引言

　　隨(sui)著(zhu)我(wo)國的(de)(de)(de)(de)社(she)會和經(jing)濟的(de)(de)(de)(de)高速發展，環(huan)(huan)境問題日(ri)益突出(chu)，尤其是城(cheng)(cheng)市(shi)(shi)水(shui)(shui)(shui)(shui)環(huan)(huan)境的(de)(de)(de)(de)惡(e)化，加劇了水(shui)(shui)(shui)(shui)資源的(de)(de)(de)(de)短缺，嚴(yan)重影響(xiang)著(zhu)人(ren)民群眾的(de)(de)(de)(de)身(shen)心健康，這些(xie)情況已(yi)經(jing)成為城(cheng)(cheng)市(shi)(shi)可(ke)持(chi)續發展的(de)(de)(de)(de)嚴(yan)重制(zhi)約因素；我(wo)國現(xian)階段(duan)很多大(da)中型城(cheng)(cheng)市(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)廢水(shui)(shui)(shui)(shui)排放(fang)量大(da)，已(yi)造成城(cheng)(cheng)市(shi)(shi)地(di)表(biao)水(shui)(shui)(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)嚴(yan)重污(wu)(wu)染(ran)；三峽庫區水(shui)(shui)(shui)(shui)環(huan)(huan)境保護事關(guan)三峽工程(cheng)長期(qi)安全運行和長江中下游地(di)區經(jing)濟社(she)會的(de)(de)(de)(de)可(ke)持(chi)續發展，因此受到(dao)國內外廣泛(fan)關(guan)注，但目前各城(cheng)(cheng)市(shi)(shi)仍然是直接(jie)排放(fang)污(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)(shui)或因水(shui)(shui)(shui)(shui)處(chu)理(li)(li)自控(kong)(kong)系統不完善沒(mei)處(chu)理(li)(li)好就(jiu)把污(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)(shui)排放(fang)了，很多操作和檢測監(jian)(jian)控(kong)(kong)過程(cheng)仍停留在(zai)人(ren)工階段(duan)，監(jian)(jian)控(kong)(kong)時間(jian)覆蓋率低，手工采集樣品缺乏科學性和代(dai)表(biao)性，難(nan)以反映企(qi)業和城(cheng)(cheng)市(shi)(shi)污(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)(shui)處(chu)理(li)(li)及(ji)(ji)排放(fang)連續變化的(de)(de)(de)(de)情況。大(da)范圍的(de)(de)(de)(de)建立污(wu)(wu)水(shui)(shui)(shui)(shui)處(chu)理(li)(li)系統及(ji)(ji)在(zai)線自動控(kong)(kong)制(zhi)監(jian)(jian)控(kong)(kong)體系，勢在(zai)必行。

       系統簡介

　　重慶巫山污水(shui)處(chu)理(li)廠(chang)(chang)位(wei)(wei)于巫山縣(xian)城邊緣，廠(chang)(chang)區(qu)緊鄰長江流域，處(chu)于三峽庫區(qu)腹地，該(gai)污水(shui)處(chu)理(li)廠(chang)(chang)采用的是改良型Orbal氧化(hua)溝(gou)(gou)工藝，日(ri)處(chu)理(li)污水(shui)量3萬噸，廠(chang)(chang)區(qu)主體構(gou)筑物有：綜合樓、配電房(fang)(fang)(fang)、進水(shui)提升泵房(fang)(fang)(fang)、粗細格柵井(jing)及旋流沉(chen)砂(sha)裝置、Orbal氧化(hua)溝(gou)(gou)、終沉(chen)池、污泥回流剩余泵井(jing)、脫(tuo)水(shui)機(ji)房(fang)(fang)(fang)等；整個廠(chang)(chang)區(qu)設備及閥門均采用MCC和PLC兩(liang)種控(kong)制方式(shi)，正常情況下(xia)可以實現儀表、PLC的完(wan)全(quan)自(zi)(zi)動檢測控(kong)制及運行(xing)狀況監(jian)(jian)控(kong)；下(xia)位(wei)(wei)機(ji)采用施耐德電氣(qi)的Premium 系(xi)列(lie)PLC，上(shang)位(wei)(wei)機(ji)采用北京華(hua)富Control2000監(jian)(jian)控(kong)軟件。該(gai)廠(chang)(chang)自(zi)(zi)動控(kong)制系(xi)統于2006年7月11日(ri)全(quan)面完(wan)成調試，目前(qian)系(xi)統運行(xing)正常。

       污水處理系統詳述

一、Orbal氧化溝工藝介紹

 
圖(tu)一　Orbal氧化溝(gou)工藝(yi)簡(jian)圖(tu)

　　Orbal氧(yang)化(hua)(hua)溝(gou)水(shui)(shui)(shui)處(chu)理工藝起源于南非(fei)，后(hou)經(jing)不斷改進和(he)推(tui)廣(guang)，在全球范圍(wei)得(de)(de)到(dao)廣(guang)泛應用。城(cheng)市污(wu)水(shui)(shui)(shui)由管道集(ji)中(zhong)后(hou)，水(shui)(shui)(shui)流首先經(jing)過粗格(ge)柵，將(jiang)粗的(de)(de)(de)(de)垃圾去(qu)除，然后(hou)由提升泵將(jiang)污(wu)水(shui)(shui)(shui)提高水(shui)(shui)(shui)頭（后(hou)面工藝要求有(you)高水(shui)(shui)(shui)頭），再經(jing)過細格(ge)柵及旋流沉(chen)(chen)砂池，進一步去(qu)除小的(de)(de)(de)(de)垃圾和(he)泥砂，污(wu)水(shui)(shui)(shui)進入水(shui)(shui)(shui)處(chu)理主體結構(gou)——氧(yang)化(hua)(hua)溝(gou)，污(wu)水(shui)(shui)(shui)在“O”型的(de)(de)(de)(de)氧(yang)化(hua)(hua)溝(gou)中(zhong)經(jing)過曝(pu)氣機(ji)調節曝(pu)氣，使得(de)(de)污(wu)水(shui)(shui)(shui)得(de)(de)到(dao)缺氧(yang)、氧(yang)化(hua)(hua)、硝化(hua)(hua)、反(fan)硝化(hua)(hua)等反(fan)應，在該過程(cheng)中(zhong)完(wan)成(cheng)BOD（生物耗氧(yang)量）、COD（化(hua)(hua)學耗氧(yang)量）的(de)(de)(de)(de)去(qu)除及污(wu)水(shui)(shui)(shui)脫(tuo)氮(dan)的(de)(de)(de)(de)功(gong)能，并為下一步水(shui)(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)沉(chen)(chen)淀(dian)作好準備，經(jing)過氧(yang)化(hua)(hua)溝(gou)處(chu)理的(de)(de)(de)(de)水(shui)(shui)(shui)流入終沉(chen)(chen)池，加入Fe3+、或Al3+ 使得(de)(de)水(shui)(shui)(shui)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)（PO4）3- 得(de)(de)以沉(chen)(chen)淀(dian)，充分沉(chen)(chen)淀(dian)后(hou)，清水(shui)(shui)(shui)最(zui)后(hou)經(jing)二氧(yang)化(hua)(hua)氯消毒(du)后(hou)排入長江。沉(chen)(chen)淀(dian)的(de)(de)(de)(de)污(wu)泥經(jing)脫(tuo)水(shui)(shui)(shui)機(ji)濾干后(hou)焚燒處(chu)理。

二、廠區主要設備控制要求

1、粗細(xi)格柵機及其附(fu)屬(shu)輸送壓榨設備的控制(zhi)

    定時控制：根據外來污水狀況和運行經驗，通過設定相關定時參數，自動控制格柵機的啟動時間和停止時間。
液位(wei)差(cha)(cha)(cha)控制(zhi)：在格柵機的前(qian)后均(jun)設置一臺超聲波液位(wei)傳感器，檢測出(chu)格柵機的前(qian)后液位(wei)差(cha)(cha)(cha)。設定低液位(wei)差(cha)(cha)(cha)LDF2和高液位(wei)差(cha)(cha)(cha)LDF1，當檢測到的液位(wei)差(cha)(cha)(cha)大(da)于LDF1時，啟動格柵機；當檢測到的液位(wei)差(cha)(cha)(cha)低于LDF2時，停(ting)止格柵機（減少(shao)了運(yun)行(xing)時間，有效的節約(yue)成(cheng)本(ben)）。控制(zhi)過程如圖(tu)二

圖二

    格柵(zha)附(fu)屬設備的(de)聯動(dong)(dong)：皮帶(dai)輸送(song)機(ji)和壓(ya)榨(zha)機(ji)作(zuo)為格柵(zha)機(ji)的(de)附(fu)屬輸送(song)壓(ya)榨(zha)設備，它們(men)在定時或自(zi)動(dong)(dong)運行模式下，一般與格柵(zha)機(ji)聯動(dong)(dong)。附(fu)屬設備適當(dang)的(de)提前或延時運行。

 
圖(tu)三　提升(sheng)泵控制原理圖(tu)

 
圖四

2、 提升泵(beng)的自(zi)動控制

    控制描述如（圖三、四）：
   (1) P1—變頻器，BU1—軟啟動器，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，變頻器連接在第一臺水泵電機上，需要加泵時，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控制切換過程。
   (3) PLC根據泵池液位高中低信號自動調節三臺泵的啟停；泵池水位到預設的低水位時啟動1#泵，水位上升到預設的中水位時，1#泵由變頻運行轉換到工頻運行，這時再變頻啟動2#泵，依次啟動到3#泵。
   (4) 切換開始時，變頻器停止輸出(變頻器設置為自由停車)，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并運行。
   (5)水位下降需要減泵時，系統將第三臺水泵停止，第二臺水泵切換到變頻調節狀態。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。
   (6)另外，設置軟啟(qi)動(dong)器(qi)作為(wei)備用。當變頻器(qi)或(huo)PLC故障時(shi)，可用軟起(qi)動(dong)器(qi)現場(chang)手動(dong)輪流(liu)起(qi)動(dong)各泵(beng)運(yun)行以(yi)保證供水。作為(wei)多(duo)臺提升泵(beng)的(de)(de)(de)(de)自動(dong)控制，滿足先啟(qi)先停(ting)的(de)(de)(de)(de)原則(ze)，以(yi)優化資(zi)源的(de)(de)(de)(de)利用率；為(wei)了提升泵(beng)的(de)(de)(de)(de)安(an)全，系統設置了提升泵(beng)的(de)(de)(de)(de)干運(yun)轉保護；同時(shi)，系統還(huan)設置了泵(beng)的(de)(de)(de)(de)頻繁啟(qi)停(ting)保護，群(qun)啟(qi)動(dong)保護等，以(yi)延長其(qi)使用壽命(ming)。

3、曝(pu)氣系統的自(zi)動(dong)控制

　　生化(hua)池作(zuo)(zuo)為全廠(chang)污水(shui)處(chu)理(li)(li)的(de)(de)(de)核心，具有舉足輕重的(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)。污水(shui)經(jing)過(guo)預處(chu)理(li)(li)后，在這里通過(guo)微(wei)生物吸附污水(shui)中的(de)(de)(de)有機物，達到脫磷脫氮的(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)。對生化(hua)池的(de)(de)(de)自動控制(zhi)(zhi)，主要(yao)是(shi)溶解氧濃度(du)的(de)(de)(de)控制(zhi)(zhi)。

　　曝(pu)氣量(liang)自動控(kong)制(zhi)系統(tong)(tong)作為一個(ge)恒值(zhi)控(kong)制(zhi)系統(tong)(tong)，系統(tong)(tong)給定一個(ge)保持(chi)不(bu)(bu)變的(de)最佳溶解氧(yang)值(zhi)，通過PLC控(kong)制(zhi)調節輸出(chu)量(liang)（即曝(pu)氣機開啟臺數），使被(bei)控(kong)量(liang)（實測(ce)氧(yang)化溝溶解氧(yang)濃度）不(bu)(bu)斷地接近(jin)給定值(zhi)。在(zai)這個(ge)系統(tong)(tong)中，要求(qiu)穩定性和動態(tai)特性良好，被(bei)控(kong)量(liang)向給定值(zhi)過渡的(de)時間(jian)短，同時過程平穩，振蕩幅度小。

　　曝氣供氧(yang)(yang)系(xi)統是由鼓風機、電(dian)動(dong)調(diao)節閥和溶解(jie)氧(yang)(yang)儀共同組(zu)成的(de)(de)閉環系(xi)統，為反應池好(hao)氧(yang)(yang)段提(ti)供氧(yang)(yang)氣，并維持(chi)(chi)好(hao)氧(yang)(yang)過程的(de)(de)溶解(jie)氧(yang)(yang)濃(nong)度(du)值。依(yi)照好(hao)氧(yang)(yang)過程的(de)(de)溶解(jie)氧(yang)(yang)濃(nong)度(du)值控(kong)(kong)制鼓風機的(de)(de)開啟程度(du)，維持(chi)(chi)溶解(jie)氧(yang)(yang)濃(nong)度(du)值在一(yi)定的(de)(de)范(fan)圍(wei)內(nei)變動(dong)。控(kong)(kong)制流程如圖五。

圖五

三、控制模式

    手動模式：手動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上的按鈕實現對設備的操作；就地模式就是通過現場控制箱上的按鈕實現對設備的操作。
    遙控模式：就是通過中心控制室上位操作站實現對設備的操作。
    自(zi)動模式(shi)：設(she)備的(de)運行完全由各PLC根據(ju)污水廠(chang)的(de)工(gong)況及(ji)工(gong)藝參(can)數來完成對設(she)備的(de)啟停控制，而不需要人工(gong)干予。

四、系統構成如圖六

圖六

　　通過前面的描述，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來做系統
　　上位機：選用了北京華富Control2000軟件
　　中間協議：采用Simatic TOP Server，銜接上(shang)、下位機，進行(xing)數據(ju)交(jiao)換

　　整(zheng)個廠(chang)區(qu)共有3個PLC站(zhan)，硬(ying)件采(cai)用(yong)(yong)施耐德電氣Premium PLC，分(fen)別用(yong)(yong)光(guang)纖及光(guang)纖交換機(ji)，采(cai)用(yong)(yong)星型連接方(fang)式構成以太網絡連接至(zhi)中控室，在(zai)PLC2站(zhan)，現(xian)場(chang)電力儀(yi)表采(cai)用(yong)(yong)Modbus通訊方(fang)式實現(xian)數據的采(cai)集；軟件采(cai)用(yong)(yong)施耐德的PL7Pro，根據控制要求開發程序，完(wan)全可以實現(xian)前面描(miao)述的控制要求。三(san)個站(zhan)分(fen)別處于進水(shui)泵房(fang)、配電房(fang)、脫水(shui)機(ji)房(fang)，基本配置如下： 

　　上位機采用華富Control2000來開發監控畫面進行監控：根據工藝繪制流程圖，顯示所有相關測控儀表的實時值；建立全廠的中心監控系統平臺，使操作員能隨時監視全廠運行狀態，并對設備操作發出控制指令；建立歷史數據查詢系統和重要數據保存系統，并能對日報表、月報表、年報表進行打印；建立全廠設備的安全報警系統；
 

圖七：廠區工藝流程圖
 

 

圖八：設備控制盤
 

 圖九：開發(fa)調試階(jie)段報(bao)表(biao)查詢數據示(shi)例

　　下(xia)位(wei)機(ji)采用(yong)施(shi)耐德(de)電氣(qi)Premium PLC，上(shang)位(wei)機(ji)用(yong)北京華富德(de)Control2000，二者之間的(de)標簽(qian)連接(jie)及數據通訊(xun)必須有一個統(tong)一的(de)協議驅動(dong)，本工程采用(yong)的(de)是SIMATICA TOP SERVER來實(shi)(shi)現(xian)的(de)，報表查(cha)詢系統(tong)采用(yong)VB6.0來開發外(wai)掛程序實(shi)(shi)現(xian)報表的(de)實(shi)(shi)時查(cha)詢。

五、該工程自控系統的特點

　　1、技術先進：現代化的工廠要求與時俱進，該自動化控制系統無論是從使用的現場總線、通訊網絡、可編程控制器、組態軟件，還是從自動化控制技術來講，都具有時代領先性。
　　2、穩定可靠：選用的自動化產品絕大部分來自國外知名品牌，建立的自動化控制平臺，經過嚴格的測試，可以保證系統穩定可靠地運行。
　　3、自動化程度高，使用簡單：對于全廠的控制中心——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表達工藝，便于操作員掌握；同時下位機PLC采用施耐德的PLC，系統穩定性好，自動化程度高，整個系統維護量小。
　　4、開放性：該系統采用的現場總線是國際通用的具有開放協議的現場總線，同時各控制站均留有I/O余量，以便于以后系統的改造和擴展。
　　5、安全性(xing)：該系統采用全面的設(she)備(bei)保(bao)護體系，包括潛(qian)水泵的干運轉保(bao)護、自控平臺的防雷保(bao)護、進水水質異常保(bao)護、報(bao)警系統等，以(yi)防止(zhi)因為某些(xie)意外(wai)或操作員的疏(shu)忽而(er)發生事故。

六、應用總結

　　該(gai)城市(shi)污(wu)水(shui)(shui)處理(li)系(xi)統(tong)建成后，施耐德電氣Premium PLC系(xi)統(tong)運(yun)行穩定(ding)，采(cai)(cai)集數(shu)據準確快捷，控(kong)制的(de)(de)重(zhong)要設備(bei)運(yun)行安(an)全，程(cheng)序(xu)開發好后，其(qi)維護(hu)量幾乎為零，同時個人感覺該(gai)PLC現(xian)場安(an)裝、與其(qi)它設備(bei)的(de)(de)接口等均方(fang)便(bian)好用(yong)，系(xi)統(tong)投運(yun)后，自(zi)動化程(cheng)度高(gao)，工作人員維護(hu)量小，出(chu)水(shui)(shui)水(shui)(shui)質能(neng)達到國(guo)家(jia)規定(ding)的(de)(de)標準，該(gai)系(xi)統(tong)的(de)(de)形成投運(yun)無疑給長江流域(yu)、三(san)峽庫區(qu)的(de)(de)環(huan)保事業作出(chu)了貢(gong)獻，希望在長江流域(yu)沿(yan)線有更(geng)多的(de)(de)采(cai)(cai)用(yong)自(zi)動化程(cheng)度高(gao)的(de)(de)污(wu)水(shui)(shui)處理(li)廠。巫山污(wu)水(shui)(shui)處理(li)廠的(de)(de)施耐德電氣Premium PLC系(xi)統(tong)的(de)(de)應(ying)用(yong)將是一個很好的(de)(de)榜樣。

   參考文獻
   1、張自杰，《排水工程》 第四版 中國建筑工業出版社 2000.6
   2、周金全，《城市污水處理工藝》 第一版 化學工業出版社 2003.3
   3、陶俊(jun)杰等(deng)，《城市污水(shui)處理技術實(shi)例》 第二(er)版 化學工業出版社(she) 2005.6

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