壽光市城北污水處理廠提標改造自動化控制系統(tǒng)的應用

（中冶華天南京電氣工程技術有限公司，南京 210019）

0 引言

2016年6月，壽光市城北污水處理廠提標改造工程在設計、軟硬件配置、控制等方面進行了改進，有效解決了系統(tǒng)利用系數(shù)低、作業(yè)率低、設備的裝備水平低和產(chǎn)品品質(zhì)低的問題，對企業(yè)的生產(chǎn)穩(wěn)定、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、節(jié)能降耗、污染減排、減少投資、產(chǎn)量提高等具有重大意義。

1 系統(tǒng)組成

本次提標改造污水處理工藝擬采用“V型濾池過濾”方案。工藝流程圖見圖1。

圖1 工藝流程

2 系統(tǒng)配置

2.1 系統(tǒng)應用軟件配置

操作系統(tǒng)Windows XP、監(jiān)控軟件西門子WinCC V6.0開發(fā)版、編程軟件通用Proficy ME。

2.2 系統(tǒng)硬件配置

壽光市城北污水處理廠提標改造工程控制系統(tǒng)有一個主站，硬件采用GE公司的PACSystems RX3i系列CPU、電源模塊、Genius通訊模塊、PROFIBUS-DP通訊模塊；從站采用VersaMax系列模塊，分別為電源模塊、Genius網(wǎng)絡接口單元(NIU)模塊、數(shù)字量輸入/輸出模塊、模擬量輸入/輸出模塊。GE公司PACSystems RX3i系列PLC是90-30升級產(chǎn)品，它具有編程特性先進、易于組態(tài)、便于安裝的特點，其CPU具有強大的處理功能。如提供內(nèi)裝PID、結(jié)構化編程、各種功能模塊。VersaMax系列模塊具有開放靈活、總線獨立，組合簡單等特點。本工程系統(tǒng)硬件配置見圖2。

圖2 系統(tǒng)硬件配置

3 需要注意的問題

（1）設計時需考慮所選電源模塊電流能否帶動本機架I/0模塊。

（2）Genius網(wǎng)絡接口單元(NIU)模塊以及VersaMax模塊比較脆弱，為防止干擾，PLC柜內(nèi)模塊與柜體進行絕緣?？偩€敷設時穿鋼管，鋼管連接處可靠接地。

（3）PLC單獨接地，所有PLC柜之間接地銅排就近和其他PLC柜串行連接。

4 系統(tǒng)軟件編程

利用集成化軟件Proficy ME對系統(tǒng)編程，該軟件提供了多種編程語言，適用于多方面、多層次的編程人員，易學、易懂、好用，系統(tǒng)有豐富的功能塊用戶可直接調(diào)用。對該系統(tǒng)硬件組態(tài)后，開始編程。Proficy ME允許結(jié)構化程序，即可將污水處理廠各級系統(tǒng)建若干文件夾，單個設備控制程序就放在該系統(tǒng)文件夾中，這樣便于程序調(diào)試和閱讀。污水處理廠控制系統(tǒng)以順序控制和過程控制為主[1]。順序控制集中在混合池、A2/O反應池、中間提升泵、加氯間、加藥間、廢水池、反沖洗風機房、V型濾池、反沖洗泵房系統(tǒng)，因此設備之間的順序啟動/停止以及聯(lián)鎖關系也比較多且很重要。過程控制主要是泵池水位自動跟蹤閉環(huán)控制、污泥濃度二元流量參數(shù)的雙閉環(huán)比值控制和溶解氧基于模糊自整定PID算法控制，主要參數(shù)有液位(LI)、污泥濃度(MLSS)、溶解氧(DO)。以下為污水處理廠典型的順序控制和過程控制。

4.1 利用雙閉環(huán)比值控制法調(diào)節(jié)污泥濃度

為了保證生物池中活性污泥濃度滿足工藝生產(chǎn)要求，根據(jù)活性污泥濃度儀表采集的濁度值，采用雙閉環(huán)比值控制調(diào)節(jié)進入生物池的回流污泥量和進水量，實現(xiàn)進水量與回流污泥量的合理配比保證生物池污泥深度穩(wěn)定性[2]。

4.2 順序聯(lián)鎖控制加液位調(diào)節(jié)控制

濾池的反沖洗過程（水洗、氣水聯(lián)合反沖洗、漂洗）根據(jù)液位和時間參數(shù)進行確定，以先到者為決定因素，啟動反沖洗順序聯(lián)鎖程序，若有幾個濾池同時出現(xiàn)反沖洗請求，按照先后次序進行反沖洗，后提交請求的處于等待狀態(tài)。而針對復雜對象的控制V型濾池液位大延遲控制環(huán)節(jié)，采用微分先行（提高系統(tǒng)的動態(tài)性能），抑或后期人為削弱積分能力（避免積分累積效應），達到調(diào)節(jié)閥控制V型濾池液位，效果明顯。V型濾池的順序聯(lián)鎖控制+液位調(diào)節(jié)控制的主要參數(shù)見圖3。

圖3 V型濾池的順序聯(lián)鎖控制+液位調(diào)節(jié)控制操作畫面

5 監(jiān)控畫面設計

操作系統(tǒng)采用Windows XP，西門子監(jiān)控軟件WinCC V6.0 開發(fā)版，畫面通過以太網(wǎng)與控制站通信。壽光市城北污水處理廠提標改造項目的監(jiān)控畫面主要由如下幾部分組成：主菜單及工藝流程畫面、混合池、A2/O反應池系統(tǒng)畫面、中間提升泵系統(tǒng)畫面、加氯間、加藥間子系統(tǒng)畫面、廢水池、反沖洗風機房子系統(tǒng)畫面、V型濾池、反沖洗泵房子系統(tǒng)畫面、實時/歷史趨勢畫面、報警畫面等，畫面能顯示各設備操作方式、運行狀態(tài)、故障信號及模擬量數(shù)值和各種歷史數(shù)據(jù)[3]。主畫面中相應設備可彈出小操作畫面，完成設備手/自動操作。畫面編制遵循簡單明了原則。

6 操作方式

該系統(tǒng)設有3種操作方式：計算機畫面遠控手動操作、計算機畫面自動操作和機旁就地操作。3種方式定義如下。

（1）機旁手動操作?，F(xiàn)場選擇開關打到手動，按現(xiàn)場啟動按鈕，啟動現(xiàn)場設備。

（2）計算機畫面遠控操作?，F(xiàn)場選擇開關打到自動。在上位機上點擊“啟動”按鈕。當現(xiàn)場設備運行起來后，上位機上可觀察到設備運行信號（綠色）。

（3）計算機畫面自動操作。在滿足自動運行的條件下，在上位機上點擊“自動”按鈕，PLC系統(tǒng)根據(jù)工藝要求，現(xiàn)場所要控制的設備自動運行，并根據(jù)現(xiàn)場實際情況自行調(diào)整。

7 結(jié)束語

系統(tǒng)自2016年12月使用污水處理廠自動化控制系統(tǒng)軟件以來，該自動化控制系統(tǒng)軟件各項數(shù)據(jù)的高穩(wěn)定性、高可靠性的表現(xiàn)，使得污水排放水質(zhì)的穩(wěn)定性、可靠性進一步提高，也大大改善了所在環(huán)境，完善了城市環(huán)境基礎設施，減少了城鎮(zhèn)污水直接排放對環(huán)境的污染，促進了當?shù)亟?jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，增強了城市服務功能，提升了城市品位，改善了投資環(huán)境，社會效益顯著。該自動化控制系統(tǒng)也為公司的節(jié)能減排做出了突出貢獻。同時該自動化控制系統(tǒng)重要數(shù)據(jù)的信息化、開放化為環(huán)保監(jiān)管部門提供了大量詳實的基礎數(shù)據(jù)，給環(huán)保監(jiān)管部門督察提供了便利，并為其宏觀決策提供了數(shù)據(jù)支持。