近年來(lái),隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展和城市人口的較快增長(zhǎng),工業(yè)污水和城市生活污水排放大量增加,對(duì)當(dāng)?shù)爻青l(xiāng)居民及河流沿岸地區(qū)造成了嚴(yán)重污染,威脅著人民群眾的健康和生活,加劇了人口與水資源和生態(tài)環(huán)境的矛盾,嚴(yán)重影響我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展。實(shí)施污水處理項(xiàng)目建設(shè),對(duì)改善人民群眾生活質(zhì)量,加快我國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)、完善城鎮(zhèn)功能、改善投資環(huán)境將起到重大推動(dòng)作用。

 

南京康卓環(huán)境科技有限公司是一家專業(yè)的污水處理廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)、中控系統(tǒng)提供商，康卓電氣工程師介紹：污水處理是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng),整個(gè)過(guò)程的可變因素很多,有水量、濃度、溫度、氣量、微生物狀態(tài)、機(jī)械運(yùn)行情況等,需要一種高級(jí)的控制系統(tǒng),使之能對(duì)生產(chǎn)過(guò)程出現(xiàn)的各種數(shù)據(jù)給予采集、計(jì)算,得出運(yùn)行狀態(tài)是否正常的結(jié)論,并能給操作人員以有益的提示。本文以徐州睢寧桃嵐化工園污水處理廠項(xiàng)目為背景,介紹了污水處理廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案與實(shí)現(xiàn)方法。

 

一、系統(tǒng)概述

 根據(jù)徐州市睢寧桃嵐化工園污水處理廠的規(guī)模及工藝要求，結(jié)合多年來(lái)康卓科技在污水處理行業(yè)及多個(gè)污水處理廠建設(shè)的成熟技術(shù)和豐富經(jīng)驗(yàn)，我們?cè)O(shè)計(jì)使用HMI+PC系統(tǒng)為本次項(xiàng)目的自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成，再通過(guò)和其他各種外設(shè)的連接，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整體排水工藝的全過(guò)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)，并按照預(yù)定的程序?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)全方位的控制以及信號(hào)的采集和傳輸。

 

 

如上圖所示，在現(xiàn)場(chǎng)控制層，現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備狀態(tài)信號(hào)輸入PLC的開關(guān)量輸入模塊（DI模塊），PLC的CPU通過(guò)邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為控制信號(hào)，由開關(guān)量輸出模塊（DO模塊）輸出信號(hào)，控制各泵動(dòng)作，同時(shí)PLC將采集到的各設(shè)備的狀態(tài)信號(hào)傳輸上位機(jī)控制系統(tǒng)，由上位機(jī)組態(tài)軟件直觀形象的顯示出來(lái)。另外通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表對(duì)系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，并將所測(cè)的數(shù)據(jù)傳輸至PLC的輸入模塊中，PLC根據(jù)從控制上位機(jī)上設(shè)定的各項(xiàng)參數(shù)（各液位的高度等）實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的全自動(dòng)控制。由上圖可知，在現(xiàn)場(chǎng)控制層的所有信號(hào)的采集和傳輸全部通過(guò)PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)；上位機(jī)起人機(jī)對(duì)話媒介，能夠?qū)λ性O(shè)備及數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視、控制、參數(shù)設(shè)定、事件存儲(chǔ)、報(bào)警查詢等操作。

除上位機(jī)監(jiān)控與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，我們還將設(shè)置馬賽克屏作為整個(gè)污水處理廠的模擬顯示設(shè)備。馬賽克屏作為傳統(tǒng)的模擬顯示設(shè)備，一直是大型企業(yè)調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)中的一個(gè)重要的組成部分。被廣泛用于公共事業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域，在電力、煤炭、水利、環(huán)保、公路、鐵路、航空、化工等行業(yè)中的安全生產(chǎn)系統(tǒng)發(fā)揮著不可替代的作用。下圖為桃蘭化工園的馬賽克屏模擬效果圖：

 

圖示馬賽克屏效果示意圖

 

如上圖所示，馬賽克屏工藝美觀，氣勢(shì)恢宏，與現(xiàn)代控制室的整體風(fēng)格接近。而且其具有較強(qiáng)的擴(kuò)展性和設(shè)備配套能力，屏面設(shè)備安裝、移動(dòng)方便，可隨時(shí)調(diào)整屏面位置，能夠?qū)崟r(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的工作參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)。及時(shí)、真實(shí)、全面的反應(yīng)系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行狀況。

 

二、系統(tǒng)控制邏輯功能

控制方式，本系統(tǒng)控制方式分為：就地控制、集中手動(dòng)控制、集中自動(dòng)控制。

就地控制：此控制模式下，各泵控制柜的模式開關(guān)在就地狀態(tài)，各泵的啟?；ゲ魂P(guān)聯(lián)，啟停操作在各泵對(duì)應(yīng)的控制柜上點(diǎn)動(dòng)按鈕操作。此模式下上位機(jī)僅顯示狀態(tài)，不參與控制，對(duì)應(yīng)的控制按鈕無(wú)效。

集中手動(dòng)控制：此控制模式下，各泵控制柜的模式開關(guān)在遠(yuǎn)方狀態(tài)，各泵的啟?；ゲ魂P(guān)聯(lián)，啟停操作在上位機(jī)上點(diǎn)動(dòng)相應(yīng)按鈕執(zhí)行。同時(shí)上位機(jī)上顯示各泵的工作狀態(tài)。

集中自動(dòng)控制：此控制模式下，各泵控制柜的模式開關(guān)在遠(yuǎn)方狀態(tài)，各泵的啟停不受人為控制，泵的狀態(tài)由PLC內(nèi)設(shè)定的程序及參數(shù)自行控制。上位機(jī)上顯示各泵的工作狀態(tài)。

系統(tǒng)自動(dòng)模式詳細(xì)分解（以水池液位控制為例）：首先確定系統(tǒng)處于集中自動(dòng)控制模式下。確認(rèn)6個(gè)液位的設(shè)置參數(shù)符合實(shí)際要求。系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際測(cè)量的液位自動(dòng)運(yùn)行，運(yùn)行模式如下：

1）、液位一液位較低，為保護(hù)水泵（缺水保護(hù)），當(dāng)水位由高水位回落至此水位以下時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停泵。

2）、液位二高于液位一，為啟動(dòng)一臺(tái)泵的信號(hào)。

3）、液位三高于液位二，液位由液位二升至液位三，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)第二臺(tái)泵。

4）、液位四高于液位三，液位由液位三升至液位四，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)第三臺(tái)泵。

5）、液位五高于液位四，液位由液位四升至液位五，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)第四臺(tái)泵。

6）、液位六為較高液位，液位由液位五升至液位六，系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。提醒用戶液位超高（警戒水位報(bào)警）。

7）、先進(jìn)、二、三、四臺(tái)泵并非對(duì)應(yīng)1#、2#、3#、4#泵。系統(tǒng)根據(jù)啟動(dòng)的次數(shù)自動(dòng)輪換起泵，先進(jìn)次起泵先進(jìn)、二、三、四臺(tái)泵對(duì)應(yīng)泵為1#、2#、3#、4#泵。第二次起泵先進(jìn)、二、三、四臺(tái)泵對(duì)應(yīng)泵為2#、3#、4#、1#泵。第三次起泵先進(jìn)、二、三、四臺(tái)泵對(duì)應(yīng)泵為3#、4#、1#、2#泵。第四次起泵先進(jìn)、二、三、四臺(tái)泵對(duì)應(yīng)泵為4#、1#、2#、3#泵。當(dāng)其中的一臺(tái)泵發(fā)生故障時(shí)，立即切換下一臺(tái)泵自動(dòng)投入運(yùn)行。

8）、液位是否到達(dá)的狀態(tài)由液位指示燈顯示，藍(lán)色表示未到達(dá)，紅色表示到達(dá)。液位的設(shè)定值由每液位指示燈右側(cè)的數(shù)值顯示器顯示。

9）、無(wú)論控制模式處于何種模式，各泵的運(yùn)行都進(jìn)行累計(jì)計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)時(shí)間顯示在如圖所示的控制柜右側(cè)。

5、電動(dòng)閥門的控制，若閥前安裝電動(dòng)閥門，每臺(tái)電動(dòng)閥門與對(duì)應(yīng)的水泵連鎖，啟動(dòng)每臺(tái)水泵前先開啟閥門，閥門完全打開后延時(shí)設(shè)定時(shí)間運(yùn)行水泵，水泵運(yùn)行設(shè)定時(shí)間后關(guān)閉閥門。

6、格柵的控制，若該系統(tǒng)安裝格柵，則根據(jù)時(shí)間控制格柵機(jī)的運(yùn)行，格柵系統(tǒng)每隔60min運(yùn)行一次，運(yùn)行時(shí)間20min。

7、啟閉機(jī)，由于啟閉機(jī)處于常開狀態(tài)，僅檢修時(shí)需要關(guān)閉，故啟閉機(jī)沒用自動(dòng)控制，僅手動(dòng)控制即可，監(jiān)控系統(tǒng)僅對(duì)其進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控及手動(dòng)開閉操作。

8、壓實(shí)機(jī)（輸送機(jī)），若系統(tǒng)安裝壓實(shí)機(jī)，壓實(shí)機(jī)與格柵聯(lián)動(dòng)，格柵運(yùn)行時(shí)壓實(shí)機(jī)運(yùn)行，格柵停止運(yùn)行后延時(shí)設(shè)定時(shí)間，壓實(shí)機(jī)停止運(yùn)行。

9、厭氧池及氧化溝內(nèi)設(shè)備，根據(jù)時(shí)間控制污泥和水進(jìn)入?yún)捬醭?，通過(guò)潛水?dāng)嚢杵鞯牟煌嚢璨⑦M(jìn)行1-2小時(shí)的氧化。污泥和水在潛水推流器的作用下，在氧化溝內(nèi)不斷地移動(dòng)并進(jìn)行氧化，在自動(dòng)模式下系統(tǒng)根據(jù)污水處理廠的工況及工藝參數(shù)由PLC根據(jù)預(yù)先編制好的程序來(lái)完成對(duì)設(shè)備的操作。

 

三、系統(tǒng)功能

本控制系統(tǒng)具有保護(hù)、控制、測(cè)量、信號(hào)采集及故障記錄等功能，這些保護(hù)按常規(guī)配置，控制有手動(dòng)和自動(dòng)控制功能，具有聯(lián)鎖裝置。測(cè)量包括電氣測(cè)量和非電氣測(cè)量。信號(hào)采集主要是保護(hù)裝置的動(dòng)作信號(hào)、設(shè)備故障信號(hào)及其它接點(diǎn)信號(hào)。

控制系統(tǒng)采用可編程序控制器PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)控制?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)視、管理、自動(dòng)順序控制，并可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方手動(dòng)即軟手動(dòng)操作。

控制方式使用一臺(tái)上位機(jī)操作站作為操作平臺(tái)。通過(guò)上位機(jī)顯示畫面對(duì)各個(gè)泵站進(jìn)行監(jiān)視和控制，淘汰了傳統(tǒng)的儀表盤臺(tái)和按鈕控制。所有運(yùn)行參數(shù)、報(bào)警信號(hào)均應(yīng)能打印記錄。

系統(tǒng)采用自動(dòng)程序控制、就地操作相結(jié)合的控制方式。圖控軟件能顯示各個(gè)泵站的工藝流程及測(cè)量參數(shù)、控制方式、順序運(yùn)行狀態(tài)、控制對(duì)象狀態(tài)等，并能對(duì)參數(shù)進(jìn)行成組顯示、趨勢(shì)曲線顯示和棒圖顯示。當(dāng)參數(shù)越限報(bào)警、控制對(duì)象故障或狀態(tài)變化時(shí)，能以不同顏色進(jìn)行顯示。

系統(tǒng)中硬件方面的所有模件是插接式的，便于更換。系統(tǒng)中任一模件的故障，不影響其他模件的運(yùn)行。系統(tǒng)具有自診斷功能，診斷至I/O模件級(jí)。在程控系統(tǒng)故障時(shí)，能及時(shí)給出LED自診斷故障顯示和音響報(bào)警。

軟件方面，其操作界面簡(jiǎn)單明了，仿真效果好，所有電機(jī)成顏色、動(dòng)態(tài)顯示其狀態(tài)，管路有水流效果，液面有升降效果。操作人員能夠及時(shí)查詢一次設(shè)備狀態(tài)，并可以人工打印、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。能夠顯示事件信息，事件列表，并提供了各種查詢手段，還可以進(jìn)行人工置數(shù)操作，報(bào)警確認(rèn)操作，可以顯示在線曲線和歷史曲線，顯示歷史報(bào)表，并且能夠打印。