在污水處理過程中要求整個(gè)系統(tǒng)必須安全叉趣、可靠運(yùn)行追城，在工藝設(shè)備捣域、儀表、電氣自控系統(tǒng)琢岩、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)投剥、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等方面担孔，系統(tǒng)的可靠性是考慮的第一原則江锨。

1  引言

隨著中國工業(yè)的快速發(fā)展，人們物質(zhì)生活的提高糕篇，同時(shí)我們生活環(huán)境的污染日益加劇啄育，尤其是水污染已經(jīng)嚴(yán)重地威脅到了人類的健康，在全球推進(jìn)低碳經(jīng)濟(jì)拌消，節(jié)能減排的大趨勢(shì)下挑豌，如何節(jié)能、高效地解決污水處理問題墩崩，已經(jīng)成為社會(huì)研究的熱點(diǎn)氓英。在加之國家對(duì)環(huán)保投入的不斷增加以及污水處理行業(yè)改革的不斷深入，城市污水處理廠運(yùn)營管理向市場化鹦筹、專業(yè)化铝阐、規(guī)模化泌醋，集團(tuán)化趨勢(shì)發(fā)展昂游。因此，對(duì)污水處理廠的生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)施全方面自動(dòng)控制與遠(yuǎn)程監(jiān)控赌拒，對(duì)降低運(yùn)行成本跳窖、加強(qiáng)生產(chǎn)管理、確保污水處理工藝的正常高效運(yùn)行和水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放贵郎、提升企業(yè)運(yùn)營管理的效率和品質(zhì)具有十分重要的意義职靴。

在污水處理過程中要求整個(gè)系統(tǒng)必須安全、可靠運(yùn)行因饥，在工藝設(shè)備抹欢、儀表、電氣自控系統(tǒng)请立、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)脉织、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等方面捐憔，系統(tǒng)的可靠性是考慮的第一原則篙耗。

2  工藝流程分析

污水處理一般來說包含以下三級(jí)處理：一級(jí)處理是它通過機(jī)械處理，如格柵宪赶、沉淀或氣浮宗弯，去除污水中所含的石塊、砂石和脂肪、油脂等蒙保。二級(jí)處理是生物處理辕棚，污水中的污染物在微生物的作用下被降解和轉(zhuǎn)化為污泥。三級(jí)處理是污水的深度處理邓厕，它包括營養(yǎng)物的去除和通過加氯逝嚎、紫外輻射或臭氧技術(shù)對(duì)污水進(jìn)行消毒。工藝流程如圖1所示详恼。

圖1  污水處理廠a2/0接觸氧化工藝流程圖

2.1預(yù)處理

(1) 粗細(xì)格柵分別按時(shí)間順序進(jìn)行控制补君，15min為一個(gè)周期，間歇時(shí)間10min昧互，每次運(yùn)行時(shí)間為5min挽铁。粗細(xì)格柵同時(shí)還有設(shè)在格柵前后的超聲波液位計(jì)的液位差控制，當(dāng)液位差大于25cm時(shí)机凭，格柵同時(shí)連續(xù)運(yùn)行迟伤。直到液位差下降小于10cm時(shí)，格柵恢復(fù)到時(shí)序控制狀態(tài)運(yùn)行飘含。

(2)污水提升泵的控制：污水提升泵主要根據(jù)水位啟動(dòng)和關(guān)閉燃悍。當(dāng)池水位降至低水位(由液位計(jì)控制)時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)鼓笨。根據(jù)水池水位，出廠水流量和水源進(jìn)水量決定源水泵的開啟臺(tái)數(shù)劈狼，并按先啟動(dòng)先停車的原則锰胀，對(duì)累計(jì)工作時(shí)間多的先停的原則，輪換進(jìn)行工作艺崔，原則上一用一備涣疑。

(3) 沉砂池：沉砂池旋流除砂機(jī)、攪拌機(jī)藕壹、砂水分離器可與提升泵實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制诞嗦。

2.2羅茨鼓風(fēng)機(jī)房

羅茨鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由變頻器調(diào)節(jié)，其控制原理是首先將設(shè)定值與檢測值進(jìn)行比較得到精確量e和ec椿访，通過模糊化變換成模糊量乌企，再根據(jù)由大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和專家經(jīng)驗(yàn)得出的模糊知識(shí)庫把模糊輸入量進(jìn)行模糊推理得到相應(yīng)的模糊控制量，經(jīng)模糊判決將模糊控制量轉(zhuǎn)化為精確控制量輸出成玫，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)曝氣量的控制加酵，進(jìn)而調(diào)節(jié)池中的do濃度。

在上位機(jī)上能檢測到鼓風(fēng)機(jī)的電流大小哭当。厭氧猪腕、好養(yǎng)池上不同角落安裝攝像頭在控制室可觀察布風(fēng)是否均勻，觀察水的色度及變化情況。好養(yǎng)段安裝在線do檢測儀陋葡，進(jìn)水出水安裝在線cod自動(dòng)檢測儀亚亲。

2.3剩余污泥泵站

在泵站內(nèi)安裝超聲波液位計(jì)并在中控室顯示水位，當(dāng)水位超過2米時(shí)腐缤，水泵開始工作朵栖，當(dāng)水位小于0.7米時(shí)，水泵停機(jī)并發(fā)報(bào)警信號(hào)到中控室柴梆。當(dāng)污泥池水位超過設(shè)定的最高水位時(shí)陨溅，水泵停止工作。

2.4二沉池沸根、脫水機(jī)房

二沉池污泥泵可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟停根據(jù)池內(nèi)污泥的液位變化設(shè)上限開下限停健十，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。加藥裝置自動(dòng)配料瘟百，溶解织娶，投加于一體，定量投藥裝置具有液位控制掺变、物料檢測掐赠、振動(dòng)輔助下料。

出水口電磁流量計(jì)流量在中控室上顯示帆骗。

圖2  plc系統(tǒng)圖

3  監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

污水處理廠自控系統(tǒng)的要求是對(duì)污水處理過程進(jìn)行自動(dòng)控制和自動(dòng)調(diào)節(jié)糯湃，使處理后的水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到要求的范圍。在中控室發(fā)出上傳指令時(shí)的席，將當(dāng)前時(shí)刻運(yùn)行過程中的主要工作參數(shù)(水質(zhì)參數(shù)捧擂、流量、液位等)赁至、運(yùn)行狀態(tài)及一定時(shí)間段內(nèi)的主要工藝過程曲線等信息上傳到中控室艾遗。

3.1 功能設(shè)計(jì)

(1)控制操作。在中心控制室能對(duì)被控設(shè)備進(jìn)行在線實(shí)時(shí)控制瓣俯，如啟停某一設(shè)備杰标，調(diào)節(jié)某些模擬輸出量的大小，在線設(shè)置plc的某些參數(shù)等彩匕。為保證污水處理廠的安全運(yùn)行腔剂，自控系統(tǒng)設(shè)立三種控制方式：現(xiàn)場就地控制、屏柜控制和遠(yuǎn)程中控室控制⊥频В現(xiàn)場就地控制是指通過設(shè)備本地控制箱手動(dòng)控制設(shè)備的開啟或關(guān)閉桶蝎；屏柜控制是指在配電房能夠控制部分設(shè)備的開啟或關(guān)閉，并配有觸摸屏能夠在其實(shí)現(xiàn)主要設(shè)備的開啟與關(guān)閉谅畅，并能顯示其設(shè)備的狀態(tài)和參數(shù)登渣；遠(yuǎn)程中控室控制室指由中控室通過現(xiàn)場總線對(duì)全廠的生產(chǎn)過程進(jìn)行控制噪服、監(jiān)測和記錄，并能對(duì)設(shè)備可以進(jìn)行手動(dòng)和自動(dòng)開啟或關(guān)閉胜茧。三種控制方式的關(guān)系如下：中控室上位機(jī)可通過plc直接控制有關(guān)設(shè)備和主要設(shè)備粘优，如果中控室或網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，操作員可通過就地控制箱對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制呻顽。

(2)顯示操作去谈。用圖形實(shí)時(shí)地顯示各現(xiàn)場被控設(shè)備的運(yùn)行工況，以及各現(xiàn)場的狀態(tài)參數(shù)喇纬。

(3)數(shù)據(jù)管理费罚。依據(jù)不同運(yùn)行參數(shù)的變化快慢和重要程度，建立生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)庫凯书，存儲(chǔ)生產(chǎn)原始數(shù)據(jù)滋池，供統(tǒng)計(jì)分析使用。利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和分析咬恨，得出一些有用的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)茸暖，有利于優(yōu)化曝氣池的準(zhǔn)閉環(huán)控制，并把一些必要的參數(shù)和結(jié)果顯示到實(shí)時(shí)畫面和報(bào)表中去邀漩。

(4)報(bào)警管理畦瞒。當(dāng)某一模擬量(如電流、壓力绿踱、水位等)測量值超過給定范圍或某一開關(guān)量(如電機(jī)啟停冠秉、閥門開關(guān))閥發(fā)生變位時(shí)，可根據(jù)不同的需要發(fā)出不同等級(jí)的報(bào)警并能夠?qū)崿F(xiàn)聲光報(bào)警陋住。系統(tǒng)可自動(dòng)切除相關(guān)故障設(shè)備或切換到現(xiàn)場手動(dòng)操作方式漏设。同時(shí)記錄事故內(nèi)容，并對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行事故追憶今妄。

(5)打印功能≡П蹋可以實(shí)現(xiàn)報(bào)表和圖形打印以及各種事件和報(bào)警實(shí)時(shí)打印盾鳞。打印方式可分為：定時(shí)打印、事件觸發(fā)打印瞻离。

(6)運(yùn)行與保護(hù)腾仅。對(duì)運(yùn)行設(shè)備、儀表電氣自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)保證其安全可靠的保護(hù)措施套利，如推励，潛水電機(jī)具有電機(jī)過熱保護(hù)功能，回流泵還具備泄露保護(hù)功能肉迫，提升泵除具備上述功能外验辞，具備油室進(jìn)水和定子過熱保護(hù)功能稿黄。plc及傳感器系統(tǒng)供電設(shè)計(jì)有1：1隔離變壓器，傳感器必要時(shí)需加裝信號(hào)隔離器防止信號(hào)干擾跌造。

3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)由生產(chǎn)過程上位pc機(jī)睡谒、plc控制、pt觸摸屏系統(tǒng)組成尾丑。根據(jù)污水處理廠工藝流程和設(shè)備情況榆墅，控制系統(tǒng)采用集中式plc(可編程序控制器)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)擬采用歐姆龍生產(chǎn)的cj1系列熔淘，該系統(tǒng)為單元式結(jié)構(gòu)榨未，plc與上位機(jī)通訊采用controller link通訊，plc與觸摸屏通訊采用rs232串口通訊饼痘。設(shè)計(jì)中考慮系統(tǒng)余量為20%收谭，便于今后擴(kuò)展。數(shù)字量信號(hào)為24vdc臊链；模擬量儀表信號(hào)為4~20ma楚瘾。plc系統(tǒng)如圖2所示。

3.3 配置設(shè)計(jì)

(1)其歐姆龍生產(chǎn)的cj1系列plc設(shè)備配置(①:nt-nl001②:cj1m-pa205r③:cj1m-cpu12④:cj1m-scu41⑤-⑧：cj1w-id231⑨：cj1w-od231⑩-(11):cj1w-ad081-v1(12):cj1w-da081)

(2)plc系統(tǒng)和儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)均由ups電源獨(dú)立供電侄掠，設(shè)浪涌電源保護(hù)器碧农。plc和儀表系統(tǒng)均采用獨(dú)立信號(hào)接地系統(tǒng)，接地電阻不大于1歐姆钻哩，且接地體原理防雷接地體20m屹堰。當(dāng)條件不允許時(shí)，亦可采用共用接地系統(tǒng)街氢，但接地電阻必需小于1歐姆扯键，且系統(tǒng)為一點(diǎn)接地。

(3)主要過程檢測儀表的設(shè)置：粗細(xì)格柵前后擬設(shè)超聲波液位計(jì)各1套珊肃，測量粗細(xì)格柵前后的液位值荣刑，當(dāng)液位值預(yù)設(shè)上限值時(shí)，起到事故報(bào)警的作用伦乔。在消毒池后的出水總管上設(shè)電磁流量計(jì)厉亏，測量出水流量。在氧化溝設(shè)溶解氧分析儀1套烈和，適時(shí)檢測反應(yīng)段的溶解氧氣量爱只，采集的信號(hào)輸入plc，通過程序運(yùn)算輸出到鼓風(fēng)機(jī)變頻器招刹，從而控制鼓風(fēng)機(jī)的供氣量恬试；并設(shè)cod分析儀，也可設(shè)ph儀疯暑、色度儀等牧稳。在貯泥池設(shè)超聲液位計(jì)1套茫绅，采集貯泥池的泥位信號(hào)，由此控制貯泥池的攪拌機(jī)的啟動(dòng)巍慧、停止绿壮，在超過液位上限位時(shí)發(fā)出報(bào)警。在二沉池污泥井設(shè)液位浮球控制污泥潛水泵設(shè)備啟停并园。

上位機(jī)提供一個(gè)人機(jī)交互界面湃纸，使操作人員可以通過上位機(jī)和模擬屏直觀的了解現(xiàn)場各工藝參數(shù)及故障報(bào)警，發(fā)出相應(yīng)的控制指令樊颁。大容量存儲(chǔ)器記錄歷史數(shù)據(jù)犀掸。控制核心采用plc澳银，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)控棒冠，程序啟停現(xiàn)場設(shè)備慨即。

控制提升泵站型肥、沉砂池、氧化溝蝠咆、二沉池踊东、回流污泥泵站的所有設(shè)備及傳感器，剩余污泥泵站刚操、儲(chǔ)泥池闸翅、加藥間、脫水間的所有設(shè)備及傳感器菊霜。

操作人員通過上位機(jī)向plc發(fā)出相應(yīng)的控制指令后坚冀，由plc對(duì)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)鉴逞、掉電等)记某，也不會(huì)影響系統(tǒng)的正常工作，plc能夠?qū)ΜF(xiàn)場的設(shè)備進(jìn)行欲處理构捡。

3.4測控方式

整套污水處理流程可有多個(gè)監(jiān)控點(diǎn)辙纬，包括液位、ph值叭喜、溶氧、cod党滓、色度矗赔、濁度、頻率狠楞、泵運(yùn)行狀態(tài)等坦浦。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(hào)辙求，通過屏蔽電纜接至plc的ai模塊。信號(hào)從plc的ao模塊通過屏蔽電纜接至相應(yīng)變頻器怔赤、啟閉閥門弟诲。數(shù)字輸入信號(hào)為24v直流電信號(hào)，通過電纜接至plc的di模塊分较。數(shù)字輸出控制信號(hào)為24v直流電信號(hào)徘伯，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)場控制箱上輸出有三個(gè)狀態(tài)信號(hào)：故障南垦、運(yùn)行/停止就考、手動(dòng)/自動(dòng)和一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)(并把相應(yīng)信號(hào)反饋給plc)。為了使現(xiàn)場與plc完全隔離跛鸵，plc所有數(shù)字量模塊與現(xiàn)地箱中間必須加輔助繼電器贯卦。所有輸出信號(hào)(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。

3.5 上位機(jī)組態(tài)軟件

上位機(jī)軟件采用的是ifix組態(tài)軟件為開發(fā)平臺(tái)焙贷，整套系統(tǒng)建設(shè)有多幅實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面撵割，包括污水系統(tǒng)總貌、預(yù)處理提升泵站與沉砂池辙芍、氧化溝啡彬、二沉池、加藥脫水間沸手。通過plcdi反饋信號(hào)表明設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)外遇。在pc機(jī)上也可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)與自動(dòng)兩種方式控制，在電機(jī)運(yùn)行方式為手動(dòng)時(shí)契吉，可用鼠標(biāo)點(diǎn)擊畫面電機(jī)啟動(dòng)按鈕遠(yuǎn)程啟動(dòng)各現(xiàn)場設(shè)備跳仿。各儀表的瞬時(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)分布圖的子畫面捐晶。整個(gè)軟件界面呈樹狀排列菲语，便于查閱、操作簡便惑灵。數(shù)據(jù)庫是上位機(jī)監(jiān)控軟件的核心所在山上，因此必須依據(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合私舱。實(shí)際編程過程中在定義變量時(shí)畦肉，記錄可設(shè)定為不計(jì)錄、數(shù)據(jù)變化時(shí)記錄和定時(shí)記錄菊舅，要根據(jù)實(shí)際情況選擇相應(yīng)的設(shè)置礁姿，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)表兩種舆滞。

3.6 plc軟件和觸摸屏

觸摸屏直接和plc主機(jī)相連菱区，同樣采用樹形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)顿墨，依據(jù)不同的生產(chǎn)工藝區(qū)，將所有控制設(shè)備分成：提升泵站绎瓣、沉砂池稼孤、氧化溝、二沉池堵忌、回流污泥泵站扇述、剩余污泥泵站、儲(chǔ)泥池眷篇、脫水加藥間萎河、脫泥間設(shè)備。所有傳感器的值均歸屬于各自的子界面蕉饼。

4  結(jié)束語

4.1 功能實(shí)現(xiàn)

(1) 對(duì)整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備及運(yùn)行結(jié)果(泥位虐杯、液位、流量等)具有控制昧港、監(jiān)視擎椰、參數(shù)設(shè)定、故障報(bào)警创肥、故障診斷功能达舒。

(2) 根據(jù)污水處理工藝和邏輯的要求，嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)備開啟叹侄、停止巩搏、故障或緊急停機(jī)等控制。

(3) 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)顯示趾代，畫面將各個(gè)工藝流程直觀的顯示在屏幕上贯底，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的工作狀態(tài)和參數(shù)。

(4) 選擇合理的自動(dòng)運(yùn)行模式撒强，使整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行處于安全穩(wěn)定的狀態(tài)挽后，并能達(dá)到污水處理的工藝要求。

(5) 當(dāng)設(shè)備或控制參數(shù)接近非正常狀態(tài)時(shí)鸠头，界面有報(bào)警提示镇盛，并伴有聲音報(bào)警。

(6) 進(jìn)行報(bào)警歷史記錄诱价，將故障分類整理歸檔卜锡，且報(bào)警記錄不可刪除，用于事故分析和追憶涧俐。

(7) 歷史數(shù)據(jù)通過歷史庫進(jìn)行存儲(chǔ)翩腹，操作人員可以方便的生成重要設(shè)備和監(jiān)測指標(biāo)的運(yùn)行報(bào)表和曲線，并具有隨時(shí)進(jìn)行調(diào)用、打印功能刷裂。

(8) 系統(tǒng)具有用戶權(quán)限管理功能，對(duì)工程各關(guān)鍵操作都設(shè)有不同級(jí)別的權(quán)限吏恃，以保證系統(tǒng)的安全性米萝。

4.2 技術(shù)方向展望

隨著污水處理技術(shù)的迅速發(fā)展，控制系統(tǒng)性能的不斷提高代虾，可以預(yù)見进肯，plc自動(dòng)控制系統(tǒng)在污水處理控制領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著對(duì)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的了解和研究的深入棉磨，智能化現(xiàn)場儀表和設(shè)備將應(yīng)用到污水處理廠江掩，構(gòu)成完整的自控系統(tǒng)，會(huì)進(jìn)一步提高污水處理的自動(dòng)化和管理水平從而大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度乘瓤。

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