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　　隨著我國的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，環(huán)境問題日益突出，尤其是城市水環(huán)境的惡化，加劇了水資源的短缺，嚴(yán)重影響著人民群眾的身心健康，這些情況已經(jīng)成為城市可持續(xù)發(fā)展的嚴(yán)重制約因素；我國現(xiàn)階段很多大中型城市的廢水排放量大，已造成城市地表水的嚴(yán)重污染；三峽庫區(qū)水環(huán)境保護(hù)事關(guān)三峽工程長期安全運(yùn)行和長江中下游地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，因此受到國內(nèi)外廣泛關(guān)注，但目前各城市仍然是直接排放污水或因水處理自控系統(tǒng)不完善沒處理好就把污水排放了，很多操作和檢測(cè)監(jiān)控過程仍停留在人工階段，監(jiān)控時(shí)間覆蓋率低，手工采集樣品缺乏科學(xué)性和代表性，難以反映企業(yè)和城市污水處理及排放連續(xù)變化的情況。大范圍的建立污水處理系統(tǒng)及在線自動(dòng)控制監(jiān)控體系，勢(shì)在必行。

    系統(tǒng)簡介：

　　重慶巫山污水處理廠位于巫山縣城邊緣，廠區(qū)緊鄰長江流域，處于三峽庫區(qū)腹地，該污水處理廠采用的是改良型Orbal氧化溝工藝，日處理污水量3萬噸，廠區(qū)主體構(gòu)筑物有：綜合樓、配電房、進(jìn)水提升泵房、粗細(xì)格柵井及旋流沉砂裝置、Orbal氧化溝、終沉池、污泥回流剩余泵井、脫水機(jī)房等；整個(gè)廠區(qū)設(shè)備及閥門均采用MCC和PLC兩種控制方式，正常情況下可以實(shí)現(xiàn)儀表、PLC的完全自動(dòng)檢測(cè)控制及運(yùn)行狀況監(jiān)控；下位機(jī)采用施耐德電氣的Premium 系列PLC，上位機(jī)采用北京華富Control2000監(jiān)控軟件。該廠自動(dòng)控制系統(tǒng)于2006年7月11日全面完成調(diào)試，目前系統(tǒng)運(yùn)行正常。

    污水處理系統(tǒng)詳述：

    一、Orbal氧化溝工藝介紹如（圖一）

圖一　Orbal氧化溝工藝簡圖

    1、粗細(xì)格柵機(jī)及其附屬輸送壓榨設(shè)備的控制

    定時(shí)控制：根據(jù)外來污水狀況和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，通過設(shè)定相關(guān)定時(shí)參數(shù)，自動(dòng)控制格柵機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間和停止時(shí)間。

    液位差控制：在格柵機(jī)的前后均設(shè)置一臺(tái)超聲波液位傳感器，檢測(cè)出格柵機(jī)的前后液位差。設(shè)定低液位差LDF2和高液位差LDF1，當(dāng)檢測(cè)到的液位差大于LDF1時(shí)，啟動(dòng)格柵機(jī)；當(dāng)檢測(cè)到的液位差低于LDF2時(shí)，停止格柵機(jī)（減少了運(yùn)行時(shí)間，有效的節(jié)約成本）。控制過程如（圖二）

圖二

圖三　提升泵控制原理圖



圖四

    控制描述如（圖三、四）：

    （1） P1—變頻器，BU1—軟啟動(dòng)器，PT—超聲波液位計(jì)，ZJ1、ZJ2—用于控制系統(tǒng)的MCC/PLC轉(zhuǎn)換。

    （2） 由圖可見，變頻器連接在第一臺(tái)水泵電機(jī)上，需要加泵時(shí)，變頻器停止運(yùn)行，并由變頻器的輸出端口RO1～RO3輸出信號(hào)到PLC，由PLC控制切換過程。

    （3） PLC根據(jù)泵池液位高中低信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)三臺(tái)泵的啟停；泵池水位到預(yù)設(shè)的低水位時(shí)啟動(dòng)1#泵，水位上升到預(yù)設(shè)的中水位時(shí)，1#泵由變頻運(yùn)行轉(zhuǎn)換到工頻運(yùn)行，這時(shí)再變頻啟動(dòng)2#泵，依次啟動(dòng)到3#泵。

    （4） 切換開始時(shí)，變頻器停止輸出（變頻器設(shè)置為自由停車），利用水泵的慣性將第一臺(tái)水泵切換到工頻運(yùn)行，變頻器連接到第二臺(tái)水泵上起動(dòng)并運(yùn)行，照此，將第二臺(tái)水泵切換到工頻運(yùn)行，變頻器連接到第三臺(tái)水泵上起動(dòng)并運(yùn)行。

    （5） 水位下降需要減泵時(shí)，系統(tǒng)將第三臺(tái)水泵停止，第二臺(tái)水泵切換到變頻調(diào)節(jié)狀態(tài)。水位繼續(xù)下降，系統(tǒng)將第二臺(tái)水泵停止，第一臺(tái)水泵切換到變頻調(diào)節(jié)狀態(tài)。

    （6） 另外，設(shè)置軟啟動(dòng)器作為備用。當(dāng)變頻器或PLC故障時(shí)，可用軟起動(dòng)器現(xiàn)場手動(dòng)輪流起動(dòng)各泵運(yùn)行以保證供水。作為多臺(tái)提升泵的自動(dòng)控制，滿足先啟先停的原則，以優(yōu)化資源的利用率；為了提升泵的安全，系統(tǒng)設(shè)置了提升泵的干運(yùn)轉(zhuǎn)保護(hù)；同時(shí)，系統(tǒng)還設(shè)置了泵的頻繁啟停保護(hù)，群啟動(dòng)保護(hù)等，以延長其使用壽命。

    3、曝氣系統(tǒng)的自動(dòng)控制

　　生化池作為全廠污水處理的核心，具有舉足輕重的作用。污水經(jīng)過預(yù)處理后，在這里通過微生物吸附污水中的有機(jī)物，達(dá)到脫磷脫氮的目的。對(duì)生化池的自動(dòng)控制，主要是溶解氧濃度的控制。

　　曝氣量自動(dòng)控制系統(tǒng)作為一個(gè)恒值控制系統(tǒng)，系統(tǒng)給定一個(gè)保持不變的最佳溶解氧值，通過PLC控制調(diào)節(jié)輸出量（即曝氣機(jī)開啟臺(tái)數(shù)），使被控量（實(shí)測(cè)氧化溝溶解氧濃度）不斷地接近給定值。在這個(gè)系統(tǒng)中，要求穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)特性良好，被控量向給定值過渡的時(shí)間短，同時(shí)過程平穩(wěn)，振蕩幅度小。

　　曝氣供氧系統(tǒng)是由鼓風(fēng)機(jī)、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和溶解氧儀共同組成的閉環(huán)系統(tǒng)，為反應(yīng)池好氧段提供氧氣，并維持好氧過程的溶解氧濃度值。依照好氧過程的溶解氧濃度值控制鼓風(fēng)機(jī)的開啟程度，維持溶解氧濃度值在一定的范圍內(nèi)變動(dòng)。控制流程如（圖五）。

    三、控制模式

    手動(dòng)模式：手動(dòng)模式又可以分為盤柜模式和就地模式。盤柜模式就是通過MCC上的按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的操作；就地模式就是通過現(xiàn)場控制箱上的按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的操作。

    遙控模式：就是通過中心控制室上位操作站實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的操作。

    自動(dòng)模式：設(shè)備的運(yùn)行完全由各PLC根據(jù)污水廠的工況及工藝參數(shù)來完成對(duì)設(shè)備的啟停控制，而不需要人工干予。

    四、系統(tǒng)構(gòu)成如（圖六）

　　通過前面的描述，設(shè)備的控制還是比較復(fù)雜的，為達(dá)到以上的設(shè)備自動(dòng)控制要求，該工程基本構(gòu)成如下：

　　下位機(jī)：選用了施耐德 Premium PLC來做系統(tǒng)

　　上位機(jī)：選用了北京華富Control2000軟件

　　中間協(xié)議：采用Simatic TOP Server，銜接上、下位機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換

　　整個(gè)廠區(qū)共有3個(gè)PLC站，硬件采用施耐德電氣Premium PLC，分別用光纖及光纖交換機(jī)，采用星型連接方式構(gòu)成以太網(wǎng)絡(luò)連接至中控室，在PLC2站，現(xiàn)場電力儀表采用Modbus通訊方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集；軟件采用施耐德的PL7Pro，根據(jù)控制要求開發(fā)程序，完全可以實(shí)現(xiàn)前面描述的控制要求。三個(gè)站分別處于進(jìn)水泵房、配電房、脫水機(jī)房，基本配置如下：

圖七：廠區(qū)工藝流程圖



圖八：設(shè)備控制盤



圖九：開發(fā)調(diào)試階段報(bào)表查詢數(shù)據(jù)示例

    五、該工程自控系統(tǒng)的特點(diǎn)

　　1、技術(shù)先進(jìn)：現(xiàn)代化的工廠要求與時(shí)俱進(jìn)，該自動(dòng)化控制系統(tǒng)無論是從使用的現(xiàn)場總線、通訊網(wǎng)絡(luò)、可編程控制器、組態(tài)軟件，還是從自動(dòng)化控制技術(shù)來講，都具有時(shí)代領(lǐng)先性。

　　2、穩(wěn)定可靠：選用的自動(dòng)化產(chǎn)品絕大部分來自國外知名品牌，建立的自動(dòng)化控制平臺(tái)，經(jīng)過嚴(yán)格的測(cè)試，可以保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。

　　3、自動(dòng)化程度高，使用簡單：對(duì)于全廠的控制中心——中心控制室上位界面，采用全中文的設(shè)計(jì)界面，立體三維流程圖形來表達(dá)工藝，便于操作員掌握；同時(shí)下位機(jī)PLC采用施耐德的PLC，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，自動(dòng)化程度高，整個(gè)系統(tǒng)維護(hù)量小。

　　4、開放性：該系統(tǒng)采用的現(xiàn)場總線是國際通用的具有開放協(xié)議的現(xiàn)場總線，同時(shí)各控制站均留有I/O余量，以便于以后系統(tǒng)的改造和擴(kuò)展。

　　5、安全性：該系統(tǒng)采用全面的設(shè)備保護(hù)體系，包括潛水泵的干運(yùn)轉(zhuǎn)保護(hù)、自控平臺(tái)的防雷保護(hù)、進(jìn)水水質(zhì)異常保護(hù)、報(bào)警系統(tǒng)等，以防止因?yàn)槟承┮馔饣虿僮鲉T的疏忽而發(fā)生事故。

    六、應(yīng)用總結(jié)

　　該城市污水處理系統(tǒng)建成后，施耐德電氣Premium PLC系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確快捷，控制的重要設(shè)備運(yùn)行安全，程序開發(fā)好后，其維護(hù)量幾乎為零，同時(shí)個(gè)人感覺該P(yáng)LC現(xiàn)場安裝、與其它設(shè)備的接口等均方便好用，系統(tǒng)投運(yùn)后，自動(dòng)化程度高，工作人員維護(hù)量小，出水水質(zhì)能達(dá)到國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，該系統(tǒng)的形成投運(yùn)無疑給長江流域、三峽庫區(qū)的環(huán)保事業(yè)作出了貢獻(xiàn)，希望在長江流域沿線有更多的采用自動(dòng)化程度高的污水處理廠。巫山污水處理廠的施耐德電氣Premium PLC系統(tǒng)的應(yīng)用將是一個(gè)很好的榜樣。