1 引言
松原市江南污水處理廠是國家松花江環(huán)境保護(hù)目的的重點工程，該項目由日本政府貸款、設(shè)計日處理污水能力10萬噸。該項目在2006年建成并投入運行。
該廠污水處理方案是使用SBR序列間歇式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process）污水處理技術(shù)，相對來說該工藝對主要設(shè)備自動控制的要求較高，所以本自動控制系統(tǒng)使用了日本歐姆龍公司生產(chǎn)的CS1D PLC，（CPU熱后備的可編程控制器）并選用了該系列及世界同類產(chǎn)品控制層網(wǎng)絡(luò)通訊最可靠的通訊方案Controller bbbb光纖環(huán)網(wǎng)構(gòu)建了該廠污水處理方案的自動控制系統(tǒng)。
2 自控系統(tǒng)構(gòu)成
松原市污水處理廠污水自動控制系統(tǒng)由中央控制室監(jiān)控及各分站、子站監(jiān)控組成的兩級監(jiān)控部分和現(xiàn)場控制站（PLC1～PLC3）、控制子站（PLC4～PLC9）組成，控制子站的現(xiàn)場操作設(shè)備為10.4″觸摸屏，如圖1所示。
圖1 污水廠自動化系統(tǒng)構(gòu)成
本系統(tǒng)集自動控制、數(shù)據(jù)采集功能為一體，較好地完成了整個污水處理過程的自動控制、工藝流程動態(tài)顯示、設(shè)備運行狀態(tài)的實時監(jiān)測、記錄和故障報警。
中央控制室配置的四個操作站（二級監(jiān)控部分）、各分站、子站操作站（一級監(jiān)控部分）、各現(xiàn)場控制站通過安裝在操作站和控制站內(nèi)的Controller bbbb通訊單元與工廠Controller bbbb冗余光纖環(huán)網(wǎng)建立可靠的工業(yè)局域網(wǎng)絡(luò)通訊。
除Controller bbbb通訊方案外系統(tǒng)還建立了：（1）遠(yuǎn)程中途提升泵站和中控室的無線通訊方案，在中控室即可實現(xiàn)6km外的中途提升泵站的生產(chǎn)監(jiān)控；（2）鼓風(fēng)機(jī)站PLC主站和鼓風(fēng)機(jī)監(jiān)控分站PLC的date bbbb 數(shù)據(jù)映射用于建立PLC之間的數(shù)據(jù)通訊；（3）鼓風(fēng)機(jī)站PLC主站和第三方設(shè)備CAN總線數(shù)據(jù)采集服務(wù)器的協(xié)議宏通訊（建立Modbus協(xié)議的通訊序列），實現(xiàn)中控室對變配電間高壓控制保護(hù)設(shè)備及工廠變電運行的運行監(jiān)控。
3 系統(tǒng)監(jiān)控運行目標(biāo)的實現(xiàn)
3.1 SBR序列間歇式活性污泥法工藝
SBR序列間歇式活性污泥法工藝是污水處理的新技術(shù)。近年來自動控制技術(shù)、在線分析儀表的快速發(fā)展為污水生物曝氣處理的自動化提供了可靠的基礎(chǔ)。本系統(tǒng)采用以PLC為核心的工藝過程自動監(jiān)控系統(tǒng),通過控制鼓風(fēng)機(jī)、水泵、電動閥等設(shè)備對反應(yīng)段時間、曝氣時間、曝氣強度等工藝參數(shù)進(jìn)行控制，使水質(zhì)達(dá)到國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。
SBR污水處理自動控制過程特點是變量多（如液位，水質(zhì)成份，溫度、壓力、流量）、任務(wù)多（如污水輸送、風(fēng)量控制、反沖水量控制、水泵的啟停等）、設(shè)備多（如格柵機(jī)、水泵、鼓風(fēng)機(jī)、閥門、污泥處理設(shè)備等），而且是具有隨機(jī)性、時變性和耦合性的復(fù)雜控制系統(tǒng)。
3.2 主要監(jiān)控任務(wù)
（1）水泵管理。運用歐姆龍公司CS1 PLC軟件的堆棧技術(shù)使粗格柵站和其他類似控制要求的14臺潛水泵的控制達(dá)到國內(nèi)外先進(jìn)水平：既用自動控制去實現(xiàn)操作員根據(jù)操作規(guī)程要求作手動操作時的正確操作，其自動控制過程和操作員在現(xiàn)場操作時無誤操作的過程一致并且及時，實現(xiàn)了根據(jù)對液位、設(shè)備狀況、設(shè)備運行記錄等因素進(jìn)行綜合分析之后的智能自動判斷并以此作出的隨動的自動控制決策。
控制效果大體可描述為：根據(jù)液位的高低決定啟動泵的數(shù)量，增加啟動泵的數(shù)量時要做到哪臺無故障的泵休息的時間長就自動啟動哪臺泵，需要減少啟動泵的數(shù)量時要做到哪臺泵運行的時間長就自動停哪臺泵，當(dāng)運行的泵出現(xiàn)故障時將停止該泵的運行，其他無故障的泵將根據(jù)前述原則自動補足缺少的運行泵數(shù)量，當(dāng)因故障原因停止的泵恢復(fù)正常時將自動進(jìn)入準(zhǔn)備啟動隊列。
該潛水泵控制方案在松原污水處理的各個環(huán)節(jié)得到了廣泛的使用使該監(jiān)控環(huán)節(jié)完全達(dá)到了可以取消現(xiàn)場一級監(jiān)控的運行效果，極大的提高了設(shè)備運行質(zhì)量，保證了設(shè)備的連續(xù)長周期正常運行，提高了設(shè)備使用壽命，解決了工廠操作人員不足的問題。
（2）SBR工藝的聯(lián)鎖和溶解氧濃度的反饋控制?？刂品桨钢饕罁?jù)生產(chǎn)工藝提供的控制要求；SBR工藝的控制大體可以分為三個方面的內(nèi)容：一是生物濃度控制，即根據(jù)在線測得的水質(zhì)參數(shù)與設(shè)定參數(shù)形成的閉環(huán)控制；二是反應(yīng)時間控制，即根據(jù)SBR工藝的各個階段所需要的時間進(jìn)行的自動控制；三是流量程序控制，即根據(jù)污水流量的變化來調(diào)整各個階段所需時間的自動控制。
生物濃度控制的基本原則是動態(tài)的控制SBR工藝的反應(yīng)時間，使其中的有機(jī)物濃度（COD）達(dá)到允許的排放標(biāo)準(zhǔn)后就立即停止曝氣。目前，受檢測技術(shù)的影響，在線測定有機(jī)物濃度（COD）的實時性效果較差，基本不能實現(xiàn)反饋控制的實時性要求。
但是，在一定的SBR工藝條件下，反應(yīng)池中的COD濃度與SBR池中的溶解氧變化速率有著直接的關(guān)系。因此可以通過測定溶解氧的變化來監(jiān)測有機(jī)物濃度的變化，實現(xiàn)反應(yīng)過程的反饋自動控制。
SBR池溶解氧濃度的反饋控制控制方案是在SBR工藝的暴氣過程中，將溶解氧傳感器檢測到的SBR池溶解氧濃度信號和工藝工程師制定的暴氣階段SBR池溶解氧濃度的給定值作實時動態(tài)比較，然后按比例、積分、微分（PID）的控制方案去控制空氣電動調(diào)節(jié)閥的開度既控制由鼓風(fēng)機(jī)給出的空氣流量，閉環(huán)的PID控制方案較好的保證了暴氣階段SBR池溶解氧濃度的要求，提高了工廠污水處理的能力和處理質(zhì)量。
與時間相關(guān)的控制程序是根據(jù)對SBR反應(yīng)池的五個運行階段所需要的時間進(jìn)行的自動控制。如SBR反應(yīng)池的進(jìn)水時間、攪拌時間、曝氣時間、靜沉?xí)r間、潷水時間及等待時間都可由操作員在上位機(jī)給定。SBR反應(yīng)池的各段工藝過程的執(zhí)行時間均嚴(yán)格按規(guī)定的時間順序進(jìn)行，通過電氣操作臺上的手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)可以改變主要電器設(shè)備的操作狀態(tài)。
該廠污水處理過程大體可分為四套SBR的輪流進(jìn)水（含攪拌）、暴氣、靜沉、潷水等幾個過程，每套SBR工藝設(shè)備主要由鼓風(fēng)機(jī)、攪拌器、電動調(diào)節(jié)閥、潷水器等主要設(shè)備組成，其中潷水器為電動機(jī)械受控設(shè)備，受多種原因影響其控制的可靠性顯得重要，而生物凈化過程中的污水溶解氧濃度控制對提高SBR工藝的運行效率、工藝的污水處理能力和質(zhì)量、保護(hù)有用微生物的生存環(huán)境起著置關(guān)重要的作用，所以SBR工藝的自動控制關(guān)鍵是作好上述兩個環(huán)節(jié)。
（3）中控室變配電設(shè)備的遠(yuǎn)程集中監(jiān)控。本系統(tǒng)通過使用毆姆龍公司的串行通訊單元，利用協(xié)議宏的組態(tài)編程方法實現(xiàn)了實現(xiàn)了中控室計算機(jī)操作站通過Controller bbbb光纖環(huán)網(wǎng)對安裝在工廠變電間的CAN總線數(shù)據(jù)采集服務(wù)器的遠(yuǎn)程通訊，實現(xiàn)了重要的工廠變配電數(shù)據(jù)（高壓控制保護(hù)器數(shù)據(jù)）的采集，其中包括模擬量（包括三相電流、電壓、各功率參數(shù)、工廠用電累計量等）、開關(guān)量（包括各種開關(guān)狀態(tài)、設(shè)備運行狀態(tài)、故障狀態(tài)）共計400點并在中心控制室操作站上通過操作畫面進(jìn)行實時顯示、記錄、報警，其記錄報表可用于故障的事后分析，為工廠供電環(huán)節(jié)的安全管理提供了可靠保證。
4 基于歐姆龍CS1系列PLC的現(xiàn)場控制站
現(xiàn)場控制站PLC是直接控制和監(jiān)測生產(chǎn)過程的單元。本系統(tǒng)廠區(qū)共有9個現(xiàn)場控制站，每個站設(shè)一臺可編程邏輯控制器，通過工業(yè)控制網(wǎng)（Controller bbbb）傳輸數(shù)據(jù)，每個現(xiàn)場站的監(jiān)測和控制可以在現(xiàn)場站進(jìn)行，也可以在中央控制室進(jìn)行。現(xiàn)場控制站主要包括以下設(shè)備：可編程序邏輯控制器（PLC）；可編程終端PT（觸摸屏）；現(xiàn)場計算機(jī)操作站。
PLC設(shè)備選用日本OMRON公司的最新一代可編程序控制器—CS1系列，基本指令處理
速度：≤0.02μs；輸入輸出模塊均具備光電隔離性能；支持所有模塊的熱插拔；平均無故障運行時間(MTBF)達(dá)到271,000小時；雙CPU硬件熱備（2 CPU同時參與計算機(jī)與數(shù)據(jù)保存1個CPU控制，故障時平滑切換）；支持所有模塊的熱插拔；雙電源供電（包括擴(kuò)展機(jī)架）；如配置串行通信單元SCU21，則每套PLC上最多能提供34個（RS232/422/485）通信口，通信速率可達(dá)38.4KBPS，用于連接現(xiàn)場儀表、外圍通信設(shè)備和觸摸屏（PT）；對于每個串行通信口，具備自定義協(xié)議的通訊功能，能與非本公司產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，便于和第三方各種智能設(shè)備、現(xiàn)場智能儀表相連；支持E_mail功能，能以事件觸發(fā)、定時觸發(fā)及故障觸發(fā)方式由PLC向上位機(jī)發(fā)送電子郵件；具有電源出錯履歷、電源中斷時間壓棧、電源中斷計數(shù)等電源維護(hù)功能；支持以太網(wǎng)、控制網(wǎng)、設(shè)備總線網(wǎng)，并支持多網(wǎng)配置；定時中斷，掉電中斷，I/O中斷，外部中斷等多種中斷功能。CS1編程軟件采用最新的bbbbbbs版，采用結(jié)構(gòu)化、多任務(wù)、梯形圖、語句表編程方式，具有良好的在線編輯和在線幫助功能。
5 結(jié)束語
該廠自投產(chǎn)以來，以O(shè)MRON公司的CS1系列PLC為核心的自動控制系統(tǒng)長周期可靠運行，未發(fā)生過任何故障，特別應(yīng)提到的是Controller bbbb光纖環(huán)網(wǎng)的運行故障記錄等于零，從未出現(xiàn)過如通訊超時，通訊報警等在一般工控局域網(wǎng)絡(luò)上常見的故障提示。PLC系統(tǒng)的可靠運行保證了如本文所述的控制方案順利實現(xiàn)，為污水處理廠的高效運行奠定了良好的基礎(chǔ)。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
|
|
|
|
|
|
|
|