一、引言

隨著杭州市蕭山區(qū)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和城市人口不斷增加，污水處理行業(yè)也快速發(fā)展起來，污水處理廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)成為污水處理穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。針對污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)及污水工藝設(shè)備安全運(yùn)行的重要性，提出PLC和監(jiān)控組態(tài)軟件技術(shù)在污水處理項(xiàng)目應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，并以實(shí)際系統(tǒng)為例，說明自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及實(shí)現(xiàn)。

二、系統(tǒng)介紹

1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：
　　為了保證污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，設(shè)計(jì)中采用了四級控制和管理方案對整套污水處理系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，管理層可實(shí)時(shí)監(jiān)測污水處理的運(yùn)行狀況，有助于管理層做出正確的規(guī)劃。監(jiān)控層選用兩臺(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行冗余，實(shí)時(shí)觀察設(shè)備的運(yùn)行狀況。控制層選用西門子公司PLC（S7400+S7300+S7200）做為控制器，充分顯示了“集中監(jiān)測，分散控制”的原則。設(shè)備層采用了運(yùn)行記錄儀、超聲波流量計(jì)、COD在線測試儀、PH（工業(yè)酸度）在線測試儀、變頻控制器等，并配備相應(yīng)的軟件，確保可靠、有效地運(yùn)行。

2.系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D：

3.系統(tǒng)構(gòu)成

　　上位機(jī)監(jiān)控軟件采用力控ForceControl監(jiān)控組態(tài)軟件（網(wǎng)絡(luò)版），本軟件提供的人機(jī)交互界面，使操作人員可以通過CRT直觀地了解現(xiàn)場各工藝參數(shù)及故障報(bào)警，根據(jù)生產(chǎn)需要發(fā)出相應(yīng)的控制指令；另外使用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器記錄歷史數(shù)據(jù)，為提高生產(chǎn)效率制定新的生產(chǎn)方案提供可靠的依據(jù)。控制核心采用西門子PLC，其特點(diǎn)是體積小、功能多、可靠性高。編程后的PLC能夠按照內(nèi)部程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，程序啟停現(xiàn)場設(shè)備。

　　由于現(xiàn)場監(jiān)控點(diǎn)多、布局分散，且各工序工藝獨(dú)立，為簡化電纜鋪設(shè)、降低系統(tǒng)成本、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，采用四臺(tái)PLC組建了PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)對生產(chǎn)工藝進(jìn)行監(jiān)控。其中PLC控制均質(zhì)調(diào)節(jié)池、再生池、沉淀池、水解池、好氧池、二沉池、污泥脫水、消毒、一級處理的所有設(shè)備及傳感器。PLC間數(shù)據(jù)通過總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

操作人員通過力控ForceControl監(jiān)控組態(tài)軟件向PLC發(fā)出相應(yīng)的控制指令后，由PLC對現(xiàn)場進(jìn)行直接控制。此時(shí)即便上位機(jī)出現(xiàn)故障（如死機(jī)、掉電等），也不會(huì)影響系統(tǒng)的正常工作，大大提高了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。工藝流程圖如下：

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4.測控方式：

污水處理過程的共同特點(diǎn)是開關(guān)量多，模擬量少，以邏輯控制為主，閉環(huán)控制為輔。整套污水處理流程有多個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，包括液位、PH值、溶氧、濁度、頻率、泵運(yùn)行狀態(tài)等。每個(gè)PLC均由電源、處理器、接口、輸入輸出模塊和通訊模塊組成，他們之間通過總線連接，每個(gè)PLC均采用相同的編程方法，有利于編寫和擴(kuò)展程序。各模擬量參數(shù)通過相應(yīng)的變送器輸出4~20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號，通過屏蔽電纜接至PLC的AI模塊。各模擬量輸出控制信號是以4~20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號，從PLC的AO模塊通過屏蔽電纜接至相應(yīng)設(shè)備。這些設(shè)備包括變頻器、啟閉閥門。數(shù)字輸入信號為24V直流電信號，通過電纜接至PLC的DI模塊。數(shù)字輸出控制信號為24V直流電信號，從PLC的DO模塊通過電纜接至現(xiàn)場設(shè)備。每臺(tái)現(xiàn)場設(shè)備原則在其相應(yīng)現(xiàn)地箱上輸出有三個(gè)狀態(tài)信號：故障、運(yùn)行/停止、手動(dòng)/自動(dòng)，和一個(gè)啟動(dòng)信號。為了使現(xiàn)場與PLC完全隔離，PLC所有數(shù)字量模塊與現(xiàn)地箱中間須加輔助繼電器。所有輸出信號（包括模擬量和數(shù)字量）由PLC內(nèi)部程序或上位機(jī)指令控制。

5.軟件設(shè)計(jì)：

  上位機(jī)軟件采用力控ForceControl監(jiān)控組態(tài)軟件為開發(fā)平臺(tái)，它的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫功能、OPC Server功能、人機(jī)界面功能、冗余功能、圖形功能、報(bào)表打印等功能集于一身，包含動(dòng)態(tài)顯示、報(bào)警、控件、趨勢、網(wǎng)絡(luò)通訊等組件。整套系統(tǒng)建設(shè)有多幅實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面，包括系統(tǒng)總貌、混合池、爆氣池、沉淀池、穩(wěn)定池、污泥脫水系統(tǒng)、剩余污泥泵站、污泥儲(chǔ)池、預(yù)處理、一級處理，通過指示燈表明設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。在電機(jī)運(yùn)行方式為手動(dòng)時(shí)，若需將畫面切成自動(dòng)，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊畫面下電機(jī)啟動(dòng)按鈕即可遠(yuǎn)程啟動(dòng)現(xiàn)場設(shè)備。傳感器的瞬時(shí)值依據(jù)實(shí)際安裝位置被分別標(biāo)注到不同的分布工藝流程圖中，其實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)被做成相應(yīng)分布圖的子畫面。整個(gè)軟件界面使用Windows控件，呈樹狀排列，查閱、操作簡便。數(shù)據(jù)庫是上位機(jī)監(jiān)控軟件的核心所在，因此須依據(jù)實(shí)際需要首先將其建設(shè)好，然后將各功能模塊進(jìn)行恰當(dāng)?shù)慕M合。實(shí)際編程過程中在定義變量時(shí)，記錄可設(shè)定為不記錄、數(shù)據(jù)變化時(shí)記錄和定時(shí)記錄，根據(jù)實(shí)際情況選擇相應(yīng)的設(shè)置，從而節(jié)省存儲(chǔ)空間。報(bào)表分為實(shí)時(shí)報(bào)表和歷史報(bào)表，方便用戶管理。

三、結(jié)束語：

　　該污水處理廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和查詢、報(bào)表的顯示和打印等多項(xiàng)功能，且用戶界面操作良好，易于學(xué)習(xí)。系統(tǒng)具有良好的通用性、可擴(kuò)展性和可維護(hù)性。由于具有設(shè)計(jì)簡單、投資少、控制效果好、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高了管理水平、達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，適用于中小型污水處理廠。