污水處理廠的組態(tài)監(jiān)控設(shè)計(jì)

鐘承堯

（海南師范大學(xué) 物理與電子工程學(xué)院，海南 海口571158）

污水處理廠的組態(tài)監(jiān)控設(shè)計(jì)

鐘承堯

（海南師范大學(xué) 物理與電子工程學(xué)院，海南 海口571158）

介紹了基于三維力控軟件、三菱PLC及宇光智能儀表的生活污水處理組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，并對一些技術(shù)問題進(jìn)行了討論.根據(jù)具體的生活污水處理流程，提出了具體的設(shè)計(jì)方案，該系統(tǒng)對減少小型污水處理廠的經(jīng)營成本及管理有重要的意義.

污水處理 ；組態(tài)控制；PLC；智能儀表

我國的污水處理事業(yè)起步較晚，對污水處理的研究，特別是自動化控制設(shè)備方面的研究落后于發(fā)達(dá)國家.設(shè)計(jì)出能滿足排放要求、處理效果好、運(yùn)行費(fèi)用低、國產(chǎn)化程度高且自動化水平較高的污水處理控制系統(tǒng)對我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重大的現(xiàn)實(shí)意義，也是對國家節(jié)能減排的重大貢獻(xiàn)［1］.組態(tài)軟件是伴隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的開放式體系結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的，它通過簡單的組態(tài)工作即可實(shí)現(xiàn)用戶所需的大部分功能，縮短了項(xiàng)目開發(fā)周期，避免了許多重復(fù)性開發(fā)工作，正在代替各種計(jì)算機(jī)語言的軟件開發(fā)，在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件行業(yè)中逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位［2］.力控組態(tài)軟件正是一種先進(jìn)的工業(yè)控制用軟件包，它融過程控制設(shè)計(jì)、現(xiàn)場操作以及工廠資源管理于一體，將一個(gè)企業(yè)內(nèi)部的各種生產(chǎn)系統(tǒng)和應(yīng)用以及信息交流匯集在一起，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化管理.

本文針對某生活污水處理廠，設(shè)計(jì)基于三維力控軟件、三菱PLC及宇光智能儀表的組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，對污水處理過程進(jìn)行自動控制和遠(yuǎn)程監(jiān)視.系統(tǒng)采用分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由上位機(jī)和現(xiàn)場設(shè)備構(gòu)成.系統(tǒng)上位機(jī)采用力控組態(tài)軟件開發(fā)監(jiān)控界面，能夠完成遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測和數(shù)據(jù)動態(tài)顯示、報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)存檔、趨勢顯示等管理任務(wù).分布于現(xiàn)場的三菱PLC和宇光智能儀表，作為該污水處理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的下位機(jī)使用，完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和自動控制的功能［3］.

1 組態(tài)設(shè)計(jì)概論

污水處理就是采用各種技術(shù)與手段，將污水中所含的污染物質(zhì)分離去除、回收利用，或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，使水得到凈化.污水處理廠通常采用除磷脫氮氧化池處理工藝，其工藝流程見圖1［4］.

圖1 污水處理工藝流程圖Fig.1 Technical floWchart of sewage process

一般城市生活污水處理流程主要有：粗/細(xì)格柵、一級提升泵房、一號沉砂池、配水泥井、厭氧池、氧化池、二號沉砂池、回流污泥泵站、二級提升泵房等工藝組成［4］.

生活污水經(jīng)粗格柵進(jìn)入進(jìn)水泵房，然后經(jīng)過進(jìn)水泵房提升后，污水進(jìn)入一號沉砂池及計(jì)量槽，經(jīng)過沉砂池處理后的污水，進(jìn)入配水泥井進(jìn)行泥水處理，再進(jìn)入氧化池進(jìn)行生化處理.處理后的污水進(jìn)入二號沉砂池后消毒處理，剩余污泥回流配水泥井，消毒后的污水由二號提升泵房排出處理后的凈水.

用力控組態(tài)軟件［5-6］進(jìn)行組態(tài)主要有操作員界面設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)存檔、趨勢顯示等.其中操作員界面由系統(tǒng)總貌、粗/細(xì)格柵、提升泵站、一號沉砂池、厭氧池、氧化池、二號沉砂池、配水泥井畫面組成.系統(tǒng)構(gòu)成見圖2.

2 操作員界面設(shè)計(jì)

系統(tǒng)提供用于操作現(xiàn)場設(shè)備、顯示處理數(shù)據(jù)和非正常情況有效地址通訊的操作員界面.所有過程變量的數(shù)值和狀態(tài)、動態(tài)刷新等數(shù)值都可在操作員界面得以體現(xiàn).操作員通過操作員界面可以實(shí)現(xiàn)：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示和控制現(xiàn)場設(shè)備.實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)包括顯示測量值、設(shè)定值、輸出值、設(shè)備狀態(tài)和調(diào)節(jié)方式等.控制現(xiàn)場設(shè)備包括對現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備的停止啟動、數(shù)據(jù)寫入和讀取等操作.對模擬量可以手動改變設(shè)定值、輸出值和控制方式等，對離散量可以手動操作設(shè)備的停止啟動.界面用指示燈顯示指令狀態(tài)和實(shí)際設(shè)備狀態(tài)以便操作員及時(shí)了解現(xiàn)場情況.另外系統(tǒng)還提供報(bào)警信息及其優(yōu)先級，啟動報(bào)表打印等操作.

2.1 系統(tǒng)總貌

該界面提供整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的基本運(yùn)行情況及顯示各單元報(bào)警信息，可以進(jìn)入各個(gè)子界面，然后進(jìn)行相應(yīng)操作.通過該界面操作員能看清整個(gè)污水處理流程圖，方便管理各個(gè)界面.

2.2一極提升泵站及一號沉砂池界面

該界面提供了一級提升泵站及一號沉砂池的泵站狀態(tài)、液位高度、現(xiàn)場溫度、沉砂時(shí)間等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示，有利于操作員及時(shí)了解現(xiàn)場情況，遇到突發(fā)情況時(shí)，操作員能及時(shí)做出反應(yīng).控制界面見圖3.

界面運(yùn)行過程：點(diǎn)擊開始運(yùn)行按鈕時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行，一級提升泵站1和泵站2兩臺泵開始抽水，液位傳感器傳回液位高度顯示在界面上，當(dāng)液位達(dá)到設(shè)定高度時(shí)關(guān)閉提升泵1和泵2.沉砂一段時(shí)間后，開二次提升泵3和泵4把沉砂過后的污水送往配水泥井，剩下的污泥由排泥泵抽走.

2.3 氧化池界面

氧化池界面由兩個(gè)氧化池、兩臺鼓風(fēng)機(jī)、兩臺攪拌機(jī)、兩臺抽水機(jī)、兩臺排水機(jī)與排氣管組成，控制界面見圖4.

處理過程：兩臺抽水泵從厭氧池抽水進(jìn)入氧化池，當(dāng)液位高度達(dá)到設(shè)定值時(shí)鼓風(fēng)機(jī)和攪拌機(jī)啟動，開始氧化；氧化時(shí)間到則關(guān)閉鼓風(fēng)機(jī)和攪拌機(jī)，開始氧化；氧化時(shí)間到則關(guān)閉鼓風(fēng)機(jī)和攪拌機(jī)，開啟出水泵3和泵4把水抽走.排氣閥門用來排放鼓風(fēng)機(jī)鼓進(jìn)來的氣體；罐里的溫度傳感器測量出液體氧化時(shí)的溫度顯示在界面上.點(diǎn)擊界面上的泵可以對泵進(jìn)行開關(guān)的操作，紅色表示關(guān)，綠色表示開.

圖3 一號沉砂池控制界面Fig.3 Controlling interface of No.1 sand basin

圖4 氧化池控制界面Fig.4 Controlling interface of Oxidation pond

2.4 二號沉砂池界面

沉砂池界面包括兩臺抽水泵站、一個(gè)沉砂池、兩臺回流污泥泵站和兩個(gè)凈水出口閥門（見圖5）.

控制過程：按下啟動按鈕后系統(tǒng)開始運(yùn)行，兩臺進(jìn)水泵開始抽水，這時(shí)界面上的泵顯示綠色，液位高度增加.當(dāng)液位達(dá)到一定高度后，兩臺進(jìn)水泵關(guān)閉.之后延時(shí)一段時(shí)間用以沉砂，延時(shí)時(shí)間到則開閥門5和6排出凈水.排到一定的液位高度，剩下少部分的污泥時(shí)再延時(shí)一段時(shí)間，開抽泥泵把污泥抽走送回配水泥井.在界面上有一個(gè)低液位報(bào)警信號燈和一個(gè)高液位報(bào)警信號燈，當(dāng)池的水位高于或低于設(shè)定值時(shí)報(bào)警燈顯示為紅色，自動關(guān)閉抽水泵或抽泥泵，然后進(jìn)入循環(huán)運(yùn)行.當(dāng)有報(bào)警時(shí)界面上的開關(guān)按鈕可對泵或閥門進(jìn)行開關(guān)操作.關(guān)系統(tǒng)按鈕用來停止系統(tǒng)的運(yùn)行.

2.5 配水泥井界面

界面由配水罐，泥水分離泵，二沉砂池和回流污泥管等圖形組成.在該界面上可直觀地看到水和泥分離的全過程.配水罐里的水由回流污泥和一號沉砂池出來的污水構(gòu)成.泥水混合體在罐里由離心泵進(jìn)行分離后水被排放到厭氧池處理，泥被排泥泵排放另做他用.

圖5 二號沉砂池控制界面Fig.5 Controlling interface of No.2 sand basin

2.6 厭氧池界面

該界面由兩個(gè)厭氧罐、兩臺進(jìn)水泵站、一個(gè)加料罐等組成，完成污水處理的化學(xué)過程見圖6.

運(yùn)行過程：污水處理系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)，先開動加藥閥門，這時(shí)加料罐往厭氧罐加化學(xué)試劑，加到一定量后關(guān)閉，如果加藥罐內(nèi)的藥少時(shí)將打開外面閥門往加藥罐加藥，滿后自動關(guān)閉.抽水泵從配水泥井抽水到兩個(gè)厭氧池進(jìn)行混合，一段時(shí)間后開放閥門排放到氧化池.

圖6 厭氧池控制界面Fig.6 Controlling interface of anaerobic pond

3 歷史數(shù)據(jù)和趨勢顯示

3.1 歷史數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)庫是上位機(jī)監(jiān)控軟件的核心所在，所以需要與污水處理功能模塊進(jìn)行恰當(dāng)?shù)慕M合.實(shí)際編程過程中定義變量時(shí)，記錄可設(shè)定為不記錄、數(shù)據(jù)變化時(shí)記錄和定時(shí)記錄，根據(jù)實(shí)際情況選擇相應(yīng)的設(shè)置，從而節(jié)省存儲空間.報(bào)表可分為歷史報(bào)表和萬能報(bào)表2種［7］.

歷史數(shù)據(jù)是反映過去生產(chǎn)過程中所記錄下來的數(shù)據(jù)，可方便在發(fā)生同樣的事件時(shí)工程師能及時(shí)地找出原因并加以解決.管理層通過查看數(shù)據(jù)能夠了解生產(chǎn)狀況，以便管理和做出決策.系統(tǒng)支持歷史數(shù)據(jù)的記錄存檔，用于實(shí)現(xiàn)定期對歷史數(shù)據(jù)的連續(xù)記錄.當(dāng)發(fā)生數(shù)據(jù)丟失及磁盤剩下10％空間時(shí)將報(bào)警.系統(tǒng)允許用戶自行定義存檔間隔以避免不必要的數(shù)據(jù)存檔.

3.2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)

該過程對生產(chǎn)過程中得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后和實(shí)際情況對比，有不同將進(jìn)行調(diào)整，使控制系統(tǒng)處于最佳的運(yùn)行狀態(tài).如：當(dāng)液位超過或低于設(shè)定值時(shí)，計(jì)算機(jī)將控制現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行調(diào)整，得到較好的液位高度.數(shù)據(jù)經(jīng)過處理，可了解污水處理廠1d所用的化學(xué)藥量、處理水噸數(shù)、耗電量等，可計(jì)算出污水處理廠運(yùn)營贏虧狀況，提供給管理者參考.

3.3 趨勢顯示

趨勢顯示包括歷史顯示和實(shí)時(shí)顯示等功能.趨勢顯示的形式包括數(shù)字、棒圖顯示等多種實(shí)時(shí)或歷史的趨勢，能夠直觀地查看生產(chǎn)趨勢，供調(diào)度分析員分析比較，找出泵站和其他設(shè)備的最佳運(yùn)行規(guī)律，便以維護(hù)，確保污水管網(wǎng)疏通率100％，設(shè)施完好率90％以上.

4 結(jié)語

隨著我國生活污水的排放量增加，對環(huán)境污染的問題越來越突出，生活污水的處理將越來越彰顯其重要性.使用力控組態(tài)軟件、三菱PLC及宇光智能儀表等設(shè)備構(gòu)成的監(jiān)控系統(tǒng)，將大大提高污水處理廠的自動化程度，能做到幾乎無人值守也能進(jìn)行安全生產(chǎn)，這對小型污水處理廠降低經(jīng)營成本和提高管理水平都有很重要的意義.

［1］亓學(xué)鵬，王國勇，趙聰，等.PLC技術(shù)和組態(tài)王6.25在污水處理廠中的應(yīng)用[J].中國儀器儀表，2008（10）：42-45.

［2］張學(xué)東，李潮.RSView32在污水廠監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].微計(jì)算機(jī)信息，2006，22（28）：43-44；79.

［3］曹麗婷，田景文，黃桂林.PLC和組態(tài)軟件在污水處理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].機(jī)床與液壓，2008，36（7）：202-204.

［4］陶俊杰，于軍亭，陳振選，等.城市污水處理技術(shù)及工程實(shí)例[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：90-95.

［5］袁秀英.組態(tài)控制技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003：1-5.

［6］馬國華.監(jiān)控組態(tài)軟件及其應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004：1-13.

［7］曾慶波，孫華，周衛(wèi)宏，等.監(jiān)控組態(tài)軟件及其應(yīng)用技術(shù)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2005：126-135.

Design of the Sewage Treatment Plant's Configuration Control

ZHONG Chengyao（College of Physics and Electronic Engineering，Hainan Normal University，Haikou 571158，China）

Configuration monitoring systeMof the sewage treatment is introduced，which is based on three-dimensional Force-Control software，Mitsubishi PLC，and Yuguang intelligent instrument.Furthermore，some technical problems are discussed.According to the concrete sewage treatment process，the concrete design scheme is put forward，it is of important significance for the systeMto reduce the operation cost of small-scale sewage treatment plants and management.

sewage treatment；configuration control；PLC；intelligent instrument

IP 273

A

1674-4942（2010）01-0036-05

2009-10-16