隨著(zhù)我國的社會(huì )和經(jīng)濟的高速發(fā)展，環(huán)境問(wèn)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，嚴重影響著(zhù)人民群眾的身心健康，這些情況已經(jīng)成為城市可持續發(fā)展的嚴重制約因素；我國現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重污染；三峽庫區水環(huán)境保護事關(guān)三峽工程長(cháng)期安全運行和長(cháng)江中下游地區經(jīng)濟社會(huì )的可持續發(fā)展，因此受到國內外廣泛關(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不完善沒(méi)處理好就把污水排放了，很多操作和檢測監控過(guò)程仍停留在人工階段，監控時(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變化的情況。大范圍的建立污水處理系統及在線(xiàn)自動(dòng)控制監控體系，勢在必行。

    系統簡(jiǎn)介：

　　重慶巫山污水處理廠(chǎng)位于巫山縣城邊緣，廠(chǎng)區緊鄰長(cháng)江流域，處于三峽庫區腹地，該污水處理廠(chǎng)采用的是改良型Orbal氧化溝工藝，日處理污水量3萬(wàn)噸，廠(chǎng)區主體構筑物有：綜合樓、配電房、進(jìn)水提升泵房、粗細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、脫水機房等；整個(gè)廠(chǎng)區設備及閥門(mén)均采用MCC和PLC兩種控制方式，正常情況下可以實(shí)現儀表、PLC的完全自動(dòng)檢測控制及運行狀況監控；下位機采用施耐德電氣的Premium 系列PLC，上位機采用北京華富Control2000監控軟件。該廠(chǎng)自動(dòng)控制系統于2006年7月11日全面完成調試，目前系統運行正常。

    污水處理系統詳述：

    一、Orbal氧化溝工藝介紹如（圖一）

圖一　Orbal氧化溝工藝簡(jiǎn)圖

    1、粗細格柵機及其附屬輸送壓榨設備的控制

    定時(shí)控制：根據外來(lái)污水狀況和運行經(jīng)驗，通過(guò)設定相關(guān)定時(shí)參數，自動(dòng)控制格柵機的啟動(dòng)時(shí)間和停止時(shí)間。

    液位差控制：在格柵機的前后均設置一臺超聲波液位傳感器，檢測出格柵機的前后液位差。設定低液位差LDF2和高液位差LDF1，當檢測到的液位差大于LDF1時(shí)，啟動(dòng)格柵機；當檢測到的液位差低于LDF2時(shí)，停止格柵機（減少了運行時(shí)間，有效的節約成本）?？刂七^(guò)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，ZJ1、ZJ2—用于控制系統的MCC/PLC轉換。

    （2） 由圖可見(jiàn)，變頻器連接在第一臺水泵電機上，需要加泵時(shí)，變頻器停止運行，并由變頻器的輸出端口RO1～RO3輸出信號到PLC，由PLC控制切換過(guò)程。

    （3） PLC根據泵池液位高中低信號自動(dòng)調節三臺泵的啟停；泵池水位到預設的低水位時(shí)啟動(dòng)1#泵，水位上升到預設的中水位時(shí)，1#泵由變頻運行轉換到工頻運行，這時(shí)再變頻啟動(dòng)2#泵，依次啟動(dòng)到3#泵。

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

    （5） 水位下降需要減泵時(shí)，系統將第三臺水泵停止，第二臺水泵切換到變頻調節狀態(tài)。水位繼續下降，系統將第二臺水泵停止，第一臺水泵切換到變頻調節狀態(tài)。

    （6） 另外，設置軟啟動(dòng)器作為備用。當變頻器或PLC故障時(shí)，可用軟起動(dòng)器現場(chǎng)手動(dòng)輪流起動(dòng)各泵運行以保證供水。作為多臺提升泵的自動(dòng)控制，滿(mǎn)足先啟先停的原則，以?xún)?yōu)化資源的利用率；為了提升泵的安全，系統設置了提升泵的干運轉保護；同時(shí)，系統還設置了泵的頻繁啟停保護，群?jiǎn)?dòng)保護等，以延長(cháng)其使用壽命。

    3、曝氣系統的自動(dòng)控制

　　生化池作為全廠(chǎng)污水處理的核心，具有舉足輕重的作用。污水經(jīng)過(guò)預處理后，在這里通過(guò)微生物吸附污水中的有機物，達到脫磷脫氮的目的。對生化池的自動(dòng)控制，主要是溶解氧濃度的控制。

　　曝氣量自動(dòng)控制系統作為一個(gè)恒值控制系統，系統給定一個(gè)保持不變的最佳溶解氧值，通過(guò)PLC控制調節輸出量（即曝氣機開(kāi)啟臺數），使被控量（實(shí)測氧化溝溶解氧濃度）不斷地接近給定值。在這個(gè)系統中，要求穩定性和動(dòng)態(tài)特性良好，被控量向給定值過(guò)渡的時(shí)間短，同時(shí)過(guò)程平穩，振蕩幅度小。

　　曝氣供氧系統是由鼓風(fēng)機、電動(dòng)調節閥和溶解氧儀共同組成的閉環(huán)系統，為反應池好氧段提供氧氣，并維持好氧過(guò)程的溶解氧濃度值。依照好氧過(guò)程的溶解氧濃度值控制鼓風(fēng)機的開(kāi)啟程度，維持溶解氧濃度值在一定的范圍內變動(dòng)?？刂屏鞒倘纾▓D五）。

    三、控制模式

    手動(dòng)模式：手動(dòng)模式又可以分為盤(pán)柜模式和就地模式。盤(pán)柜模式就是通過(guò)MCC上的按鈕實(shí)現對設備的操作；就地模式就是通過(guò)現場(chǎng)控制箱上的按鈕實(shí)現對設備的操作。

    遙控模式：就是通過(guò)中心控制室上位操作站實(shí)現對設備的操作。

    自動(dòng)模式：設備的運行完全由各PLC根據污水廠(chǎng)的工況及工藝參數來(lái)完成對設備的啟?？刂?，而不需要人工干予。

    四、系統構成如（圖六）

　　通過(guò)前面的描述，設備的控制還是比較復雜的，為達到以上的設備自動(dòng)控制要求，該工程基本構成如下：

　　下位機：選用了施耐德 Premium PLC來(lái)做系統

　　上位機：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，進(jìn)行數據交換

　　整個(gè)廠(chǎng)區共有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，采用星型連接方式構成以太網(wǎng)絡(luò )連接至中控室，在PLC2站，現場(chǎng)電力儀表采用Modbus通訊方式實(shí)現數據的采集；軟件采用施耐德的PL7Pro，根據控制要求開(kāi)發(fā)程序，完全可以實(shí)現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、脫水機房，基本配置如下：

圖七：廠(chǎng)區工藝流程圖



圖八：設備控制盤(pán)



圖九：開(kāi)發(fā)調試階段報表查詢(xún)數據示例

    五、該工程自控系統的特點(diǎn)

　　1、技術(shù)先進(jìn)：現代化的工廠(chǎng)要求與時(shí)俱進(jìn)，該自動(dòng)化控制系統無(wú)論是從使用的現場(chǎng)總線(xiàn)、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(lái)講，都具有時(shí)代領(lǐng)先性。

　　2、穩定可靠：選用的自動(dòng)化產(chǎn)品絕大部分來(lái)自國外知名品牌，建立的自動(dòng)化控制平臺，經(jīng)過(guò)嚴格的測試，可以保證系統穩定可靠地運行。

　　3、自動(dòng)化程度高，使用簡(jiǎn)單：對于全廠(chǎng)的控制中心——中心控制室上位界面，采用全中文的設計界面，立體三維流程圖形來(lái)表達工藝，便于操作員掌握；同時(shí)下位機PLC采用施耐德的PLC，系統穩定性好，自動(dòng)化程度高，整個(gè)系統維護量小。

　　4、開(kāi)放性：該系統采用的現場(chǎng)總線(xiàn)是國際通用的具有開(kāi)放協(xié)議的現場(chǎng)總線(xiàn)，同時(shí)各控制站均留有I/O余量，以便于以后系統的改造和擴展。

　　5、安全性：該系統采用全面的設備保護體系，包括潛水泵的干運轉保護、自控平臺的防雷保護、進(jìn)水水質(zhì)異常保護、報警系統等，以防止因為某些意外或操作員的疏忽而發(fā)生事故。

    六、應用總結

　　該城市污水處理系統建成后，施耐德電氣Premium PLC系統運行穩定，采集數據準確快捷，控制的重要設備運行安全，程序開(kāi)發(fā)好后，其維護量幾乎為零，同時(shí)個(gè)人感覺(jué)該PLC現場(chǎng)安裝、與其它設備的接口等均方便好用，系統投運后，自動(dòng)化程度高，工作人員維護量小，出水水質(zhì)能達到國家規定的標準，該系統的形成投運無(wú)疑給長(cháng)江流域、三峽庫區的環(huán)保事業(yè)作出了貢獻，希望在長(cháng)江流域沿線(xiàn)有更多的采用自動(dòng)化程度高的污水處理廠(chǎng)。巫山污水處理廠(chǎng)的施耐德電氣Premium PLC系統的應用將是一個(gè)很好的榜樣。