摘  要  本文介紹了和利時(shí)LK大型PLC在甘肅省劉化集團污水處理廠(chǎng)自動(dòng)控制系統中的應用，描述了基于生物濾池污水處理工藝下的控制系統組成、控制功能和軟件設計思路。該污水處理廠(chǎng)自動(dòng)控制系統的全套硬件設備及軟件由和利時(shí)公司提供，系統設計工作由蘭州惠利自動(dòng)化系統工程有限公司完成，其自動(dòng)控制系統由中央控制室的兩臺操作員站和一套LK大型PLC現場(chǎng)控制站組成。

　　關(guān)鍵詞  污水廠(chǎng)；LK大型PLC

　　1引言

甘肅劉化集團地處黃河上游，由于歷史原因污水基本沒(méi)有經(jīng)過(guò)處理直接排入黃河，對周邊環(huán)境造成了一定影響。劉化集團污水處理廠(chǎng)是劉化集團響應國家環(huán)保要求新建的負責處理整個(gè)劉化集團工業(yè)污水及生活污水的污水處理廠(chǎng)，是為保護黃河上游水質(zhì)、節省水資源、深入發(fā)展城鎮經(jīng)濟而建設的重點(diǎn)項目。

　　2工藝介紹

劉化集團污水處理廠(chǎng)采用生物曝氣法進(jìn)行污水處理，設計規模為日處理量10000方，其主要建筑物有：柵格間、預曝調節池、高架配水井、豎流沉淀池、生物曝氣濾池、清水池、濃縮池、鼓風(fēng)機房等。污水首先由進(jìn)水管經(jīng)格柵進(jìn)入預曝調節池，再通過(guò)預曝調節池內的三臺提升泵將污水提升至豎井沉淀池，然后經(jīng)由豎井沉淀池自流進(jìn)入生物曝氣濾池，最后經(jīng)過(guò)生物曝氣處理后的清水進(jìn)入清水池；而豎井沉淀池底部的沉淀物質(zhì)經(jīng)過(guò)濃縮池和濃縮一體式脫水機后進(jìn)行最后的處理。

　　3 自動(dòng)控制系統組成

該污水處理廠(chǎng)自動(dòng)控制系統采用冗余以太網(wǎng)通訊方式，由監控中心與一個(gè)LK大型PLC控制站構成。PLC控制站采集設備的啟停、閥門(mén)的開(kāi)關(guān)及報警狀態(tài)，污水流量、水位及PH等信號，通過(guò)以太網(wǎng)與上位監控中心連接。監控中心由兩個(gè)操作員站作為一主一從服務(wù)器用來(lái)存儲實(shí)時(shí)運行數據，服務(wù)器上裝有和利時(shí)公司監控軟件SmartPro做為上位監控界面。系統配置結構圖如下： 

 

 
　　4 控制系統功能介紹
 
本控制系統設計采用三種控制方式，即監控中心遠程控制、現場(chǎng)PLC控制、設備現場(chǎng)手動(dòng)控制等，其優(yōu)先級別分別為現場(chǎng)手動(dòng)控制最高，其次為現場(chǎng)PLC控制，最低為監控中心遠程控制。
 

各自動(dòng)控制單元通過(guò)LK大型PLC實(shí)現的功能分別是：

4.1 格柵間

主要實(shí)現的功能有：采集格柵的運行狀態(tài)信號及現場(chǎng)儀表的數據信號，并通過(guò)自動(dòng)控制程序實(shí)現格柵自動(dòng)運行控制：

◆兩臺格柵自動(dòng)控制采用水位差控制和時(shí)間控制。通過(guò)水位差測量?jì)x檢測粗格柵前后水位差值，當水位差值大于設定值時(shí)，啟動(dòng)粗格柵。當粗格柵距上次運行的時(shí)間超過(guò)設定值時(shí)，啟動(dòng)粗格柵；

◆采集進(jìn)水PH值和格柵前后液位差。

4.2預曝調節池

主要實(shí)現的功能有：采集提升泵、加藥泵、閥門(mén)的運行狀態(tài)信號及現場(chǎng)儀表的數據信號，并通過(guò)自動(dòng)控制程序實(shí)現預曝調節池內設備的自動(dòng)運行控制：

◆三臺提升泵自動(dòng)控制由池內液位控制。當水位升高時(shí)，控制水泵依次逐臺啟動(dòng)，水泵的啟動(dòng)順序按累計的水泵運行時(shí)間從小到大排列。當水位降低時(shí)，控制水泵依次逐臺停止，順序與之相反。同時(shí)自動(dòng)累積水泵運行時(shí)間，實(shí)現水泵的自動(dòng)輪值，保證水泵總是處在最佳運行狀態(tài)。當水位降低到干運轉保護水位時(shí)，水泵全停。

◆兩個(gè)加藥泵和三個(gè)閥門(mén)的監視和控制；

◆采集預曝調節池液位和進(jìn)、回水流量數據。

4.3豎流沉淀池

主要實(shí)現的功能有：采集進(jìn)水、回水閥門(mén)的運行狀態(tài)信號，并通過(guò)自動(dòng)控制程序實(shí)現豎流沉淀池內設備的自動(dòng)運行控制：

◆四組進(jìn)水、回水閥門(mén)的監視和控制。

4.4生物曝氣池

主要實(shí)現的功能有：采集進(jìn)水、出水、反沖進(jìn)水、反沖進(jìn)氣、曝氣進(jìn)氣閥門(mén)的運行狀態(tài)信號及現場(chǎng)儀表的數據信號，并通過(guò)自動(dòng)控制程序實(shí)現生物曝氣池內設備的自動(dòng)運行控制：

◆六組進(jìn)水、出水、反沖進(jìn)水、反沖進(jìn)氣、曝氣進(jìn)氣閥門(mén)受時(shí)間和生物曝氣池液位的控制；

◆采集生物曝氣池液位數據。

4.5清水池

主要實(shí)現的功能有：采集反沖泵、回用泵的運行狀態(tài)信號及現場(chǎng)儀表的數據信號，并通過(guò)自動(dòng)控制程序實(shí)現清水池內設備的自動(dòng)運行控制：

◆三臺回用泵自動(dòng)控制由池內液位控制。其控制原理同預曝調節池的提升泵；

◆兩臺反沖泵自動(dòng)控制與生物曝氣池內的反沖進(jìn)水閥聯(lián)動(dòng)；

◆采集清水池液位及出水PH數據。

4.6鼓風(fēng)機房

主要實(shí)現的功能有：采集曝氣、攪拌、反沖鼓風(fēng)機的運行狀態(tài)信號，并通過(guò)自動(dòng)控制程序實(shí)現鼓風(fēng)機房?jì)仍O備的自動(dòng)運行控制：

◆兩臺曝氣鼓風(fēng)機與生物曝氣池內的曝氣進(jìn)氣閥門(mén)聯(lián)動(dòng)；

◆兩臺反沖鼓風(fēng)機和一臺攪拌鼓風(fēng)機與生物曝氣池內的反沖進(jìn)氣閥門(mén)聯(lián)動(dòng)。

4.5濃縮池

主要實(shí)現的功能有：采集螺桿泵、濃縮一體式脫水機、螺旋輸送機的運行狀態(tài)信號及現場(chǎng)儀表的數據信號，并通過(guò)自動(dòng)控制程序實(shí)現濃縮池內設備的自動(dòng)運行控制：

◆兩臺螺桿泵、一臺濃縮一體式脫水機和一臺螺旋輸送機的監視和控制。

整個(gè)污水廠(chǎng)的運行基本實(shí)現了全自動(dòng)控制，所有設備運行參數及儀表數據都被送入PLC，PLC再通過(guò)以太網(wǎng)與上位監控系統進(jìn)行數據交換，用以監視和控制污水處理廠(chǎng)各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節的運行。進(jìn)水流量計及回水流量計通過(guò)RS485口與PLC系統進(jìn)行通訊，保證了現場(chǎng)測量數據與控制中心數據的完全一致。

　　5硬件、軟件功能介紹 
                                       
5.1硬件功能介紹

針對系統控制要求，和利時(shí)公司設計了基于LK大型PLC的工程方案。方案中主要利用LK大型 PLC的模擬量處理、以太網(wǎng)通訊、串口通訊等功能。

　　LK大型 PLC是和利時(shí)公司于2006年推出的新一代高端PLC系統，該系統支持冗余、熱插拔，單指令執行時(shí)間僅為13ns，支持多種通信協(xié)議，軟件編程便捷，適用于邏輯控制、順序控制、過(guò)程控制、傳動(dòng)控制和運動(dòng)控制等領(lǐng)域。

LK大型 PLC目前推出的主要產(chǎn)品如下：

1）CPU模塊：LK207、LK210

2） 數字量輸(DI)模塊：LK610、LK611、LK612、LK613、LK614、LK650

3）數字量輸出(DO)模塊：LK710、LK750、LK720

4）模擬量輸入(AI)模塊：LK410、LK411、LK430、LK440

5）模擬量輸出(AOI)模塊：LK510、LK511

6）模擬量輸入出(AI/O)模塊：LK850

7）特殊功能(高速計數和SOE)模塊：LK680、LK690

8）通訊接口模塊：LK231

9）背板：LK101、LK102、LK110、LK111、LK112、LK120、LK121

而本污水處理廠(chǎng)自控系統選用的模塊具體性能參數見(jiàn)下表：
 

5.2軟件功能介紹

本污水處理廠(chǎng)計算機監控系統采用SmartPro V3.1.3上位組態(tài)軟件設計運行，該系統提供了友好的人機界面(見(jiàn)全廠(chǎng)工藝流程圖)，具備如下功能：
 

　　5.1.1 實(shí)現了工藝流程監控

該系統實(shí)現了污水處理廠(chǎng)整體工藝流程、各主要工藝設備運行狀態(tài)、過(guò)程控制及各生產(chǎn)環(huán)節生產(chǎn)數據的實(shí)時(shí)采集與顯示，主要畫(huà)面有：全廠(chǎng)工藝流程圖、濾池工藝流程圖及在線(xiàn)儀表實(shí)時(shí)參數顯示表、生產(chǎn)數據歷史趨勢圖等。實(shí)現的工藝生產(chǎn)設備監控功能有：所有被監控制設備的運行狀態(tài)、啟?？刂?、設備與設備之間的連鎖控制、工藝參數的設定，以及PH、液位、流量等參數的顯示、報警、記錄、趨勢以及累積量計算等。

5.1.2 控制回路顯示與控制

包括電機開(kāi)關(guān)、運行時(shí)序、氣動(dòng)閥門(mén)開(kāi)關(guān)、聯(lián)鎖控制等所有控制回路，可修改設定值、控制方式、調節參數等。

5.1.3 報警功能

包括工藝數據報警、設備故障報警、系統故障報警，并根據不同的報警信息提供不同的報警畫(huà)面，在故障確認后可實(shí)現報警解除。

5.1.4 歷史數據的存儲與檢索

記錄生產(chǎn)過(guò)程中所有參數的歷史數據，記錄時(shí)間不小于一個(gè)月，并可根據要求任意設置。對重要的數據進(jìn)行在線(xiàn)存儲?？梢酝ㄟ^(guò)歷史報表或者歷史趨勢曲線(xiàn)的方式來(lái)檢索歷史數據。

統計分析、歷史記錄，根據生產(chǎn)數據，建立生產(chǎn)數據庫系統，并對這些數據進(jìn)行有目的的分析，可以做出不同角度、不同應用場(chǎng)合的數據分析和歷史記錄。

5.1.5 操作記錄

記錄生產(chǎn)過(guò)程中操作員所進(jìn)行的所有操作，記錄時(shí)間不小于一個(gè)月，并根據要求任意設置。

5.1.6 報表顯示和打印

采用了DDE技術(shù)，從而使用戶(hù)能夠直接使用Excel編制報表，借助Excel的強大功能，用戶(hù)可以隨心所欲地編制各種各樣的報表，可以是實(shí)時(shí)數據的報表，也可以是歷史數據的報表。報表打印所有受控設備的工作情況、工作狀態(tài)，儀表測點(diǎn)設備的流量、PH、液位等參數的定時(shí)記錄打印，以及各種管理報表，班報表、日報表、月報表和年報表。  
 
5.1.7系統的安全管理

對重要設備的操作、重要參數的修改均會(huì )自動(dòng)記錄，包括登錄的操作員、對設備進(jìn)行的操作、時(shí)間以及修改前的參數值、修改后的參數等，以利于進(jìn)行管理及事故分析；系統設置為多用戶(hù)、多區域方式，各類(lèi)用戶(hù)均有自己的用戶(hù)名和密碼，對應著(zhù)不同的安全級別，決定了操作員可觀(guān)察的范圍、可使用的功能、可修改的參數等。最多可以設置為8級用戶(hù)、8級區域。
 
　　6結論

本文介紹了基于LK大型PLC的污水處理廠(chǎng)自控制系統。LK大型PLC以其強大的功能、靈活的安裝和簡(jiǎn)單的操作應用到污水處理廠(chǎng)自動(dòng)控制系統中，達到了智能控制的目的，滿(mǎn)足了可靠性和安全性的要求，同時(shí)減小了系統空間，降低了系統的成本。

　　參考文獻

[1] 北京和利時(shí)系統工程股份有限公司. LK 大型可編程控制器硬件手冊，2006

[2] 北京和利時(shí)系統工程股份有限公司. LK 大型可編程控制器軟件手冊，2006