一、引言
隨著杭州市蕭山區經濟高速發展和城市人口不斷增加，污水處理行業也快速發展起來，污水處理廠的自動控制系統成為污水處理穩定運行的關鍵。針對污水處理廠自動控制系統及污水工藝設備安全運行的重要性，提出PLC和監控組態軟件技術在污水處理項目應用的經驗，并以實際系統為例，說明自動控制系統的組成及實現。
二、系統介紹
1.系統結構：
為了保證污水處理廠自動控制系統的穩定性和可靠性，設計中采用了四級控制和管理方案對整套污水處理系統進行監控，管理層可實時監測污水處理的運行狀況，有助于管理層做出正確的規劃。監控層選用兩臺工業控制計算機進行冗余，實時觀察設備的運行狀況。控制層選用西門子公司PLC（S7400+S7300+S7200）做為控制器，充分顯示了“集中監測，分散控制”的原則。設備層采用了運行記錄儀、超聲波流量計、COD在線測試儀、PH（工業酸度）在線測試儀、變頻控制器等，并配備相應的軟件，確保可靠、有效地運行。
2.系統網絡拓撲圖：
3.系統構成
上位機監控軟件采用力控ForceControl監控組態軟件（網絡版），本軟件提供的人機交互界面，使操作人員可以通過CRT直觀地了解現場各工藝參數及故障報警，根據生產需要發出相應的控制指令；另外使用數據存儲服務器記錄歷史數據，為提高生產效率制定新的生產方案提供可靠的依據。控制核心采用西門子PLC，其特點是體積小、功能多、可靠性高。編程后的PLC能夠按照內部程序對系統進行實時監控，程序啟停現場設備。
由于現場監控點多、布局分散，且各工序工藝獨立，為簡化電纜鋪設、降低系統成本、提高系統穩定性，采用四臺PLC組建了PROFIBUS網絡對生產工藝進行監控。其中PLC控制均質調節池、再生池、沉淀池、水解池、好氧池、二沉池、污泥脫水、消毒、一級處理的所有設備及傳感器。PLC間數據通過總線進行數據交換，實現數據共享。
操作人員通過力控ForceControl監控組態軟件向PLC發出相應的控制指令后，由PLC對現場進行直接控制。此時即便上位機出現故障（如死機、掉電等），也不會影響系統的正常工作，大大提高了系統的安全穩定性。工藝流程圖如下：
4.測控方式：
污水處理過程的共同特點是開關量多，模擬量少，以邏輯控制為主，閉環控制為輔。整套污水處理流程有多個監控點，包括液位、PH值、溶氧、濁度、頻率、泵運行狀態等。每個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PLC均采用相同的編程方法，有利于編寫和擴展程序。各模擬量參數通過相應的變送器輸出4~20mA的標準信號，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的標準信號，從PLC的AO模塊通過屏蔽電纜接至相應設備。這些設備包括變頻器、啟閉閥門。數字輸入信號為24V直流電信號，通過電纜接至PLC的DI模塊。數字輸出控制信號為24V直流電信號，從PLC的DO模塊通過電纜接至現場設備。每臺現場設備原則在其相應現地箱上輸出有三個狀態信號：故障、運行/停止、手動/自動，和一個啟動信號。為了使現場與PLC完全隔離，PLC所有數字量模塊與現地箱中間須加輔助繼電器。所有輸出信號（包括模擬量和數字量）由PLC內部程序或上位機指令控制。
5.軟件設計：
上位機軟件采用力控ForceControl監控組態軟件為開發平臺，它的實時數據庫功能、OPC Server功能、人機界面功能、冗余功能、圖形功能、報表打印等功能集于一身，包含動態顯示、報警、控件、趨勢、網絡通訊等組件。整套系統建設有多幅實時監控畫面，包括系統總貌、混合池、爆氣池、沉淀池、穩定池、污泥脫水系統、剩余污泥泵站、污泥儲池、預處理、一級處理，通過指示燈表明設備的運行狀態。在電機運行方式為手動時，若需將畫面切成自動，用鼠標點擊畫面下電機啟動按鈕即可遠程啟動現場設備。傳感器的瞬時值依據實際安裝位置被分別標注到不同的分布工藝流程圖中，其實時數據和歷史數據被做成相應分布圖的子畫面。整個軟件界面使用Windows控件，呈樹狀排列，查閱、操作簡便。數據庫是上位機監控軟件的核心所在，因此須依據實際需要首先將其建設好，然后將各功能模塊進行恰當的組合。實際編程過程中在定義變量時，記錄可設定為不記錄、數據變化時記錄和定時記錄，根據實際情況選擇相應的設置，從而節省存儲空間。報表分為實時報表和歷史報表，方便用戶管理。
三、結束語
該污水處理廠的自動控制系統實現了實時監控、故障報警、歷史數據存儲和查詢、報表的顯示和打印等多項功能，且用戶界面操作良好，易于學習。系統具有良好的通用性、可擴展性和可維護性。由于具有設計簡單、投資少、控制效果好、易維護等優點，大大降低了工人的勞動強度、提高了管理水平、達到了設計要求，適用于中小型污水處理廠。
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