基于LK PLC的自動(dòng)控制系統(tǒng)在污水處理廠的應(yīng)用

海興縣污水廠控制系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與功能配置如圖1 所示：

圖1 控制系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與配置

2.2 下位PLC系統(tǒng)配置

海興縣污水廠自動(dòng)控制系統(tǒng)采用北京和利時(shí)公司的LK系列PLC作為主控制器對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視和控制。模塊式PLC控制系統(tǒng)的硬件部分主要包括CPU模塊、I/O模塊、通訊模塊、電源模塊、接口模塊等，根據(jù)控制功能的復(fù)雜程度和控制對象的點(diǎn)號統(tǒng)計(jì)進(jìn)行相應(yīng)的配置。據(jù)統(tǒng)計(jì)，整個(gè)污水廠需要PLC控制的I/O點(diǎn)共829，共分四個(gè)PLC控制站：1#PLC站僅有一個(gè)主站；2#PLC站僅有一個(gè)主站；3#PLC站包括主站和一個(gè)遠(yuǎn)程從站；4#PLC站包括主站和兩個(gè)遠(yuǎn)程從站。各個(gè)控制站的功能和分別如下：

(1)污泥脫水機(jī)房工作站——1#PLC控制站

負(fù)責(zé)采集水廠進(jìn)水水質(zhì)數(shù)據(jù)，以及格柵系統(tǒng)、旋流沉砂系統(tǒng)、污泥濃縮系統(tǒng)設(shè)備的狀態(tài)采集和設(shè)備的控制。

(2)鼓風(fēng)機(jī)房工作站——2#PLC控制站

負(fù)責(zé)采集CASS池水質(zhì)數(shù)據(jù)，以及攪拌系統(tǒng)、潷水系統(tǒng)、曝氣系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)的采集和設(shè)備的控制。

(3)曝氣生物濾池工作站——3#PLC控制站

負(fù)責(zé)采集曝氣生物濾池水質(zhì)數(shù)據(jù)，以及二次提升系統(tǒng)、曝氣系統(tǒng)、反沖洗系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)的采集和設(shè)備的控制。

(4)V型濾池工作站——4#PLC控制站

負(fù)責(zé)采集V型濾池水質(zhì)數(shù)據(jù)，以及反沖洗系統(tǒng)、出水系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)的采集和設(shè)備的控制。

總而言之，PLC 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了主站與從站的數(shù)據(jù)交換及數(shù)據(jù)處理，主站對各個(gè)從站的監(jiān)控和人機(jī)交互的可視性。

2.3 上位監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置

工程師和操作員站設(shè)立在中控室，其主要由兩套互為冗余的操作站、一套投影儀、一臺故障打印機(jī)、一臺圖表打印機(jī)、一套UPS電源組成。

中控室的兩臺監(jiān)控操作站，其中一臺為系統(tǒng)監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)，可對在污水處理廠的各類設(shè)備狀態(tài)、工藝過程參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測和監(jiān)控，提供給操作人員、管理人員進(jìn)行運(yùn)行管理的人機(jī)界面，另一臺為信息監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)和定時(shí)記錄以及報(bào)表的生產(chǎn)和打印。

3 污水處理控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

3.1下位PLC控制程序開發(fā)

PLC程序設(shè)計(jì)采用北京和利時(shí)公司推出的Powerpro 下位機(jī)軟件，根據(jù)工藝要求，編寫格柵、提升泵房、旋流沉砂池、CASS池、二次提升泵、曝氣生物濾池、V型濾池等子程序。污水處理工藝流程圖如圖2所示：

圖2 污水處理工藝流程圖

(1)格柵系統(tǒng)控制

格柵系統(tǒng)主控對象為格柵機(jī)組、螺旋輸送機(jī)以及超聲波液位計(jì)。其控制可在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上設(shè)置液位控制和定時(shí)控制，當(dāng)采用液位控制時(shí)，是靠格柵的前后液位差來控制格柵機(jī)的啟停，當(dāng)液位差達(dá)到設(shè)定的水位上限時(shí)，PLC控制器會(huì)發(fā)出命令啟動(dòng)格柵設(shè)備；當(dāng)水位差小于設(shè)置的下限時(shí)，格柵機(jī)組將接受到PLC控制器發(fā)出的停止的信號。操作人員可以在上位機(jī)上設(shè)定設(shè)備的啟停液位或者運(yùn)行周期。

(2)提升泵控制

提升泵的控制工藝要求是根據(jù)液位的高低來自動(dòng)控制提升泵的啟停，項(xiàng)目現(xiàn)場采用兩用一備方式。當(dāng)其中的泵出現(xiàn)故障時(shí)，故障泵會(huì)自動(dòng)切出自控程序，備用泵會(huì)自動(dòng)切入自控程序。這樣長期運(yùn)行能保證泵的運(yùn)行時(shí)間大致相同。

(3)旋流沉砂池系統(tǒng)控制

旋流沉砂系統(tǒng)主控對象為攪拌器、羅茨風(fēng)機(jī)和砂水分離器。系統(tǒng)工作原理如下：污水從沉砂池的切向進(jìn)入，具有一定的流速，從而對沙礫產(chǎn)生離心力，使較重的沙礫沿池壁沉降到池底集砂槽。攪拌器的槳葉旋轉(zhuǎn)形成軸向渦流，產(chǎn)生一個(gè)輕微的上升流動(dòng)，從而帶動(dòng)污水排出，流入下一道工藝流程進(jìn)行處理。羅茨風(fēng)機(jī)為旋流沉砂池提供空氣，達(dá)到氣提的作用，另外氣提直接將沉砂輸送到砂水分離器，實(shí)現(xiàn)沙礫與污水的徹底分離[2]。其控制工藝要求如下：攪拌器、風(fēng)機(jī)和砂水分離器以一定周期運(yùn)轉(zhuǎn)，通過工程師站可以設(shè)定運(yùn)行時(shí)間。

(4) CASS池系統(tǒng)控制

CASS池系統(tǒng)操作周期分為四個(gè)步驟：曝氣階段，鼓風(fēng)機(jī)向反應(yīng)池內(nèi)充氧，此時(shí)有機(jī)污染物被微生物氧化分解；沉淀階段，微生物利用水中剩余的DO進(jìn)行進(jìn)一步氧化分解，活性污泥逐漸沉淀到池底，上層水變清，污泥回流泵將部分活性污泥送回預(yù)反應(yīng)區(qū)，剩余污泥泵則將反應(yīng)池多余污泥抽到污泥脫水間；潷水階段，沉淀結(jié)束后，置于反應(yīng)池末端的潷水器開始工作，自上而下逐漸排出上清液；閑置階段，潷水器上升到原始位置階段，等待下一周期潷水。根據(jù)上述工藝要求，對CASS工藝的各個(gè)階段編寫控制子程序。

(5)曝氣生物濾池系統(tǒng)控制

曝氣風(fēng)機(jī)其控制工藝要求：曝氣風(fēng)機(jī)為24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，每天中午12點(diǎn)更換一臺風(fēng)機(jī)，這樣可以保證三臺風(fēng)機(jī)運(yùn)行的時(shí)間大體相等。

反沖洗系統(tǒng)控制主要是控制反洗風(fēng)機(jī)、反洗泵以及閥門來實(shí)現(xiàn)反沖洗的功能，每兩天進(jìn)行一次反沖洗。

(6)V型濾池系統(tǒng)控制

V型濾池系統(tǒng)的自動(dòng)控制主要是濾池的自動(dòng)反沖洗功能。子程序控制的主要設(shè)備有反洗泵、反洗風(fēng)機(jī)、閥門以及儀表工藝參數(shù)，每兩天進(jìn)行一次反沖洗。

3.2上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

本控制系統(tǒng)上位監(jiān)控系統(tǒng)采用北京和利時(shí)公司的上位機(jī)軟件FacView。監(jiān)控軟件將現(xiàn)場各分系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)形象、直觀、實(shí)時(shí)地顯示在中控室的工控機(jī)上，使操作員在中控室能實(shí)時(shí)獲得現(xiàn)場數(shù)據(jù)和信息并對污水處理廠的運(yùn)行進(jìn)行管理。友好的人機(jī)界面把分散的、單回路的測控系統(tǒng)進(jìn)行了統(tǒng)一的管理，另外還有數(shù)據(jù)報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)存儲、報(bào)表顯示、趨勢顯示等多種功能。

計(jì)算機(jī)監(jiān)控畫面主要包括全廠工藝圖、格柵及沉砂系統(tǒng)、CASS工藝、曝氣生物濾池、V型濾池、儀表數(shù)據(jù)圖、趨勢圖、報(bào)警圖、報(bào)表，各個(gè)畫面之間可以實(shí)現(xiàn)自由切換，全廠工藝圖如圖3所示：

圖3 海興縣污水廠全廠工藝圖

Fig.3 The flow chart of HaiXing County Sewage Treatment Plant

4 結(jié)語

該自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)行集中控制，分散管理的方式，把管理層和控制層分開，通過對全過程的監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了污水處理整個(gè)過程的全自動(dòng)化運(yùn)營，保證了污水生產(chǎn)運(yùn)行的安全可靠，大大提高了污水處理的自動(dòng)化控制水平和管理水平，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，從而提高了生產(chǎn)效率，降低了水廠能耗。其中，PLC 控制器發(fā)揮了相當(dāng)重要的作用。自投產(chǎn)運(yùn)行以來，控制系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，處理水質(zhì)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，不僅改善了人們的生活環(huán)境，而且為社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮了積極的作用，取得了社會(huì)和經(jīng)濟(jì)雙重效益。

參考文獻(xiàn)

[1]羅春，馬立實(shí)，吳堅(jiān)，周超平.論國內(nèi)城市污水處理現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢.2007全國水處理技術(shù)研討會(huì)論文集. 2007：1

[2]李耀剛，劉學(xué)東，水蘭素.旋流沉砂池的PLC控制[J].機(jī)電工程技術(shù)，2003，32(4):58-59.

作者簡介：郭陽陽(1987-)，男，北京科技大學(xué)研究生，專業(yè)方向?yàn)樽詣?dòng)化控制；呂衛(wèi)陽(1971-)，男，北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院副教授，主要研究工業(yè)控制及自動(dòng)化；李強(qiáng)(1982-)，男，北京和利時(shí)自動(dòng)化驅(qū)動(dòng)技術(shù)有限公司中級工程師，主要從事工業(yè)控制及儀表自動(dòng)化；劉榮，男，北京和利時(shí)自動(dòng)化驅(qū)動(dòng)技術(shù)有限公司中級工程師，主要從事工業(yè)自動(dòng)化及部門管理工作。