1 引言

    大連開(kāi)發(fā)區污水處理一廠(chǎng)于1988年建廠(chǎng)。污水廠(chǎng)分兩期實(shí)施建成，總設計規模8萬(wàn)m3/d。一期工程設計規模3.5萬(wàn)m3/d，二期工程設計規模4.5萬(wàn)m3/d。一期工程設計出水達到二級標準。二期工程為升級改造工程，出水執行的排放標準將由原二級標準提高到一級A標準，其主要控制指標可達到“再生水用作工業(yè)用水水源的水質(zhì)標準”以及“景觀(guān)環(huán)境用水的再生水水質(zhì)標準”的觀(guān)賞性景觀(guān)環(huán)境用水中的河道類(lèi)標準。該污水處理廠(chǎng)升級改造控制系統的全套硬件設備及軟件由和利時(shí)公司提供，系統設計工作由大連市市政設計研究院有限公司完成。

    2 污水深度處理的工藝升級改造方案

    大連開(kāi)發(fā)區污水處理一廠(chǎng)的工藝升級改造方案由五部分組成：一級處理系統、二級處理系統、深度處理系統、污泥處理系統及除臭系統。一級處理系統包括總進(jìn)水閘門(mén)、粗格柵、進(jìn)水提升泵池、細格柵及曝氣沉砂池。

    二級處理系統采用改良A2/O生物除磷脫氮處理工藝，并且不設置初沉池，以便提高生物池進(jìn)水中的碳源。生物反應池采用預缺氧池、厭氧池、缺氧池、好氧池，進(jìn)水按一定的比例分別進(jìn)入到厭氧池和缺氧池中，這樣即使在進(jìn)水C/N比較低（2.3～3.0）的條件下，仍不需要外加的碳源就能達到脫氮的效果。在好氧池中填充采用特殊結構的纖毛狀生物膜填料，使附著(zhù)微生物濃度高，這樣能同時(shí)利用附著(zhù)在纖毛狀生物膜填料上的固定相微生物和浮游流動(dòng)相微生物，在較短的停留時(shí)間（HRT=5～7hr）內去除有機物、氮和磷。纖毛狀生物膜填料呈直毛狀形態(tài)，微生物的附著(zhù)和脫落達到動(dòng)態(tài)平衡，不產(chǎn)生堵塞現象，固定世代繁殖時(shí)間長(cháng)的硝化菌，提高硝化反應速度。附著(zhù)微生物中吞噬污泥的原生動(dòng)物（vorticella、aspidisca等）和后生動(dòng)物（rotaria、collurella等）共存，從而減少污泥量。這樣即使在冬季10℃以下的進(jìn)水溫度下，由于附著(zhù)微生物的水膜現象，仍能有效地同步去除氮和磷。

    深度處理系統采用渦旋混凝沉淀+轉盤(pán)過(guò)濾池處理工藝。處理后出水消毒，采用紫外消毒工藝。

    污泥處理系統采用離心濃縮脫水一體機對污泥濃縮脫水后，外運填埋。

    除臭系統由兩座土壤脫臭床組成，分別為粗格柵、進(jìn)水提升泵池、細格柵間及污泥脫水間服務(wù)。同時(shí)設置異味除臭機，作為輔助除臭設施。

    3 污水深度處理控制系統的設計原則

    基于LK系列PLC在污水處理廠(chǎng)升級改造污水深度處理控制系統中應遵循以下設計原則。

    （1）可用性和可靠性

    系統組件的設計符合真正的工業(yè)等級，控制系統能在嚴格的工業(yè)環(huán)境下長(cháng)期、穩定地運行，盡可能降低控制系統故障風(fēng)險，保證能源收益，確保水處理廠(chǎng)7×24小時(shí)的不間斷供水服務(wù)。

    PLC控制站一般設于高電磁干擾環(huán)境，如提升泵房、鼓風(fēng)機房等， 基于LK系列PLC的控制系統具有較強的電磁兼容性，系統采用各種隔離、抗干擾設計，保證系統能在強電磁干擾環(huán)境中穩定運行。

    水處理環(huán)境可能因遭受污染并加速設備中電子元件的老化，基于LK系列PLC可提供特殊的保護工藝（保護涂層）的模塊，提高元件在腐蝕性化學(xué)品和腐蝕性環(huán)境中的使用壽命，避免意外停機，降低維護成本。

    （2）開(kāi)放性和兼容性

    基于標準協(xié)議的通訊網(wǎng)絡(luò )可非常方便地將第三方設備接入，如加藥系統、紫外線(xiàn)消毒、及污泥脫水機等，允許大量過(guò)程反饋信息傳輸，支持設備參數訪(fǎng)問(wèn)功能，可提高系統的性能與診斷能力。

    該控制系統不僅支持與各種上位監控軟件的通訊，例如iFIX、INTOUCH、組態(tài)王、MCGS、力控等，而且支持與主流品牌觸摸屏的通訊，例如Pro-Face、HITECH、eView、Weinview、nTou。只要HMI支持標準的通訊協(xié)議，都可以很方便的進(jìn)行連接。

    強大的擴展功能可為遠期擴容、升級改造預留接口及容量。

    （3）過(guò)程診斷和在線(xiàn)維護

    提供的強大診斷功能，能夠方便、高效訪(fǎng)問(wèn)相關(guān)信息，發(fā)現導致故障的根本原因以及需要修正的過(guò)程參數等，以便提前發(fā)現生產(chǎn)過(guò)程中存在的問(wèn)題，可以避免設備意外停機，從而降低運營(yíng)成本。

    操作站安裝上位監控組態(tài)軟件HollyView6.53及LK編程軟件PowerPro V4，具有強大的功能，可方便、直觀(guān)地進(jìn)行上位機組態(tài)和PLC編程，且支持在線(xiàn)下載、在線(xiàn)修改以及離線(xiàn)仿真調試等功能。

    4 污水深度處理控制系統的設計與實(shí)現

    4.1概述

    污水處理廠(chǎng)升級改造控制系統設計基于現代先進(jìn)控制思想，采用分散控制、集中監測管理的控制方式，以和利時(shí)公司LK系列PLC為核心的控制系統?；贚K系列PLC應用于污水處理廠(chǎng)，完全能滿(mǎn)足A2/O生物除磷脫氮處理工藝控制的要求，提供了一種高可靠性、低成本、更優(yōu)化的控制方案。

    LK系列PLC是和利時(shí)公司在總結十多年控制系統設計和幾千個(gè)工程項目實(shí)施經(jīng)驗基礎上推出的適用于中、高性能控制領(lǐng)域的產(chǎn)品，CPU模塊集成工業(yè)級處理器（主頻可達533MHz），指令處理速度可達13ns。相對傳統PLC而言，LK可編程控制器充分融合了DCS和PLC的優(yōu)點(diǎn)，采用了高性能的模擬量處理技術(shù)、小型化的結構設計、開(kāi)放的工業(yè)標準、通用的系統平臺、使產(chǎn)品不僅具有強大的功能和卓越的性能，而且具有更高的可靠性、更佳的開(kāi)放性和易用性。

    4.2系統結構設計

    整個(gè)控制系統的結構原理圖如圖1所示，系統由1個(gè)中央控制室和6個(gè)現場(chǎng)PLC控制站組成?，F場(chǎng)PLC控制站，由PLC系統及檢測儀表組成，對各工藝過(guò)程進(jìn)行分散控制；再由中央控制室，對全廠(chǎng)實(shí)行集中管理。中央控制室、PLC控制站之間的數據通訊采用高速的、實(shí)時(shí)的工業(yè)以太網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò )結構為星形，通訊速率為100Mbps，傳輸介質(zhì)為光纖。

          

                                          圖1 結構原理圖

     6個(gè)現場(chǎng)PLC控制站分配如表1所示。

     表1 PLC控制站功能分配

    

    整個(gè)系統采用二級網(wǎng)絡(luò )結構，即生產(chǎn)管理網(wǎng)和生產(chǎn)控制網(wǎng)，將過(guò)程實(shí)時(shí)數據、運行操作監視數據信息同非實(shí)時(shí)信息及共享資源信息分開(kāi)，分別使用不同的網(wǎng)絡(luò )。有效地提高了通訊的效率，降低了通訊負荷。生產(chǎn)管理網(wǎng)采用工業(yè)以太網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò )結構為星形，傳輸介質(zhì)為光纖。生產(chǎn)控制網(wǎng)采用現場(chǎng)總線(xiàn)形式，采用PROFIBUS國際通用的開(kāi)放式現場(chǎng)總線(xiàn)，傳輸介質(zhì)為屏蔽雙絞線(xiàn)。

    污水處理廠(chǎng)升級改造控制系統設計為三種控制方式，三種方式的級別由高到低依次為就地手動(dòng)、遠程手動(dòng)、遠程自動(dòng)。

    PLC控制站主要監控參數有：溫度、壓力、流量、液位、pH值、ORP（氧化還原）、DO（溶解氧）、COD（化學(xué)需氧量）、MLSS（污泥濃度）、設備運行狀態(tài)及設備運行控制等。

    4.3系統功能及軟件實(shí)現

    和利時(shí)公司的上位監控組態(tài)軟件HollyView6.53及LK編程軟件PowerPro V4提供了強大的軟件編程及系統功能的實(shí)現。

     （1）權限管理

     操作員進(jìn)入系統使用密碼：系統提供分級的用戶(hù)進(jìn)入密碼系統，所以低級操作員只能進(jìn)入基本操作功能，同時(shí)較高級別的操作人員，按照不同的密碼，可進(jìn)入不同的系統組態(tài)功能。

     提供12級的密碼：一旦操作員提供了正確的密碼，他可以修改他的密碼，而他的權限不能發(fā)生變化。 

     （2）流程圖

     LCD畫(huà)面為操作員了解生產(chǎn)過(guò)程狀態(tài)提供了顯示窗口，并能支持以下幾類(lèi)畫(huà)面：

     總貌畫(huà)面：顯示系統各設備，裝置，區域的運行狀態(tài)以及全部過(guò)程參數變量的狀態(tài)，測量值、設定值、控制方式（手動(dòng)/自動(dòng)狀態(tài)）、高低報警等信息，從各顯示塊可以調出其它畫(huà)面。

     分組畫(huà)面：以模擬儀表的表盤(pán)形式按事先設定的分組，同時(shí)顯示幾個(gè)回路的信息， 如過(guò)程參數變量的測量值，調節器的設定值，輸出值控制方式等。變量每秒更新一次，分組可任意進(jìn)行，操作員可從分組畫(huà)面調出任一變量（模擬量或離散量）的詳細信息。

     單點(diǎn)畫(huà)面（調整畫(huà)面）：顯示一個(gè)參數，控制點(diǎn)的全部信息以及實(shí)時(shí)趨勢和歷史趨勢，從調整畫(huà)面也可直接對模擬回路進(jìn)行設定，調整操作。

     流程圖顯示如圖2所示。

           

                                  圖2 流程圖

     （3）趨勢功能

     操作員可通過(guò)菜單或按鈕進(jìn)入實(shí)時(shí)曲線(xiàn)畫(huà)面或歷史曲線(xiàn)畫(huà)面，可選擇需要的工藝參數查看實(shí)時(shí)曲線(xiàn)或歷史曲線(xiàn)，可同時(shí)顯示多條實(shí)時(shí)曲線(xiàn)，可對曲線(xiàn)進(jìn)行放大或縮小，可任意選擇需要查看的時(shí)間段。

     根據采集到的信息，建立各類(lèi)信息數據庫并對各類(lèi)工藝參數值作出趨勢曲線(xiàn)（含歷史數據），供調度員分析比較，以便找出污水廠(chǎng)的最佳運行規律，分析事故原因，改進(jìn)管理方法，保證出水水質(zhì)，提高經(jīng)濟效益。
 
     記錄生產(chǎn)所要求的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。

     趨勢功能顯示如圖3所示。

          

                             圖3 趨勢功能圖

     （4）報警功能

     報警設有優(yōu)先級管理，任意管理均在屏幕上顯示，顯示所有報警列表及報警的詳細內容。監控計算機的顯示畫(huà)面的頂部或底部應設置一個(gè)報警條。在報警條內顯示最近三個(gè)報警未消失未被確認報警的詳細內容，操作員通過(guò)畫(huà)面切換選擇報警表，報警表內顯示中控操作站計算機中配置的所有報警列表及報警的詳細內容。報警功能顯示如圖4所示。

          

                           圖4 報警功能圖

     （5）操作記錄

     系統發(fā)生的較大情況（如設備故障、越限報警、大型設備的啟停等情況）或操作人員對設備的操作、參數的調整，可通過(guò)事件記錄功能記錄下這些情況和操作過(guò)程作為今后分析事故的基礎資料。事件記錄的內容包括各種事件信息、事件發(fā)生時(shí)的用戶(hù)、事件發(fā)生的時(shí)間等。

     （6）報表打印

     系統自動(dòng)記錄各種工藝運行數據，將所有數據歸納匯總形成報表，報表可定時(shí)打印或召喚打印，操作員也可通過(guò)菜單或按鈕進(jìn)入報表畫(huà)面查看歷史報表。

     自動(dòng)生成的生產(chǎn)報表（班/日/月）供生產(chǎn)管理之用，機內存儲六個(gè)月的信息量。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?？梢允菍?shí)時(shí)數據的報表，也可以是歷史數據的報表。

     5結束語(yǔ)

     本文論述了基于LK系列PLC在污水處理廠(chǎng)升級改造項目中控制系統的設計與實(shí)現，充分發(fā)揮了LK系列PLC配置靈活、控制可靠、開(kāi)放性強和在線(xiàn)維護方便等優(yōu)點(diǎn)，為整個(gè)系統的安全穩定運行提供了可靠保障，達到了減少對大氣環(huán)境、海域環(huán)境及噪聲環(huán)境的影響，對大連市的環(huán)境保護創(chuàng )造了良好條件。