蓮花味精集團(tuán)污水處理工程自動(dòng)控制系統(tǒng)已完成從設(shè)計(jì)到施工、安裝、調(diào)試直至最后投入正式運(yùn)行的全部工作。該系統(tǒng)不僅按污水處理工藝要求達(dá)到了自動(dòng)控制的目的，而且保證污水達(dá)標(biāo)排放。本系統(tǒng)以PLC為核心，完成對(duì)SBR反應(yīng)池的自動(dòng)控制，在軟件編制方面嚴(yán)格按工藝時(shí)序要求，全面考慮了現(xiàn)場(chǎng)在出現(xiàn)特殊情況下程序連續(xù)運(yùn)行，與以往污水廠自控系統(tǒng)以監(jiān)測(cè)為主的情況有本質(zhì)的區(qū)別。 

 河南蓮花味精集團(tuán)污水處理廠采用厭氧加好氧處理工藝，其中好氧部分采用SBR法處理。SBR是處理高濃度有機(jī)廢水的理想途徑之一，該法克服了常規(guī)好氧法處理高濃度有機(jī)廢水能耗高、稀釋水量大、占地面積大等缺陷，可實(shí)現(xiàn)高濃度進(jìn)水、高容積負(fù)荷、高去除率，具有污泥性能好、耐沖擊負(fù)荷、出水水質(zhì)好、污泥產(chǎn)率小、氧利用率高、運(yùn)行費(fèi)用低、減少占地等優(yōu)點(diǎn)。
 
該廠采用8個(gè)SBR池，處理污水量為7450t/d，尺寸為L(zhǎng)×B×H＝25m×21m×5m。以12h為一個(gè)運(yùn)行周期，其中進(jìn)水、攪拌1 h，曝氣8.5h，沉淀1h，排水1h，待機(jī)(閑置)0.5h。8個(gè)池子按依次滯后1.5h的時(shí)間間隔順序進(jìn)行。

1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

SBR自動(dòng)控制系統(tǒng)由監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)(上位機(jī))、可編程序控制器(PLC)、電氣控制柜、現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀表組成?？刂葡到y(tǒng)如圖1。

8個(gè)SBR反應(yīng)池嚴(yán)格按照一定的時(shí)間順序依次完成進(jìn)水→曝氣→沉淀→排水→(排泥)等一系列過(guò)程，對(duì)應(yīng)于不同的工段每個(gè)池子分別設(shè)有進(jìn)水閥、進(jìn)氣閥、攪拌泵、潷水器、排泥泵以完成不同的功能。對(duì)于這樣一個(gè)順序性、周期性很強(qiáng)的邏輯操作系統(tǒng)，使用PLC是最明智的選擇。

PLC以繼電器邏輯控制為基礎(chǔ)，逐步發(fā)展成為既有邏輯控制又有計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、分支程序、數(shù)值計(jì)算等功能。其工作穩(wěn)定、可靠、抗干擾能力強(qiáng)、控制靈活、編程容易、體積小、質(zhì)量輕、功耗低、安裝簡(jiǎn)單、運(yùn)行方便、性能價(jià)格比高，且可與現(xiàn)場(chǎng)信息輸出直接聯(lián)結(jié)，廣泛應(yīng)用于污水處理系統(tǒng)。

根據(jù)PLC以上特點(diǎn)，考慮到工藝控制要求及SBR控制系統(tǒng)中開(kāi)關(guān)量輸入/輸出多、模擬量較少和整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行速度，選定OMRON，C 200 HS可編程序控制器，這種控制器指令豐富，處理速度快，柔性好，功能多，且可提供多種多樣的智能I/O單元，能適合本系統(tǒng)的應(yīng)用。PLC系統(tǒng)的硬件配置見(jiàn)表1。

本系統(tǒng)PLC控制柜與上位機(jī)在同一控制室內(nèi)，通訊距離＜10 m，對(duì)于這種通訊距離較近的情況，雙方可直接采用RS--232C標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行通訊，理論上當(dāng)波特率為9 600時(shí)，通訊距離在15.23 m之內(nèi)，其誤碼畸變率按4%考慮。實(shí)際應(yīng)用中的通訊距離達(dá)120 m,使用RS--232C標(biāo)準(zhǔn)通訊非?？煽?。

PLC在某種意義上講只是一種控制器，換句話說(shuō)在SBR時(shí)序控制系統(tǒng)中它是一種功能更強(qiáng)的集成化高速繼電器控制裝置，故其雖有靈活的一面，也有死板的一面，特別是在人機(jī)操作界面方面顯得無(wú)能為力。

隨著4C技術(shù)(computer、control、communication、CRT)及監(jiān)控軟件的發(fā)展，使用上位機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)已成為大中型控制系統(tǒng)的流行趨勢(shì)，以PC機(jī)作為上位機(jī)應(yīng)用于控制系統(tǒng)中能提供一種良好的人機(jī)界面，減輕操作人員的負(fù)擔(dān)，提高管理水平。

PLC全部I/O模塊的饋線都來(lái)自電氣控制柜，每個(gè)SBR池對(duì)應(yīng)一個(gè)電氣控制柜，每個(gè)電氣控制柜包括相應(yīng)池內(nèi)6臺(tái)設(shè)備的一次回路和二次回路的全部器件，直接采集現(xiàn)場(chǎng)電氣設(shè)備的信號(hào)。手動(dòng)/自動(dòng)的切換通過(guò)電氣柜盤(pán)面的主令開(kāi)關(guān)來(lái)完成。

在電氣控制柜中，對(duì)PLC的輸入均為AC220 V中間繼電器的無(wú)源觸點(diǎn)，PLC向電氣柜輸出DC24 V電壓控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各電氣設(shè)備的控制，保證各輸入、輸出的相對(duì)獨(dú)立，使控制系統(tǒng)長(zhǎng)期安全運(yùn)行，而開(kāi)關(guān)量的信號(hào)電源由PLC柜內(nèi)DC24 V穩(wěn)壓電源提供。

反映工藝設(shè)備的開(kāi)關(guān)量信號(hào)主要分為以下三類(lèi)：第一類(lèi)是運(yùn)行信號(hào)，由主回路中接觸器的分、合狀態(tài)決定，并由相應(yīng)的中間繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)給出；第二類(lèi)是自動(dòng)/手動(dòng)狀態(tài)信號(hào)，由手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)決定，并由相應(yīng)中間繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)給出；第三類(lèi)是正常/故障信號(hào)，為綜合故障信號(hào)，包括過(guò)載、過(guò)流、超限及水泵超溫等。對(duì)電動(dòng)閥門(mén)和潷水器又增加了開(kāi)(上升)到位、關(guān)(下降)到位，對(duì)潷水器增加一個(gè)步進(jìn)排水信號(hào)，這些信號(hào)均由設(shè)備的故障觸點(diǎn)串聯(lián)后由一個(gè)中間繼電器的常閉觸點(diǎn)給出，使中心控制室的操作人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行情況一目了然。

SBR工藝的關(guān)鍵是時(shí)序控制，儀表主要用于系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)。在SBR好氧段的重要工藝段設(shè)置了流量?jī)x表、液位儀表和溶解氧測(cè)量?jī)x。鼓風(fēng)機(jī)管道出口空氣流量的測(cè)量采用插入式渦街流量計(jì)。

2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

SBR自控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行的核心，一套理想的軟件不只限于滿(mǎn)足工藝要求，而且要考慮到現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的各種特殊情況，因此必須可靠、實(shí)用、易修改。

2.1 軟件編制

軟件編制的主要依據(jù)為工藝提供的控制時(shí)序，對(duì)于進(jìn)水時(shí)間、曝氣時(shí)間、沉淀時(shí)間、排水時(shí)間均可由上位機(jī)任意設(shè)定，但四個(gè)工藝段的時(shí)間之和必需介于7～11.6 h，否則所設(shè)定的工藝時(shí)間無(wú)效，PLC仍按原設(shè)定執(zhí)行。8個(gè)SBR池的各段工藝過(guò)程及其執(zhí)行時(shí)間均嚴(yán)格按時(shí)序進(jìn)行，每個(gè)池子的任何設(shè)備在任何時(shí)刻均可通過(guò)電氣柜上的手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)改變其狀態(tài)，但均不能改變PLC所設(shè)定的工作時(shí)序，且一旦切入自動(dòng)狀態(tài)后便進(jìn)入PLC所設(shè)定的時(shí)序。

潷水器的工作周期完全由PLC按時(shí)間控制，在第一次下降一個(gè)大行程(時(shí)間為23 s)，以后每次下降4 s，停留排水時(shí)間15 min，直至下降到位。如果在一個(gè)周期(12 h)結(jié)束時(shí)仍沒(méi)有下降到位或無(wú)下降到位信號(hào)，且潷水器處于自動(dòng)狀態(tài)，PLC將在周期結(jié)束前驅(qū)動(dòng)潷水器上升復(fù)位。

控制柜上的8個(gè)切換開(kāi)關(guān)僅限用于全部復(fù)位重新啟動(dòng)時(shí)決定由哪個(gè)池子開(kāi)始投入自動(dòng)循環(huán)，平時(shí)不可輕易扳動(dòng)，一旦扳動(dòng)某一開(kāi)關(guān)，其對(duì)應(yīng)池子的工藝過(guò)程將全部停止，只有等到下一次進(jìn)水周期方可重新進(jìn)入PLC自動(dòng)控制的行列。
現(xiàn)場(chǎng)電氣設(shè)備的工作狀態(tài)均送上位機(jī)顯示。

2.2 軟件的特點(diǎn)

① 本控制系統(tǒng)嚴(yán)格按照時(shí)序，按順序工作。
② 允許以任意一個(gè)池子作為重新啟動(dòng)的開(kāi)始，所有參加復(fù)位的池子(在復(fù)位時(shí)其電氣柜相應(yīng)的手動(dòng)/自動(dòng)開(kāi)關(guān)處于自動(dòng)位置)在復(fù)位時(shí)各設(shè)備將自動(dòng)恢復(fù)到復(fù)位狀態(tài)(進(jìn)水閥、進(jìn)氣閥關(guān)閉，攪拌泵停止，潷水器上升)。
③ 允許在工作過(guò)程中任意進(jìn)行手、自動(dòng)切換且不影響工作時(shí)序。
④ 具有動(dòng)作超時(shí)、過(guò)載報(bào)警等功能，具有斷電時(shí)自動(dòng)保護(hù)斷點(diǎn)，在重新上電時(shí)由斷點(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行程序的功能。

2.3 軟件的設(shè)計(jì)思想

編制軟件時(shí)，要從用戶(hù)的實(shí)際情況出發(fā)，盡量作到功能全面，畫(huà)面簡(jiǎn)潔易讀，操作方便，使操作員易于掌握。

上位機(jī)的軟件編制采用MS-DOS環(huán)境下的GOOD-HELPER通用組態(tài)式工業(yè)控制軟件包，該軟件包提供了從組態(tài)到顯示、操作控制的整套功能，支持通用鍵盤(pán)，采用后臺(tái)通訊的方式保證了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，前臺(tái)運(yùn)行圖形及報(bào)表程序、全漢化的工作界面、“所見(jiàn)即得”的控制組。

整個(gè)監(jiān)控軟件包括以下的組態(tài)過(guò)程：系統(tǒng)設(shè)計(jì)→系統(tǒng)參數(shù)組態(tài)→通訊組態(tài)→圖形菜單組態(tài)→圖形編輯→圖形動(dòng)態(tài)→文本編輯→報(bào)表顯示→故障報(bào)警組態(tài)→同類(lèi)數(shù)據(jù)存在盤(pán)組態(tài)→歷史報(bào)表組態(tài)→標(biāo)度變換組態(tài)→定時(shí)打印組態(tài)→報(bào)表統(tǒng)計(jì)等。整個(gè)系統(tǒng)主菜單包括流程圖A，匯總表B，超勢(shì)圖C和設(shè)定參數(shù)D，查詢(xún)菜單下可進(jìn)行故障記錄、歷史趨勢(shì)等的在線查詢(xún)，報(bào)表菜單可定時(shí)打印各班的報(bào)表，文件管理菜單中可進(jìn)行文件的列表、拷貝、打印、刪除等工作，變量表中列出了所有四種(公式變量、模擬變量、開(kāi)關(guān)量、字符串變量)類(lèi)型變量的當(dāng)前值，可在系統(tǒng)調(diào)試時(shí)起幫助作用。

3 SBR系統(tǒng)的抗干擾措施

3.1 電源系統(tǒng)

為阻止空間電磁干擾，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)將PLC安裝于鐵質(zhì)的儀表柜中，起到一定的屏蔽作用。

本系統(tǒng)獨(dú)立供電，直接從低壓配電母線供電，在電源進(jìn)入SBR控制系統(tǒng)之前加2 000 W的穩(wěn)壓電源，具有雙向抗干擾功能，能濾除電網(wǎng)各種脈沖和浪涌電壓，穩(wěn)壓范圍達(dá)120～300 V。并將UPS(2 000 W)與上位機(jī)聯(lián)接，一旦供電系統(tǒng)中斷，UPS電源的電池組經(jīng)逆變輸出交流電，使上位機(jī)有一定時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以便得電后正常工作，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。

3.2 設(shè)置阻容吸收回路

在SBR控制系統(tǒng)中，由于現(xiàn)場(chǎng)電氣設(shè)備較多，而且PLC的I/O信號(hào)均由繼電器的無(wú)源觸點(diǎn)給出，大量的繼電器被用于控制系統(tǒng)中，加上現(xiàn)場(chǎng)條件較差，靈敏度較高(吸合電壓較低)的繼電器本身受到線路布線的影響而產(chǎn)生誤動(dòng)作。為此，考慮在繼電器線圈兩端并聯(lián)RC吸收回路(如圖2)，其中電阻值可在100～1 000 Ω之間，電容在0.03～1 μF之間選用，但須注意電阻的阻值和電容耐壓要有余量。實(shí)踐證明這是一種簡(jiǎn)單有效的方法。

3.3 過(guò)程通道的抗干擾

過(guò)程通道指前向接口和后向接口與PLC之間進(jìn)行信息傳輸?shù)穆窂?。在過(guò)程通道中長(zhǎng)線傳輸?shù)母蓴_是主要因素，當(dāng)系統(tǒng)的主頻為4 MHz，傳輸線長(zhǎng)度＞0.3m時(shí)，即成為長(zhǎng)線傳輸。為保證長(zhǎng)線傳輸?shù)目煽啃?，采取的措施有光電耦合隔離、電流傳輸和雙絞線傳輸?shù)取?/p>

4 結(jié)論

蓮花味精集團(tuán)污水處理工程自動(dòng)控制系統(tǒng)已完成從設(shè)計(jì)到施工、安裝、調(diào)試直至最后投入正式運(yùn)行的全部工作。該系統(tǒng)不僅按污水處理工藝要求達(dá)到了自動(dòng)控制的目的，而且保證污水達(dá)標(biāo)排放。總結(jié)起來(lái)具有以下特點(diǎn)：

① 系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，PLC、上位機(jī)、電氣柜、儀表的選型注意從先進(jìn)性、穩(wěn)定性、可靠性出發(fā)，同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性，使整套控制系統(tǒng)在保證長(zhǎng)期安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上，價(jià)格達(dá)到最低。
② 本系統(tǒng)以PLC為核心，完成對(duì)SBR反應(yīng)池的自動(dòng)控制，在軟件編制方面嚴(yán)格按工藝時(shí)序要求，全面考慮了現(xiàn)場(chǎng)在出現(xiàn)特殊情況下程序連續(xù)運(yùn)行，與以往污水廠自控系統(tǒng)以監(jiān)測(cè)為主的情況有本質(zhì)的區(qū)別。
③ 監(jiān)測(cè)管理計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)整個(gè)系統(tǒng)，工藝流程圖生動(dòng)形象，操作人員一目了然地了解現(xiàn)場(chǎng)工藝、電氣設(shè)備的運(yùn)行狀況，并根據(jù)工藝情況隨時(shí)在線修改參數(shù)。
④ 系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗干擾性，無(wú)論從計(jì)算機(jī)電源系統(tǒng)還是硬件的選擇到電纜的敷設(shè)接地等都充分考慮此問(wèn)題，因此穩(wěn)定性好、可靠性高，大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，每班操作人數(shù)從5人降低到2人。

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