1 概 況
隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的飛速發(fā)展和產(chǎn)品價(jià)格的不斷降低，PLC（Programmable Logic Controller）技術(shù)和SCADA（Supervision Control and DataAcquisition）系統(tǒng)的應(yīng)用范圍和應(yīng)用規(guī)模越來(lái)越大，大大加快了我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化的進(jìn)程。近年來(lái)，隨著*和各級(jí)地方政府對(duì)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和環(huán)境保護(hù)的高度重視，城市污水處理工程的建設(shè)正以的速度發(fā)展，決策人員、工程技術(shù)人員和運(yùn)行管理人員所共同關(guān)注的一個(gè)方面就是怎樣提高和保證這些工程設(shè)施的功能、效率和管理水平，所以創(chuàng)建適合自己的自動(dòng)控制系統(tǒng)，使污水處理工藝流程按*設(shè)計(jì)方案運(yùn)行，就顯得尤為重要。
2 自動(dòng)控制系統(tǒng)在污水處理行業(yè)中的實(shí)例
保定市銀錠莊污水處理廠一期工程設(shè)計(jì)排水量80 000 t／d，總變化系數(shù)KX＝1．3，其中生活污水占65％，工業(yè)污水占35％，采用帶前置厭氧段普通活性污泥工藝。工藝流程如圖1所示。
進(jìn)水水質(zhì)設(shè)計(jì)為：COD≤330
保定市銀錠莊污水處理廠一期工程自動(dòng)控制系統(tǒng)采用集散式測(cè)控管理系統(tǒng)，控制系統(tǒng)采用PLC＋PC的監(jiān)控方式，設(shè)置一個(gè)*控制室和4個(gè)PLC現(xiàn)場(chǎng)控制站，分為管理層（中控室操作員站）、控制層（PLC控制站）和執(zhí)行層（現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)x表）。*控制室與現(xiàn)場(chǎng)之間通過(guò)Sattbus總線形式通訊。
圖1 工藝流程圖就地控制時(shí)PLC只能監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，由現(xiàn)場(chǎng)工作人員手動(dòng)操作設(shè)備；在自動(dòng)狀態(tài)下，*控制室還具有自動(dòng)（Auto）與手動(dòng)（Manual）兩種控制方式：當(dāng)處于Auto方式時(shí)，機(jī)器設(shè)備*由*控制室計(jì)算機(jī)按程序設(shè)計(jì)要求控制，而*控制室只能監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)使用的控制方法是PID（比例微分積分控制）調(diào)節(jié)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
其中：ΔP為調(diào)節(jié)器的輸出變化量；
Kp為調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)；
e為調(diào)節(jié)器的輸入，即偏差；
Ti為積分時(shí)間；
Td為微分時(shí)間。
當(dāng)處于Mannal控制方式時(shí)，*控制室人員可以通過(guò)SCADA系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行，并通過(guò)計(jì)算機(jī)向機(jī)器設(shè)備發(fā)送指令。所用PLC均采用芬蘭Alaflaf公司生產(chǎn)的系列PLC，配置有開(kāi)放式的網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)，支持串行通信、現(xiàn)場(chǎng)總線通信。
分布控制系統(tǒng)示意圖如圖2所示。
2．1 *控制室
隨著4C技術(shù)（computer，control，communication，CRT）及監(jiān)控軟件的發(fā)展，使用上位機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)已成為大中型控制系統(tǒng)的流行趨勢(shì)，以PC機(jī)作為上位機(jī)應(yīng)用于控制系統(tǒng)中能提供一種良好的人機(jī)界面，減輕操作人員的負(fù)擔(dān)，提高管理水平。本控制系統(tǒng)設(shè)有一個(gè)*控制室，屬于管理層。內(nèi)有一面模擬屏和2臺(tái)計(jì)算機(jī)操作員站。模擬屏可顯示全廠的工藝流程及主要控制參數(shù)以及全廠的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)；2臺(tái)計(jì)算機(jī)操作員站操作系統(tǒng)為UNIX，組態(tài)軟件為Sattgraph1200。2臺(tái)計(jì)算機(jī)操作員站互為備用，他們均可各自獨(dú)立完成整個(gè)工藝過(guò)程的監(jiān)控。操作員站具有以下功能：
（1）顯示工程設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，顯示工藝流程的動(dòng)態(tài)參數(shù)，顯示相關(guān)參數(shù)的趨勢(shì)、歷史數(shù)據(jù)及歷史記錄。
（2）打印過(guò)程回路控制的參數(shù)給定值、報(bào)警記錄和班報(bào)表等。
?。?）報(bào)警設(shè)有優(yōu)先級(jí)管理，任意管理均在屏幕上顯示。
（4）在操作過(guò)程中，設(shè)有啟動(dòng)、停止和選擇等軟手動(dòng)操作功能。
?。?）實(shí)現(xiàn)編程、組態(tài)和修改等，操作員站裝有功能強(qiáng)大的上位軟件，以便能方便、直觀地組態(tài)和編程。
組態(tài)軟件以UNIX操作系統(tǒng)為平臺(tái)，用來(lái)操作圖形、監(jiān)控畫(huà)面和圖形內(nèi)部管理。驅(qū)動(dòng)程序用來(lái)構(gòu)造和生成操作員站監(jiān)控系統(tǒng)，提供了集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、流程控制、報(bào)警和報(bào)表打印等功能于一體的系統(tǒng)操作工具。圖形界面包括2大部分：主畫(huà)面和各個(gè)工藝階段和報(bào)表、報(bào)警的分畫(huà)面。主畫(huà)面有全廠的所有廠房、設(shè)施設(shè)備和管道流向，分別用不同的顏色和形狀表示，用來(lái)展示全部的工藝流程。分畫(huà)面用來(lái)顯示各個(gè)工藝階段的詳細(xì)參數(shù)和測(cè)量值，遠(yuǎn)程控制也需要進(jìn)入到分畫(huà)面進(jìn)行操作。報(bào)表分畫(huà)面用于打印和輸出各個(gè)時(shí)段各個(gè)設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)，報(bào)警分畫(huà)面用于設(shè)置報(bào)警級(jí)別、顯示報(bào)警原因等用途。
2．2 PLC控制站
污水處理過(guò)程的共同特點(diǎn)是開(kāi)關(guān)量多，模擬量少，以邏輯控制為主，閉環(huán)控制為輔。本控制系統(tǒng)根據(jù)工藝流程和生產(chǎn)控制要求及現(xiàn)場(chǎng)位置情況，設(shè)有4個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站，包括進(jìn)水泵房及馬達(dá)控制中心、鼓風(fēng)機(jī)房和脫水機(jī)房現(xiàn)場(chǎng)控制站。進(jìn)水泵房和脫水機(jī)房及鼓風(fēng)機(jī)房配有PLC操作員終端，可監(jiān)視并控制PLC的運(yùn)行狀態(tài)和顯示狀態(tài)，代替常規(guī)設(shè)備如按鈕、信號(hào)燈、數(shù)顯表，并具有報(bào)警功能。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(guò)Sattbus總線連接，每個(gè)PLC均采用相同的編程方法，有利于程序的編寫(xiě)和擴(kuò)展。PLC工作方式為循環(huán)法，即每個(gè)周期掃描輸入端口一次，讀入輸入模擬量和數(shù)字量，存入程序制定的存儲(chǔ)單元；按照程序設(shè)計(jì)對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行檢查，如發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，則運(yùn)行相應(yīng)的錯(cuò)誤管理程序并報(bào)警；如各個(gè)單元正常，則通過(guò)輸出模塊管理各個(gè)設(shè)備的工作狀態(tài)，控制機(jī)器運(yùn)行。同時(shí)對(duì)這個(gè)周期的輸入輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，通過(guò)Sattbus總線傳遞到上位機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)曲線顯示和報(bào)表打印。
2．3 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)x表
污水處理廠的主要測(cè)量?jī)x表有流量計(jì)、液位計(jì)、PH計(jì)、懸浮物濃度計(jì)、溫度計(jì)、壓力計(jì)、溶解氧計(jì)和取樣器等。其中流量計(jì)按測(cè)量物分為氣體流量計(jì)和液體流量計(jì)，按工作原理分為熱傳遞流量計(jì)和電磁流量計(jì)，分別用于測(cè)量鼓風(fēng)機(jī)輸出的氣體流量和管道污水 39和污泥的流量。液位計(jì)用于測(cè)量積水池和出水口的液位，量程為0～10 m；PH計(jì)用于測(cè)量進(jìn)水和曝氣池溶液的酸堿度。由于曝氣池是整個(gè)污水處理工藝的核心，所以曝氣池中的測(cè)量?jī)x表作用非常重要，直接關(guān)系到污水處理質(zhì)量。其中溶解氧計(jì)測(cè)量曝氣池中污水的含氧量和曝氣池中的微生物生存環(huán)境息息相關(guān)，必須控制在一個(gè)適合微生物生存的范圍。溶解氧計(jì)將測(cè)得的數(shù)據(jù)傳遞到控制鼓風(fēng)機(jī)的Oxygard系統(tǒng)，和系統(tǒng)設(shè)定值比較，根據(jù)差值由系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整鼓風(fēng)機(jī)的出風(fēng)電磁閥門(mén)，控制鼓風(fēng)量，防止曝氣不足或曝氣過(guò)量。懸浮物濃度計(jì)測(cè)量曝氣池中污水的污泥濃度，傳感器將水中的光線轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，變送器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成4～20 mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，傳遞到Oxygard系統(tǒng)，經(jīng)PID環(huán)節(jié)運(yùn)算，再輸出4～20 mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，控制鼓風(fēng)量。曝氣池階段還有溫度計(jì)和氧化還原電位計(jì)等，也十分重要，測(cè)量和控制原理大體和溶解氧計(jì)與懸浮物濃度計(jì)相同。所有的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)x表的測(cè)量值都及時(shí)傳送到中控室計(jì)算機(jī)操作員站，顯示到界面上。
3 結(jié) 語(yǔ)
保定市銀錠莊污水處理廠一期工程從建成運(yùn)行到現(xiàn)在已經(jīng)7年了，其自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行良好，控制*，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。由于其具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、投資少、控制效果好、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，很適合中小型污水處理廠采用。
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