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進(jìn)入21世紀以來(lái)，我國人口數量快速增長(cháng)，用水需求量明顯加大，是我國城市可持續發(fā)展的主要矛盾之一，因此解決城市水資源缺乏和水環(huán)境惡化問(wèn)題刻不容緩。而隨著(zhù)自動(dòng)化技術(shù)在各行業(yè)的不斷發(fā)展，污水處理行業(yè)的自動(dòng)化水平也在快速提高。目前，在污水處理行業(yè)中多采用PLC控制器進(jìn)行自動(dòng)控制，上位計算機進(jìn)行工藝參數監視和設置的系統控制模式。本文以康卓科技施工的污水處理廠(chǎng)為例進(jìn)行系統組成、功能等介紹。

 

 

康卓科技全稱(chēng)為南京康卓環(huán)境科技有限公司，是一家專(zhuān)業(yè)的污水處理廠(chǎng)、泵站自動(dòng)化監控系統設計、生產(chǎn)、安裝廠(chǎng)家。主要應用案例包括：河北獻縣污水廠(chǎng)、湖北宜都高壩洲污水廠(chǎng)、江海污水處理廠(chǎng)、南京溧水污水處理廠(chǎng)、呂四污水處理廠(chǎng)等國內多做大中型污水處理廠(chǎng)保持著(zhù)長(cháng)期合作關(guān)系。

污水處理廠(chǎng)區主要由格柵及沉砂系統、提升泵房、CASS池生物反應系統、曝氣生物濾池系統、V型濾池系統及污泥濃縮系統構成。

 

 

2 污水處理控制系統的硬件設計

2.1 控制系統整體結構

污水處理廠(chǎng)自動(dòng)化控制系統分為三級管理，包括生產(chǎn)管理級(中央控制室)、現場(chǎng)控制級(PLC控制站)及就地控制級。現場(chǎng)各種數據通過(guò)PLC系統進(jìn)行采集，并通過(guò)主干通訊網(wǎng)絡(luò )——工業(yè)以太網(wǎng)傳送到中央控制室監控計算機集中監控和管理。同樣，中央控制室監控計算機的控制命令也通過(guò)上述通道傳送到PLC的測控終端，實(shí)施各單元的分散控制。

(1)生產(chǎn)管理級(中央控制室)

中控室管理層是系統的核心，完成對污水處理過(guò)程各部分的管理和控制，并實(shí)現廠(chǎng)級的辦公自動(dòng)化。通過(guò)高分辨率液晶顯示器及投影儀可直觀(guān)地動(dòng)態(tài)顯示全廠(chǎng)各工藝流程段的實(shí)時(shí)工況、各工藝參數的趨勢畫(huà)面，操作人員可及時(shí)掌握全廠(chǎng)運行情況。

(2)現場(chǎng)控制級(PLC站)

控制層是實(shí)現系統自動(dòng)控制的關(guān)鍵。按照自動(dòng)控制工藝要求，控制層的PLC通過(guò)程序控制整個(gè)污水處理廠(chǎng)的設備，實(shí)現對現場(chǎng)設備運行狀態(tài)以及參數(如壓力、流量、溫度、PH值等)的采集，以及執行管理層的命令。

(3)就地控制級(設備層)

將現場(chǎng)控制箱上的“就地/遠程”旋鈕切換至“就地”位置，通過(guò)箱上的“啟動(dòng)/停止”按鈕實(shí)現設備的就地啟停控制。

 

 

2.2 下位PLC系統配置

康卓污水廠(chǎng)自動(dòng)控制系統采用北京和利時(shí)公司的LK系列PLC作為主控制器對生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監視和控制。模塊式PLC控制系統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，根據控制功能的復雜程度和控制對象的點(diǎn)號統計進(jìn)行相應的配置。據統計，整個(gè)污水廠(chǎng)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)遠程從站;4#PLC站包括主站和兩個(gè)遠程從站。各個(gè)控制站的功能和分別如下：

(1)污泥脫水機房工作站——1#PLC控制站

負責采集水廠(chǎng)進(jìn)水水質(zhì)數據，以及格柵系統、旋流沉砂系統、污泥濃縮系統設備的狀態(tài)采集和設備的控制。

(2)鼓風(fēng)機房工作站——2#PLC控制站

負責采集CASS池水質(zhì)數據，以及攪拌系統、潷水系統、曝氣系統設備狀態(tài)的采集和設備的控制。

(3)曝氣生物濾池工作站——3#PLC控制站

負責采集曝氣生物濾池水質(zhì)數據，以及二次提升系統、曝氣系統、反沖洗系統設備狀態(tài)的采集和設備的控制。

(4)V型濾池工作站——4#PLC控制站

負責采集V型濾池水質(zhì)數據，以及反沖洗系統、出水系統設備狀態(tài)的采集和設備的控制。

總而言之，PLC 控制系統實(shí)現了主站與從站的數據交換及數據處理，主站對各個(gè)從站的監控和人機交互的可視性。

 

 

2.3 上位監控系統硬件配置

工程師和操作員站設立在中控室，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、一臺圖表打印機、一套UPS電源組成。

中控室的兩臺監控操作站，其中一臺為系統監控管理計算機，可對在污水處理廠(chǎng)的各類(lèi)設備狀態(tài)、工藝過(guò)程參數進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測和監控，提供給操作人員、管理人員進(jìn)行運行管理的人機界面，另一臺為信息監控管理計算機，負責實(shí)時(shí)和定時(shí)記錄以及報表的生產(chǎn)和打印。

 

 

3 污水處理控制系統的軟件設計

3.1下位PLC控制程序開(kāi)發(fā)

PLC程序設計采用北京和利時(shí)公司推出的Powerpro 下位機軟件，根據工藝要求，編寫(xiě)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。

 

 

(1)格柵系統控制

格柵系統主控對象為格柵機組、螺旋輸送機以及超聲波液位計。其控制可在監控計算機上設置液位控制和定時(shí)控制，當采用液位控制時(shí)，是靠格柵的前后液位差來(lái)控制格柵機的啟停，當液位差達到設定的水位上限時(shí)，PLC控制器會(huì )發(fā)出命令啟動(dòng)格柵設備;當水位差小于設置的下限時(shí)，格柵機組將接受到PLC控制器發(fā)出的停止的信號。操作人員可以在上位機上設定設備的啟停液位或者運行周期。

(2)提升泵控制

提升泵的控制工藝要求是根據液位的高低來(lái)自動(dòng)控制提升泵的啟停，項目現場(chǎng)采用兩用一備方式。當其中的泵出現故障時(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(cháng)期運行能保證泵的運行時(shí)間大致相同。

 

 

(3)旋流沉砂池系統控制

旋流沉砂系統主控對象為攪拌器、羅茨風(fēng)機和砂水分離器。系統工作原理如下：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)機為旋流沉砂池提供空氣，達到氣提的作用，另外氣提直接將沉砂輸送到砂水分離器，實(shí)現沙礫與污水的徹底分離。其控制工藝要求如下：攪拌器、風(fēng)機和砂水分離器以一定周期運轉，通過(guò)工程師站可以設定運行時(shí)間。