵頻率降到初始值，以保證液位或流量不會出現(xiàn)振蕩。反之，當(dāng)變頻泵頻率低于設(shè)定低限時(shí)停止一臺軟啟動泵，同時(shí)將變頻泵頻率升高到初始值。
4.23旋流沉砂控制
旋流沉砂系統(tǒng)主要是根據(jù)時(shí)間進(jìn)行控制，鼓風(fēng)機(jī)、洗砂閥、提砂閥、砂水分離器根據(jù)工藝設(shè)定的間隔時(shí)間及運(yùn)行時(shí)間自動啟停。
4.3 PLC3，PLC4氧化溝分站
關(guān)鍵詞：污水處理廠；曝氣過程控制；控制性能評價(jià)；應(yīng)用
良好的污水處理工藝自動控制系統(tǒng)，既能保障污水處理廠設(shè)備連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，又可實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗在工藝升級改造中得到關(guān)注和應(yīng)用。由于我國城市污水處理廠活性污泥法曝氣供氧能耗占全廠總能耗的60%以上，因此，如何控制好曝氣過程，確保污水處理廠的穩(wěn)定運(yùn)行和節(jié)能降耗具有重要的意義。
1 污水處理廠概況
某污水處理廠，采用二級生化處理加深度處理工藝，處理能力為10萬m d，采用改良型同步脫氮除磷工藝，每組包括預(yù)缺氧區(qū)、厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)。其中好氧區(qū)為接近完全混合狀態(tài)的氧化溝型，由5根空氣干管和閥門控制5個(gè)曝氣區(qū)域。該污水處理廠出水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》9（GB 18918―2002）一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。
2 曝氣系統(tǒng)控制性能評價(jià)方法
2.1在線數(shù)據(jù)來源
從中央控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中以5min為間隔，選取溶解氧濃度、氣體流量等實(shí)時(shí)動態(tài)數(shù)據(jù)；由污水處理廠提供工藝運(yùn)行數(shù)據(jù)和出水水質(zhì)數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)動態(tài)數(shù)據(jù)采用統(tǒng)計(jì)分析方法，通過計(jì)算平均值和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差等指標(biāo)，反映曝氣控制系統(tǒng)的性能和運(yùn)行狀況。
2.2 性能評價(jià)指標(biāo)
曝氣系統(tǒng)的性能評價(jià)指標(biāo)應(yīng)滿足數(shù)據(jù)易獲取、計(jì)算簡單、可橫向比較等要求。本文從溶解氧控制效果、能耗水平和工作效率3個(gè)方面衡量曝氣系統(tǒng)的性能。
2.2.1溶解氧控制效果
溶解氧控制效果指標(biāo)包括均值偏差和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差。均值偏差指溶解氧儀實(shí)際讀數(shù)的平均值偏離溶解氧設(shè)定值的大小，反映控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確度；相對標(biāo)準(zhǔn)偏差指溶解氧儀讀數(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差與實(shí)際讀數(shù)平均值的比值，反映控制系統(tǒng)的精確度。計(jì)算公式如下：
3 結(jié)果和討論
3.1出水水質(zhì)影響
曝氣控制過程主要影響生化系統(tǒng)COD和氨氮的去除。由于COD的利用途徑多，且去除COD的異養(yǎng)菌在活性污泥中濃度與活性較高，所以一般情況下，可溶性COD比氨氮更早降解完全。因此，本文主要討論曝氣控制對出水氨氮的影響。
3.2溶解氧控制效果
根據(jù)實(shí)施曝氣過程控制系統(tǒng)前后半個(gè)月的溶解氧變化情況，數(shù)據(jù)來源于好氧池在線溶解氧儀表（HACH，0～20 mg L），5min 間隔的在線數(shù)據(jù)。可以看出，在控制以前，溶解氧波動范圍比較大，在0.5～6mg L變動；實(shí)施控制系統(tǒng)以后溶解氧被控制在一個(gè)更穩(wěn)定的范圍，在0.5～2.5mg L變動.因此，曝氣過程控制系統(tǒng)可以達(dá)到溶解氧穩(wěn)定控制的目標(biāo)，避免了溶解氧波動造成活性污泥微生物生存條件的劇烈變化。
3.3能耗水平
3.3.1氣水比
根據(jù)實(shí)施曝氣過程控制前后，氣水比的變化情況，計(jì)算數(shù)據(jù)分別來源于氣體流量計(jì)（E+H，0～3000m h）和超聲波流量計(jì)（E+H，0.75m s）。可以看出，曝氣系統(tǒng)將溶解氧控制在1.0～1.5mg L后，氣水比為1～2平均值為1.34±0.17，低于控制前的氣水比1.61±0.22和A O 工藝的常見值3～4。這說明通過控制曝氣，達(dá)到了降低污水處理曝氣強(qiáng)度、節(jié)約氣量的效果。
3.3.2曝氣單耗
實(shí)施曝氣控制后，鼓風(fēng)機(jī)曝氣單耗在0.07～0.17KW?h m內(nèi)變化平均，值為（0.096±0.021）KW?h m，低于控制前的曝氣單耗（0.120±0.029）KW?h m，也低于A O工藝的常見值0.267KW?h m。這說明通過曝氣過程控制，能夠在工藝優(yōu)化的基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低曝氣能耗。
曝氣單耗直觀表達(dá)了處理單位體積污水的能量消耗，是衡量曝氣過程控制的定量指標(biāo)。曝氣單耗的影響因素包括進(jìn)水污染物濃度、曝氣設(shè)備的充氧性能、總風(fēng)機(jī)效率等。進(jìn)水污染物濃度越高，需氧量越大；曝氣設(shè)備的充氧性能越低，需要風(fēng)機(jī)提供的風(fēng)量也越大，曝氣單耗也就升高。同時(shí)，風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率也是影響曝氣單耗的關(guān)鍵因素，總風(fēng)機(jī)效率越低，損失的能量越多，曝氣單耗就越高。
4 影響工程實(shí)施效果的因素分析
通過該污水處理廠實(shí)際運(yùn)行曝氣控制系統(tǒng)的情況來看，影響系統(tǒng)性能的主要因素包括風(fēng)機(jī)選型、閥門性能、進(jìn)水負(fù)荷和在線儀表的質(zhì)量等。
4.1風(fēng)機(jī)選型
鼓風(fēng)機(jī)是整個(gè)曝氣控制系統(tǒng)的核心設(shè)備，若鼓風(fēng)機(jī)選型不合理，風(fēng)機(jī)風(fēng)量與曝氣強(qiáng)度不匹配，將導(dǎo)致實(shí)際工況與最優(yōu)工作點(diǎn)之間差距較大，造成能耗浪費(fèi)。
4.2閥門性能
閥門的性能決定了曝氣系統(tǒng)PID副回路的控制質(zhì)量。常用的工業(yè)閥門都具有良好的理想特性曲線，但在實(shí)際工作中，由于管道阻力和水深壓力的存在，工作曲線往往發(fā)生畸變。
該污水處理廠10根空氣干管閥門就發(fā)生了不同程度的畸變，其中有四個(gè)閥門最嚴(yán)重。實(shí)際工作曲線已進(jìn)入阻塞流狀態(tài)，開度在低于10%和高于50%時(shí)基本不能改變流量，導(dǎo)致閥門可調(diào)節(jié)區(qū)間變小，曝氣控制效果減弱。因此，良好的閥門控制性能是曝氣控制系統(tǒng)正常運(yùn)行的保證。
4.3進(jìn)水負(fù)荷
進(jìn)水負(fù)荷的快速和大幅度變化會影響曝氣過程控制的效果。 由于泵的啟停是離散變化，造成的進(jìn)水沖擊負(fù)荷會讓生化處理的需氣量迅速升高，鼓風(fēng)機(jī)加大供氣量，但溶解氧反應(yīng)具有一定的延遲性，因此容易出現(xiàn)溶解氧的超調(diào)現(xiàn)象。因此，需要增開1臺泵后，控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)氣體流量逐漸升高，但溶解氧仍出現(xiàn)較大幅度震蕩。
4.4在線儀表
曝氣控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行依賴于在線儀表（如解氧儀、水質(zhì)儀表等）的準(zhǔn)確可靠讀數(shù)，因此在線儀的質(zhì)量和日常維護(hù)工作會影響到控制系統(tǒng)的性能現(xiàn)。針對污水處理的特性，應(yīng)該選擇響應(yīng)快、測量準(zhǔn)確、抗污染能力強(qiáng)的儀表，如選用新型的LDO溶解氧儀。同時(shí)還應(yīng)加強(qiáng)定期維護(hù)，包括每天巡視、每月清洗探頭、每季度標(biāo)定儀表等，保證在線儀表正常工作。
5 結(jié)論
綜上所述，本文闡述了曝氣控制系統(tǒng)在實(shí)際污水處理廠應(yīng)用的效果，從某污水處理廠運(yùn)行效果可見，控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)溶解氧濃度的穩(wěn)定控制，保障出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，降低曝氣單元的能耗。同時(shí)，對于污水處理廠優(yōu)化曝氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行具有借鑒意義。
參考文獻(xiàn)
Abstract: This paper introduces the Siemens Industrial Ethernet in the sewage treatment control system. The use of Industrial Ethernet realizes centralized control of the entire system of sewage treatment plant field devices, monitoring and data acquisition, saves running cost, and achieve enterprise integrated automation management.
關(guān)鍵詞：工業(yè)以太網(wǎng)；網(wǎng)絡(luò)配置；硬件系統(tǒng)；污水處理
Keywords: Industrial Ethernet; network configuration; hardware system; sewage treatment
中圖分類號：TN711 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：
水是人類生存、生活的重要物質(zhì)。隨著工業(yè)不斷發(fā)展與人口不斷增加，造成水資源的污染和短缺。近年來，工業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)中的現(xiàn)場設(shè)備之間的互連和信息集成中廣泛應(yīng)用，可以極大的提高地域跨度大、設(shè)備部署相對分散的污水處理行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)而提升其社會效益。
1、污水處理工藝
城市污水處理系統(tǒng)由格柵、沉砂池、初沉池、二沉池、曝氣池、污泥濃縮池、污泥消化池、消毒間等組成。首先采用物理法對污水進(jìn)行1級處理，去除污水中呈懸浮狀態(tài)的固體污染物質(zhì)。1級處理主要包括粗格柵、細(xì)格柵、沉砂池。1級處理完成后進(jìn)入2級處理過程。該過程一般采用生物處理法，利用活性污泥法或生物膜法使污水中的有機(jī)物被微生物吸收或分解氧化為無機(jī)物，污水得到進(jìn)一步凈化。2級處理主要包括生物濾池、曝氣池和二沉池。二沉池的出水經(jīng)過消毒排放進(jìn)入3級處理，常用的工藝有混凝沉淀和過濾。污泥處理主要包括濃縮、消化、脫水、堆肥或衛(wèi)生填埋。
2、基于工業(yè)以太網(wǎng)的污水處理控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要遵循以下兩條設(shè)計(jì)原則：
①與污水處理工藝緊密結(jié)合起來，滿足該污水處理廠運(yùn)行管理和安全監(jiān)控的需求，提高運(yùn)行效率，降低運(yùn)行成本。對污水處理廠的各系統(tǒng)工藝流程的現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀況、故障報(bào)警等信息能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控。②控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)備有適當(dāng)?shù)挠嗔浚阌谙到y(tǒng)的維護(hù)和升級，有利于污水處理新工藝、新設(shè)備的順利應(yīng)用。控制系統(tǒng)為主系統(tǒng)與子系統(tǒng)相互結(jié)合，便于調(diào)試和維護(hù)。
3、控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
本文所涉及的工業(yè)控制系統(tǒng)，現(xiàn)場設(shè)備數(shù)量眾多、部署地域分散、使用工況復(fù)雜，各工藝單元的功能相對獨(dú)立。針對這種現(xiàn)狀，采用中控室控制模式來建立自動化工業(yè)控制系統(tǒng)。中控室對全廠的工藝流程信息進(jìn)行監(jiān)控，并發(fā)出控制命令，利用現(xiàn)場的控制單元，分散地控制現(xiàn)場設(shè)備，使各工藝單元獨(dú)立的、安全的、自動的運(yùn)行。
設(shè)計(jì)需要考慮系統(tǒng)的建設(shè)成本以及網(wǎng)絡(luò)的兼容性和可擴(kuò)展性等因素，所以采用工業(yè)以太網(wǎng)作為過程監(jiān)控層的通信方式。而在現(xiàn)場設(shè)備層，則根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備的實(shí)際情況，采用各種接入方式將現(xiàn)場設(shè)備接入工業(yè)以太網(wǎng)，利用工業(yè)交換機(jī)和分布式I/O端口實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場設(shè)備間通信。該設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)、PLC和工業(yè)以太網(wǎng)所組成的分布式工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)。
4、控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置
污水處理廠監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò)主要用于過程監(jiān)控、優(yōu)化、調(diào)度等方面信息的傳輸。其信息傳輸?shù)奶攸c(diǎn)是具有一定的周期性和實(shí)時(shí)性，數(shù)據(jù)吞吐量較大。因此，要求網(wǎng)絡(luò)具有較大的帶寬。現(xiàn)場設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)處于工廠綜合自動化系統(tǒng)的最底層，用于連接工業(yè)現(xiàn)場變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、遠(yuǎn)程I／O、數(shù)據(jù)采集器等現(xiàn)場設(shè)備。本系統(tǒng)采用以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線混合型結(jié)構(gòu)。現(xiàn)場層采取現(xiàn)場總線控制，管理層、監(jiān)控層、現(xiàn)場層之間通過工業(yè)以太網(wǎng)相聯(lián)。現(xiàn)場層的通訊采用PROFIBUS-DP主／從協(xié)議，使用屏蔽雙絞線作為傳輸介質(zhì)，不同的子網(wǎng)和不同介質(zhì)之間通過耦合器或接口模塊連接。其他層使用以太網(wǎng)協(xié)議，通過通訊處理模塊進(jìn)行通訊協(xié)議的轉(zhuǎn)換。因此，本系統(tǒng)中PLC既是現(xiàn)場總線中的一個(gè)站，又是以太網(wǎng)上的一個(gè)站點(diǎn)。控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置簡圖，見圖1。
圖1控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置簡圖
4.1現(xiàn)場總線配置
以PLC作為主動站，控制電機(jī)的變頻器以及工藝中應(yīng)用的智能傳感器和遠(yuǎn)程I／O設(shè)備作為從動站。本系統(tǒng)所選用西門子S7-300系列PLC，型號為CPU315-2DP。其CPU本身集成了PROFIBUS-DP總線的端口，可直接接入現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。
污水處理系統(tǒng)中控制電機(jī)的變頻器及測量設(shè)備，如DO儀、溫度計(jì)、pH計(jì)、液位計(jì)等在接入PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)時(shí)，除智能型可直接接入外，其他需接入遠(yuǎn)程I／O后再通過ET200接入網(wǎng)絡(luò)，利用STEP 7軟件對硬件進(jìn)行組態(tài)。
4.2工業(yè)以太網(wǎng)配置
西門子S7-300系列PLC接入以太網(wǎng)時(shí)，配置了CP343-1通訊模塊，它具有獨(dú)立處理經(jīng)過工業(yè)以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。通過配置統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)地址，利用交換機(jī)實(shí)現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)的接入。
4.3數(shù)據(jù)采集和控制模塊
采用西門子的S7-300系列輸入輸出模塊。
(1)數(shù)字量輸入（Digital Input，DI)模塊
將現(xiàn)場設(shè)備傳輸過來的數(shù)字信號電平轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部信號電平。現(xiàn)場的控制柜設(shè)計(jì)考慮到交、直流不能混用的情況，所有的數(shù)字量輸入模塊都采用西門子SM321的16點(diǎn)直流輸入。
(2)數(shù)字量輸出（Digital Output，DO)模塊
將PLC內(nèi)部信號電平轉(zhuǎn)換為控制現(xiàn)場設(shè)備開啟或停止的外部信號電平。可以作為小型帶載繼電器，直接驅(qū)動接觸器、指示燈及小型電動機(jī)等。根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況，釆用西門子SM322的16點(diǎn)繼電器直流輸出模塊。
(3)模擬量輸入（Analogy Input, AI)模塊
模擬量傳感器測得的物理信號，經(jīng)過變送器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘杺魅隤LC的模擬輸入端口。這些物理信號一般包括：溫度、液位、流量、壓力等。通過A/D轉(zhuǎn)換部件，將其轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部可以使用的數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)控制提供方便。依據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況，采用西門子SM331 (16X12bit，16路12位）模擬量輸入模塊。
4.4通信模塊
在西門子S7-300系列所釆用的工業(yè)以太網(wǎng)模塊為CP 343-1通信處理器。通過它可以將P L C接入工業(yè)以太網(wǎng)。交換機(jī)在元器件的選用中采用了工業(yè)級，與商業(yè)級的交換機(jī)相比，它具有良好的抗干擾性，具有防潮、防雷、防靜電、防干擾、防震、防塵等功能，防護(hù)等級高。因此，在惡劣環(huán)境下具有商業(yè)級芯片或元器件所不具備的高可靠性。
結(jié)語：在污水處理控制系統(tǒng)中采用西門子工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)，既可以簡化各種現(xiàn)場總線間的連接，又可以少使用相關(guān)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備連接現(xiàn)場總線和管理層以太網(wǎng)，對辦公自動化網(wǎng)絡(luò)訪問工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)的提供了新途徑。
參考文獻(xiàn)
[1] 曾云.工業(yè)以太網(wǎng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究[D]. 武漢大學(xué) 2005
關(guān)鍵詞：污水處理；自動化控制系統(tǒng)；工業(yè)以太網(wǎng)
中圖分類號：C931.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：
引言
污水處理是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，整個(gè)過程的可變因素很多，如：水量、濃度、溫度、機(jī)械設(shè)備運(yùn)行情況等，因此需要一種高級的控制系統(tǒng)，使之能對生產(chǎn)過程出現(xiàn)的各種數(shù)據(jù)給予采集、計(jì)算，得出運(yùn)行狀態(tài)是否正常的結(jié)論，并能給操作人員以有益的提示。而自動化控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、工業(yè)自動化組態(tài)軟件等相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展使污水處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)真正的自動化成為可能。
本文淺析PLC組成的控制系統(tǒng)，對粗格柵、污水提升泵房、細(xì)格柵渠、曝氣沉砂池、生物除臭裝置、改良型 A2/O生化池、消毒池、二沉池及配水井、儲泥池、脫水機(jī)房等各處理工藝段的參數(shù)進(jìn)行采集、處理，對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)操作，并根據(jù)污水處理工藝要求對生化池反應(yīng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)全過程的自動控制。
1 目前污水處理存在的不足
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，城市污水處理也經(jīng)歷了迅速發(fā)展的過程，總的來看，城市污水處理還存在一些不足：
（1）城市污水處理廠決策時(shí)，缺乏準(zhǔn)確、及時(shí)的原始數(shù)據(jù)和情況分析；
（2）城市污水處理廠管理中的信息冗余、準(zhǔn)確性差、不暢通；
（3）城市污水處理廠計(jì)劃能力差，生產(chǎn)不均衡，影響出水水質(zhì)和能源的合理利用。
2 污水處理廠自動化控制系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用
2.1 設(shè)計(jì)原則
（1）自動化控制系統(tǒng)應(yīng)綜合考慮生產(chǎn)、管理、安全、經(jīng)濟(jì)等諸多因數(shù)，各工藝生產(chǎn)過程和相關(guān)設(shè)備均應(yīng)納入自動化控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，使系統(tǒng)達(dá)到技術(shù)先進(jìn)、性能可靠、價(jià)格合理。“集中監(jiān)控和管理、分散控制、數(shù)據(jù)共享”以保證整個(gè)污水處理廠運(yùn)行協(xié)調(diào)一致。
（2）滿足污水處理廠生產(chǎn)管理、污水處理工藝對自動化控制的要求，保證自動化控制系統(tǒng)在配置上的完整性和適應(yīng)性。集成化原則，應(yīng)選擇高效集成的設(shè)備，便于控制、管理和維護(hù)。模塊化原則，應(yīng)在軟、硬件上都采用商業(yè)化、通用化、模塊化結(jié)構(gòu)的設(shè)備，使系統(tǒng)具有較強(qiáng)的擴(kuò)展能力。
（3）硬件配置應(yīng)符合國際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可靠性高、適應(yīng)能力強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、操作維護(hù)簡便。配置具有開放性結(jié)構(gòu)、良好的人機(jī)界面、完整的系統(tǒng)平臺軟件；管理軟件、監(jiān)控軟件、現(xiàn)場控制軟件的編制從方便管理、控制最優(yōu)的角度進(jìn)行。
2.2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本控制系統(tǒng)按參與生產(chǎn)程度級別劃分為：管理級、控制級、現(xiàn)場級三個(gè)級別。
（1）管理級—中央控制室
中央控制室負(fù)責(zé)監(jiān)控全廠水處理過程中各工藝參數(shù)變化、設(shè)備工作狀態(tài)及運(yùn)行管理。由于污水處理是一個(gè)連續(xù)的生產(chǎn)過程，一旦發(fā)生故障會對生產(chǎn)造成嚴(yán)重的影響，因此，在中央控制室配置二臺工業(yè)用計(jì)算機(jī)，互為熱備工作狀態(tài)，確保數(shù)據(jù)的完整、準(zhǔn)確。工程師站可對整個(gè)組態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)、調(diào)試、控制、參數(shù)修改以及采集數(shù)據(jù)、監(jiān)控等。操作員站可通過各種畫面監(jiān)視全廠工藝參數(shù)變化情況、各設(shè)備的運(yùn)行情況及故障發(fā)生情況等。
（2）控制級—現(xiàn)場控制站
現(xiàn)場控制站采用可編程控制器（PLC），它的主要功能是進(jìn)行開關(guān)邏輯運(yùn)算，對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行順序控制、邏輯控制，接收由現(xiàn)場設(shè)備送來的信號，對采集的模擬量進(jìn)行運(yùn)算，并與上位機(jī)或同級的控制站進(jìn)行信息數(shù)據(jù)的交換，從而實(shí)現(xiàn)對整個(gè)生產(chǎn)過程的自動控制。
（3）現(xiàn)場級—現(xiàn)場控制箱及儀表
現(xiàn)場設(shè)備一般位于被控生產(chǎn)過程的附近，主要包括各類傳感器、變送器和執(zhí)行設(shè)備以及就地控制箱等。其中，傳感器和變送器采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并將所采集的物理量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電信號送往各現(xiàn)場控制站PLC。PLC將控制信號送給執(zhí)行器，從而實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的啟停、開關(guān)控制。污水處理廠主要用到的儀表有：電磁流量計(jì)、超聲波液位計(jì)、溶解氧測定儀、壓力變送器、濁度儀等。
2.3 控制方式
污水處理廠自動控制方式有三種：就地手動控制、遠(yuǎn)程手動控制、遠(yuǎn)程自動控制，其控制級別按此順序由高到低排列。
其中，就地手動控制的優(yōu)先級別最高，當(dāng)現(xiàn)場控制箱上的狀態(tài)選擇開關(guān)打到“就地”檔時(shí)，由現(xiàn)場操作人員手動控制設(shè)備運(yùn)行，上位機(jī)只能監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行情況而不能對設(shè)備進(jìn)行操作；當(dāng)狀態(tài)選擇開關(guān)打到“遠(yuǎn)程”檔時(shí)，由PLC控制站或上位機(jī)的信號控制設(shè)備運(yùn)行。遠(yuǎn)程控制又包括手動控制和自動控制。當(dāng)現(xiàn)場控制箱上的狀態(tài)選擇開關(guān)打到“遠(yuǎn)程”檔時(shí)，遠(yuǎn)程控制起作用。當(dāng)設(shè)備處于“遠(yuǎn)程手動”時(shí)，操作人員可通過中央監(jiān)控室的監(jiān)控畫面對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行啟停、開關(guān)控制。遠(yuǎn)程手動控制一般用于測試單個(gè)設(shè)備的工作是否正常、測試通信網(wǎng)絡(luò)的暢通與否、并輔助“自動控制”在自動控制出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)調(diào)節(jié)設(shè)備運(yùn)行。當(dāng)設(shè)備處于“遠(yuǎn)程自動”時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)無需工作人員的參與，設(shè)備的運(yùn)行完全由各現(xiàn)場控制站的PLC根據(jù)污水處理廠的實(shí)際工況及生產(chǎn)要求進(jìn)行控制。
3 現(xiàn)場控制站監(jiān)控范圍和主要功能
3.1預(yù)處理系統(tǒng)控制站（LCU1）
LCU1站主要負(fù)責(zé)對污水預(yù)處理階段即粗格柵間、污水提升泵房、細(xì)格柵、曝氣沉砂池、生物除臭裝置、進(jìn)水參數(shù)等處的數(shù)據(jù)采集及設(shè)備監(jiān)控。
本子站實(shí)現(xiàn)以下主要功能:根據(jù)粗格柵前后液位差或時(shí)間周期控制格柵機(jī)的啟停，無軸螺旋輸送機(jī)與格柵機(jī)連鎖運(yùn)行；根據(jù)液位控制潛污泵的啟停臺數(shù)，按照運(yùn)行時(shí)間，先開先停某臺水泵；根據(jù)液位差或時(shí)間周期控制細(xì)格柵機(jī)的啟停，無軸螺旋輸送機(jī)與細(xì)格柵機(jī)的聯(lián)動；實(shí)現(xiàn)砂水分離器與排砂泵控制和聯(lián)動運(yùn)行；各個(gè)設(shè)備狀態(tài)信號采集；各個(gè)生化參數(shù)采集；實(shí)現(xiàn)對鼓風(fēng)總風(fēng)量的監(jiān)測。
3.2 1#變配電室控制站（LCU2）
LCU2 站監(jiān)控范圍為：1#鼓風(fēng)機(jī)房、改良型A2/O 生化池、污泥泵房、消毒接觸池、二沉池、二沉池配水井、中水處理裝置、流量計(jì)井、1#變配電室范圍內(nèi)的設(shè)備、儀表以及出廠水質(zhì)參數(shù)的檢測。
本子站實(shí)現(xiàn)以下主要功能：對整個(gè)污水處理廠高、低壓供電系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和報(bào)警;根據(jù)好氧池上的DO儀檢測值，通過控制進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥，實(shí)現(xiàn)對好氧區(qū)域DO的調(diào)節(jié)，達(dá)到最佳處理效果；DO的設(shè)定值可人工任意設(shè)定，控制范圍在設(shè)定值的上下區(qū)間內(nèi)；根據(jù)進(jìn)水流量和污泥泵站液位控制回流污泥泵的啟動，從而達(dá)到根據(jù)工藝要求控制回流污泥量；控制二沉池吸刮泥機(jī)的運(yùn)行；回流和剩余污泥流量監(jiān)測；遠(yuǎn)程手動控制潛水?dāng)嚢杵鞯仍O(shè)備；各個(gè)設(shè)備狀態(tài)及儀表信號的采集。
3.3 污泥脫水間控制站（LCU3）
LCU3 的控制范圍為：儲泥池、沖洗水池、污泥脫水間、絮凝劑投配系統(tǒng)。
本子站實(shí)現(xiàn)以下主要功能：檢測離心脫水系統(tǒng)、絮凝劑投加系統(tǒng)等設(shè)備的運(yùn)行、故障等狀態(tài)信號。
4 主要設(shè)備的控制原理
4.1粗、細(xì)格柵的控制
在粗、細(xì)格柵機(jī)的前后位置安裝一套超聲波液位差計(jì)，通過格柵前后的液位差來反映格柵阻塞程度，并傳輸?shù)絇LC控制器，進(jìn)行分析計(jì)算。當(dāng)液位差超過預(yù)設(shè)的數(shù)值，控制格柵運(yùn)行，清除垃圾，保障正常過水。同時(shí)，為了保證設(shè)備正常運(yùn)行，當(dāng)檢測到格柵機(jī)一定時(shí)間沒有運(yùn)行，則強(qiáng)制設(shè)備運(yùn)行，防止設(shè)備長時(shí)間不運(yùn)行而出現(xiàn)問題或是由于液位差傳感器的錯(cuò)誤信號導(dǎo)致設(shè)備不能正常運(yùn)行。
4.2污水提升泵的控制
為實(shí)現(xiàn)進(jìn)水提升泵的自動控制，在提升泵房安裝了2臺超聲波液位計(jì)，用以測量泵房的液位，實(shí)時(shí)傳輸?shù)絇LC控制器及上位機(jī)，進(jìn)行系統(tǒng)分析，通過PLC中設(shè)置的參數(shù)對提升泵的運(yùn)行自動控制，泵房共設(shè)置4臺提升泵，三大一小，根據(jù)提升泵房的液位值，與預(yù)設(shè)的值進(jìn)行比較，自動判斷決定啟動泵的類型和臺數(shù)。根據(jù)泵累計(jì)運(yùn)行時(shí)間，確定備用泵的啟動，以均衡泵的耗損。
4.3曝氣系統(tǒng)的控制
生化池好氧段內(nèi)不同位置共安裝了4臺溶氧儀，PLC根據(jù)溶解氧DO實(shí)測值與設(shè)定值間的偏差和變化趨勢調(diào)節(jié)風(fēng)管調(diào)節(jié)閥的開度，使好氧段的溶解氧DO保持在一個(gè)理想的范圍中。同時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)根據(jù)風(fēng)管壓力的變化調(diào)節(jié)前后導(dǎo)葉開度，保持出口壓力的恒定。
4.4回流泵的控制
PLC根據(jù)進(jìn)水流量和污泥泵站液位，與預(yù)設(shè)的參數(shù)進(jìn)行比較，自動判斷決定啟動泵的臺數(shù)，控制回流污泥量，保證生化池中的混合液濃度在一定的范圍內(nèi)。
4.5剩余污泥泵的控制
剩余污泥量是根據(jù)污泥脫水機(jī)的運(yùn)行需要來進(jìn)行控制的，通過測量貯泥池的液位來控制剩余污泥泵的運(yùn)行臺數(shù)，使得剩余污泥量滿足脫水機(jī)的需要。
5 結(jié) 語
本文對自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、現(xiàn)場控制站監(jiān)控范圍和主要功能以及控制原理等作了簡略的介紹。通過采用先進(jìn)的控制技術(shù)應(yīng)用于污水處理，調(diào)控系統(tǒng)運(yùn)行過程中相關(guān)參數(shù)的變化，使其保持良好的工作狀態(tài)，系統(tǒng)運(yùn)行更具安全性、穩(wěn)定性，提高了工作效率，也降低了能耗和工人的勞動強(qiáng)度。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，提高污水處理的自動控制程度已成為污水治理工程中一個(gè)廣闊的拓展領(lǐng)域。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞：現(xiàn)場總線 工業(yè)以太網(wǎng) 分散控制 水處理
概述
隨著網(wǎng)絡(luò)化、信息化概念向自動化領(lǐng)域的不斷滲透，水處理自動化控制理念和技術(shù)也在不斷發(fā)展。在上世紀(jì)末新型的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)突破了DCS系統(tǒng)中通信由專用網(wǎng)絡(luò)的封閉系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)所造成的缺陷，試圖將基于封閉、專用的解決方案變成了基于公開化、標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案。此后，上位機(jī)、PLC和現(xiàn)場總線構(gòu)成的集散監(jiān)控系統(tǒng)逐步成為水處理自動化的主流。但由于不同行業(yè)不同應(yīng)用派生出的不同的總線系統(tǒng)，加之經(jīng)濟(jì)利益的沖突，各種不同的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)之間的互不兼容嚴(yán)重束縛了不同廠商設(shè)備之間的互連，使得現(xiàn)場總線成為受廠商限制的專用網(wǎng)絡(luò)。而隨著以太網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，它不僅在辦公自動化領(lǐng)域而且在工業(yè)自動化場合得到了廣泛應(yīng)用，許多控制器、PLC、智能儀表和執(zhí)行器，乃至DCS系統(tǒng)已經(jīng)帶有以太網(wǎng)接口，這些都標(biāo)志著工業(yè)以太網(wǎng)已經(jīng)成為真正開放互連的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向，它將對水處理自動化技術(shù)產(chǎn)生很大的影響。 在嘉興市污水處理工程中，成功地應(yīng)用了上位機(jī)+PLC+工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)成的分布式監(jiān)控系統(tǒng)。實(shí)踐證明，這樣的控制系統(tǒng)對水處理工業(yè)來說是安全、可靠和經(jīng)濟(jì)適用的，它將成為水處理自動化控制技術(shù)的主流。
系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 圖1 嘉興污水處理系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
整個(gè)網(wǎng)絡(luò)方案如圖1如示，主監(jiān)控中心、沿線各泵站和污水處理廠采用德國Hirschmann公司的卡軌式工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)構(gòu)成100M bps以太網(wǎng)光纖環(huán)（大環(huán)），污水處理廠內(nèi)部的中央控制室和第一、第二分控站也采用同樣的交換機(jī)構(gòu)成工業(yè)以太網(wǎng)光纖環(huán)（小環(huán)）。大環(huán)與小環(huán)之間用兩條屏蔽雙絞線形成冗余連接。所以，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上是一個(gè)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。考慮傳輸距離長，大環(huán)和小環(huán)線路均采用單模光纖。交換機(jī)分別帶有兩個(gè)內(nèi)置的100Mbps單模光纖口，傳輸所用的光波波長為1300nm。在各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，采用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將本地設(shè)備，如計(jì)算機(jī)、PLC、VIP發(fā)射器、IP電話等連接到本地的以太網(wǎng)交換機(jī)。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)方案具有如下特點(diǎn)： 交換式以太網(wǎng)，保證了系統(tǒng)的確定性。對于實(shí)時(shí)控制來講，其網(wǎng)絡(luò)必須是一個(gè)確定性的網(wǎng)絡(luò)。所謂的確定性是要求網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)难舆t不超過系統(tǒng)所允許的最大值。傳統(tǒng)的以太網(wǎng)是基于載波偵聽多路訪問/沖突檢測（CSMA/CD）的介質(zhì)訪問機(jī)制，因而本質(zhì)上不保證傳輸?shù)拇_定性。但以太網(wǎng)可通過三種方式獲得確定性，一是限制流量，二是使用主-從通信方式，三是采用以太網(wǎng)交換機(jī)。本系統(tǒng)采用交換機(jī)將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分成多個(gè)沖突域，從而消除了沖突，實(shí)現(xiàn)了確定性。
環(huán)形冗余方案，保證了系統(tǒng)的可靠性。過去由于沒有其他可供選擇的方案，冗余網(wǎng)絡(luò)大都采用雙總線方式實(shí)現(xiàn)。隨著以太網(wǎng)和交換技術(shù)的發(fā)展使得建立冗余環(huán)網(wǎng)成為可能。在同樣冗余度的情況下，冗余環(huán)比雙總線方式減小了風(fēng)險(xiǎn)的集中和降低了實(shí)現(xiàn)成本。如果系統(tǒng)中大環(huán)或小環(huán)的光纖發(fā)生故障，環(huán)形結(jié)構(gòu)將在小于500ms時(shí)間內(nèi)切換成具有全部傳輸能力的總線結(jié)構(gòu)。在大環(huán)和小環(huán)之間有兩條雙絞線通道，一條作為主線，一條作為備用線，實(shí)現(xiàn)冗余連接。當(dāng)主線發(fā)生故障時(shí)，備用線在500ms內(nèi)自動啟用，從而確保了環(huán)與環(huán)之間的可靠通信。
以太網(wǎng)允許系統(tǒng)不斷擴(kuò)展。與現(xiàn)場總線相比，以太網(wǎng)具有向下兼容性。對于雙絞線或光纖介質(zhì)，如果將傳輸速度從10Mbps提升到100Mbps，在大多數(shù)場合不需要改變現(xiàn)有的布線，只需更新網(wǎng)絡(luò)設(shè)備即可。同樣，如果將本系統(tǒng)主干網(wǎng)從100Mbps以太網(wǎng)提升到千兆以太網(wǎng)，只需升級網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備，而無需重新鋪設(shè)光纜。
數(shù)據(jù)、語音、視頻“三網(wǎng)合一”。在本系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)不僅用于控制數(shù)據(jù)的傳輸，同時(shí)也作為語音和視頻的傳輸平臺。每個(gè)泵站均設(shè)有一臺帶有云臺的攝像頭，其視頻輸出和音頻信號以及云臺控制信號經(jīng)過VIP發(fā)射器壓縮并轉(zhuǎn)換成符合H.323標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字多媒體信號接入到以太網(wǎng)上，在監(jiān)控端通過專門的解碼軟件對遠(yuǎn)程視頻實(shí)現(xiàn)監(jiān)視和記錄，并可遠(yuǎn)程控制云臺的動作。
基于MODBUS/TCP的應(yīng)用層協(xié)議的透明網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。MODBUS/TCP即基于TCP/IP的MODBUS協(xié)議，它在傳輸層選用標(biāo)準(zhǔn)的傳輸控制協(xié)議TCP，它能在收到經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳來的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的情況下，通過應(yīng)答與重傳機(jī)制來保證可靠地傳輸，從而保證了傳輸過程中的可靠性。MODBUS本身就是一個(gè)開放的協(xié)議，為眾多的供應(yīng)商所支持。目前MODBUS/TCP已經(jīng)成為一個(gè)事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，為其它工控設(shè)備提供了通用的接口。網(wǎng)絡(luò)層采用IP協(xié)議，用戶只需了解控制設(shè)備的IP地址即可實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間通信，而與低層網(wǎng)絡(luò)地址和硬件無關(guān)，對用戶來說具體的某個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元（硬件和軟件）的存在仿佛不存在一樣，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以看成一個(gè)透明網(wǎng)絡(luò)。
控制系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)
傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）是建立在各種各樣現(xiàn)場總線基礎(chǔ)上的網(wǎng)絡(luò)集成式全分布控制系統(tǒng)，嘉興污水控制系統(tǒng)則是一個(gè)典型的基于工業(yè)以太網(wǎng)平臺的集成式全分布控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)借鑒了現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，按照集中管理分散控制的原則，大環(huán)和小環(huán)均采用兩級控制。一級為管理控制站，位于主監(jiān)控中心和污水處理廠中央控制室，由微機(jī)、顯示器、打印機(jī)、UPS電源、PLC0及模擬屏等組成，目的是對主要工藝設(shè)備的控制和調(diào)度，對生產(chǎn)過程中的工藝參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、優(yōu)化和調(diào)整，對主要工藝流程進(jìn)行動態(tài)模擬和趨勢分析，以及對整個(gè)系統(tǒng)的音視頻監(jiān)視。二級為現(xiàn)場控制站，在每個(gè)泵站以及污水廠的水區(qū)（第一分控站）和泥區(qū)（第二分控站）都配置了獨(dú)立的PLC控制器，實(shí)時(shí)采集流量、壓力等工藝參數(shù)并控制水泵以及其它設(shè)備的運(yùn)行；各泵站的PLC控制器之間通過以太網(wǎng)通信實(shí)現(xiàn)動作的互鎖和聯(lián)動。
由于最遠(yuǎn)的兩個(gè)站之間的距離較大，約60公里，為了使節(jié)點(diǎn)間距離保持均衡，不必采用大功率的光收發(fā)器，在光纜鋪設(shè)過程中，采用跳躍式的布線方式，從而使相鄰節(jié)點(diǎn)間距離不大于20公里。
因?yàn)榇蟓h(huán)與小環(huán)是同質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，在實(shí)現(xiàn)時(shí)將大環(huán)與小環(huán)直接互聯(lián)，而不采用污水處理廠中央控制室的上位機(jī)作為網(wǎng)關(guān)，使得主監(jiān)控中心的上位機(jī)既可以直接采集污水廠的PLC數(shù)據(jù)，也可以通過污水處理廠中央控制室的上位機(jī)查看污水廠的實(shí)時(shí)控制數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，從而使得整個(gè)系統(tǒng)可以獨(dú)立于污水處理廠中央控制室正常運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)，也使污水處理廠中央控制室作為備用的監(jiān)控中心在主監(jiān)控中心發(fā)生故障的情況下控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。
與現(xiàn)場總線通信相比，工業(yè)以太網(wǎng)平臺支持SNMP簡單網(wǎng)管協(xié)議，具有實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)視功能。在實(shí)現(xiàn)時(shí)通過網(wǎng)管軟件與上位機(jī)軟件的數(shù)據(jù)交換，將實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)數(shù)據(jù)和報(bào)警集成到上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，從而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)故障的實(shí)時(shí)報(bào)警和診斷功能。
上位機(jī)軟件與PLC之間的通信及其與網(wǎng)絡(luò)管理軟件之間的通信均采用標(biāo)準(zhǔn)的OPC（OLE for Process Control）通信方式。OPC（OLE for Process Control）是現(xiàn)場設(shè)備級和過程管理級進(jìn)行信息交互的開放的接口標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范，其目的是允許自動化和控制應(yīng)用程序、控制設(shè)備以及商業(yè)和辦公應(yīng)用軟件之間相互操作。基于這一標(biāo)準(zhǔn)我們將來自不同硬件供應(yīng)商的不同類型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的OPC數(shù)據(jù)格式，以O(shè)PC接口的方式提供給客戶應(yīng)用程序，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集成。
考慮到所選用的PLC本身帶有WEB服務(wù)器，在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程中可以通過網(wǎng)頁游覽器查看PLC中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，使系統(tǒng)具有簡單方便的WEB監(jiān)控功能。
結(jié)束語
嘉興市污水處理工程所采用的基于工業(yè)以太網(wǎng)的集成式全分布控制系統(tǒng)，集中應(yīng)用了當(dāng)今計(jì)算機(jī)、通信、CRT顯示、控制工業(yè)（4C）的最新技術(shù)，是現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的最新發(fā)展。由于它采用了開放和通用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的通信接口，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)、語音和視頻的“三網(wǎng)合一”，為污水處理提供了一個(gè)技術(shù)先進(jìn)、功能完善、監(jiān)控可靠的實(shí)例。同時(shí)隨著自動化系統(tǒng)的發(fā)展，越來越多的場合要求將自動控制系統(tǒng)、企業(yè)信息系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)相結(jié)合，所以本控制方案也對交通、治金、化工、電力等行業(yè)的工程應(yīng)用具有廣泛的參考價(jià)值。
陽憲惠主編，現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用，北京：清華大學(xué)出版社，1999
Ray Horak著，徐勇等譯，通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)，北京：電子工業(yè)出版社，2001
胡俊，工業(yè)以太網(wǎng)和基于Internet的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，世界儀表與自動化，pp. 43-45, Vol.6, No.2, 2002
Distributed Water Treatment Control System Implemented on Industrial Ethernet
Gao Gengxi, Hu Jun
