蓮花味精集團污(wu)(wu)水(shui)處理工(gong)(gong)(gong)程自(zi)動(dong)(dong)控制系統已(yi)完成從設(she)計到施工(gong)(gong)(gong)、安裝(zhuang)、調試(shi)直(zhi)至最后投入正式運(yun)行的(de)全部工(gong)(gong)(gong)作。該系統不(bu)僅按污(wu)(wu)水(shui)處理工(gong)(gong)(gong)藝要(yao)求達到了自(zi)動(dong)(dong)控制的(de)目的(de)，而(er)且保證污(wu)(wu)水(shui)達標排放。本系統以(yi)(yi)PLC為核心(xin)，完成對SBR反(fan)應池的(de)自(zi)動(dong)(dong)控制，在軟件編(bian)制方面嚴格按工(gong)(gong)(gong)藝時序要(yao)求，全面考慮了現場在出現特殊情(qing)況下程序連續運(yun)行，與以(yi)(yi)往(wang)污(wu)(wu)水(shui)廠(chang)自(zi)控系統以(yi)(yi)監測(ce)為主的(de)情(qing)況有本質的(de)區別。 

 河南蓮花味精集團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是處理高濃度有機廢水的理想途徑之一，該法克服了常規好氧法處理高濃度有機廢水能耗高、稀釋水量大、占地面積大等缺陷，可實現高濃度進水、高容積負荷、高去除率，具有污泥性能好、耐沖擊負荷、出水水質好、污泥產率小、氧利用率高、運行費用低、減少占地等優點。
 
該(gai)廠采用8個SBR池，處理污水(shui)量(liang)為(wei)7450t/d，尺寸為(wei)L×B×H＝25m×21m×5m。以12h為(wei)一個運行周期，其中進(jin)水(shui)、攪(jiao)拌1 h，曝(pu)氣8.5h，沉(chen)淀1h，排(pai)水(shui)1h，待機(閑(xian)置)0.5h。8個池子按(an)依次滯后(hou)1.5h的時間間隔順序進(jin)行。

1 系統硬件結構

SBR自(zi)動控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)系統由監(jian)控(kong)(kong)管理計算機(上位機)、可(ke)編程序控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)(PLC)、電氣控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)柜(ju)、現(xian)場(chang)執行機構及(ji)現(xian)場(chang)監(jian)測儀表組成。控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)系統如(ru)圖1。

8個SBR反應池嚴格按照一(yi)定的時間順序依次完成進水→曝氣→沉淀→排(pai)水→(排(pai)泥)等一(yi)系列過(guo)程，對(dui)應于(yu)不同(tong)的工段(duan)每(mei)個池子分別設有進水閥(fa)、進氣閥(fa)、攪拌泵、潷水器、排(pai)泥泵以完成不同(tong)的功能。對(dui)于(yu)這(zhe)樣一(yi)個順序性、周期性很強的邏輯操作系統(tong)，使用PLC是最明智(zhi)的選擇。

PLC以繼電器邏輯(ji)控制(zhi)為(wei)基礎(chu)，逐步發展成為(wei)既有(you)邏輯(ji)控制(zhi)又(you)有(you)計(ji)時、計(ji)數(shu)(shu)、分支(zhi)程(cheng)序、數(shu)(shu)值(zhi)計(ji)算等功能。其工(gong)作穩定、可(ke)靠(kao)、抗干擾能力強、控制(zhi)靈(ling)活、編程(cheng)容易(yi)、體積小、質量(liang)輕、功耗(hao)低(di)、安裝簡單、運行方(fang)便(bian)、性能價格比高，且(qie)可(ke)與現場(chang)信(xin)息(xi)輸(shu)出直接聯結，廣(guang)泛應(ying)用于污水處(chu)理系統。

根據PLC以(yi)上特(te)點，考慮到工藝控(kong)制要求(qiu)及SBR控(kong)制系(xi)(xi)統(tong)中開關量輸入/輸出(chu)多、模擬量較少和整(zheng)個系(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)運(yun)行速度，選定(ding)OMRON，C 200 HS可編(bian)程序(xu)控(kong)制器(qi)，這種控(kong)制器(qi)指(zhi)令豐富，處理速度快，柔(rou)性好，功能多，且可提供(gong)多種多樣的(de)(de)智能I/O單元，能適(shi)合本系(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)應用。PLC系(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)硬(ying)件配置見表1。

本系統PLC控制柜與(yu)上(shang)位機在同(tong)一控制室內，通訊(xun)(xun)距(ju)(ju)離(li)＜10 m，對于這種通訊(xun)(xun)距(ju)(ju)離(li)較近的情況，雙方可直接采用RS--232C標準進行通訊(xun)(xun)，理論上(shang)當波特率(lv)為(wei)9 600時，通訊(xun)(xun)距(ju)(ju)離(li)在15.23 m之內，其誤碼畸(ji)變率(lv)按4%考(kao)慮。實際應用中的通訊(xun)(xun)距(ju)(ju)離(li)達120 m,使用RS--232C標準通訊(xun)(xun)非常可靠。

PLC在某種(zhong)意義上講只是一種(zhong)控制(zhi)器(qi)，換句話說在SBR時序控制(zhi)系統中(zhong)它是一種(zhong)功能(neng)更強(qiang)的(de)集成化高速繼電器(qi)控制(zhi)裝置，故(gu)其雖(sui)有靈活的(de)一面(mian)，也有死板(ban)的(de)一面(mian)，特別是在人(ren)機操作界面(mian)方面(mian)顯得無能(neng)為力。

隨(sui)著(zhu)4C技(ji)術(computer、control、communication、CRT)及監(jian)控(kong)軟件的發展，使(shi)用(yong)上(shang)位機監(jian)控(kong)管理(li)系(xi)統已成為(wei)大(da)中(zhong)型控(kong)制系(xi)統的流(liu)行(xing)趨(qu)勢，以PC機作為(wei)上(shang)位機應用(yong)于控(kong)制系(xi)統中(zhong)能提供(gong)一種(zhong)良好的人機界面，減輕操作人員(yuan)的負擔(dan)，提高管理(li)水平。

PLC全(quan)部I/O模塊的(de)(de)(de)饋線都來自(zi)電(dian)氣控制柜(ju)，每個(ge)(ge)SBR池對應(ying)一個(ge)(ge)電(dian)氣控制柜(ju)，每個(ge)(ge)電(dian)氣控制柜(ju)包(bao)括(kuo)相應(ying)池內6臺設備的(de)(de)(de)一次回路和(he)二(er)次回路的(de)(de)(de)全(quan)部器件，直接采集(ji)現(xian)場電(dian)氣設備的(de)(de)(de)信號。手動/自(zi)動的(de)(de)(de)切換通過電(dian)氣柜(ju)盤面的(de)(de)(de)主令開關來完(wan)成。

在電(dian)(dian)(dian)(dian)氣控(kong)(kong)制(zhi)柜中(zhong)，對PLC的輸(shu)入均為AC220 V中(zhong)間繼(ji)電(dian)(dian)(dian)(dian)器的無源(yuan)觸(chu)點，PLC向電(dian)(dian)(dian)(dian)氣柜輸(shu)出(chu)DC24 V電(dian)(dian)(dian)(dian)壓控(kong)(kong)制(zhi)信號，實現對各電(dian)(dian)(dian)(dian)氣設備的控(kong)(kong)制(zhi)，保證各輸(shu)入、輸(shu)出(chu)的相對獨立(li)，使控(kong)(kong)制(zhi)系(xi)統長(chang)期(qi)安(an)全運行，而開關(guan)量的信號電(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)由PLC柜內DC24 V穩壓電(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)提供。

反映工藝設備(bei)(bei)的(de)開(kai)關量信(xin)號(hao)(hao)主要(yao)分(fen)為以下三(san)類(lei)：第一類(lei)是(shi)運行信(xin)號(hao)(hao)，由(you)主回路中(zhong)接(jie)觸(chu)(chu)(chu)器(qi)的(de)分(fen)、合狀態(tai)決定(ding)，并(bing)由(you)相(xiang)應(ying)的(de)中(zhong)間繼電器(qi)的(de)常開(kai)觸(chu)(chu)(chu)點給出(chu)；第二(er)類(lei)是(shi)自(zi)動(dong)/手(shou)動(dong)狀態(tai)信(xin)號(hao)(hao)，由(you)手(shou)動(dong)/自(zi)動(dong)轉(zhuan)換開(kai)關決定(ding)，并(bing)由(you)相(xiang)應(ying)中(zhong)間繼電器(qi)的(de)常開(kai)觸(chu)(chu)(chu)點給出(chu)；第三(san)類(lei)是(shi)正常/故障信(xin)號(hao)(hao)，為綜(zong)合故障信(xin)號(hao)(hao)，包括(kuo)過載(zai)、過流(liu)、超(chao)限及水(shui)泵超(chao)溫(wen)等。對(dui)電動(dong)閥(fa)門和潷(bi)水(shui)器(qi)又增加(jia)了(le)開(kai)(上升)到(dao)(dao)位、關(下降)到(dao)(dao)位，對(dui)潷(bi)水(shui)器(qi)增加(jia)一個(ge)步(bu)進排水(shui)信(xin)號(hao)(hao)，這(zhe)些(xie)信(xin)號(hao)(hao)均由(you)設備(bei)(bei)的(de)故障觸(chu)(chu)(chu)點串聯后(hou)由(you)一個(ge)中(zhong)間繼電器(qi)的(de)常閉觸(chu)(chu)(chu)點給出(chu)，使中(zhong)心控制(zhi)室的(de)操作人員對(dui)現場(chang)設備(bei)(bei)的(de)運行情(qing)況一目(mu)了(le)然。

SBR工(gong)(gong)藝(yi)的關鍵是時序控(kong)制，儀表(biao)主要(yao)用于系統的監(jian)測。在SBR好(hao)氧段的重要(yao)工(gong)(gong)藝(yi)段設置了流(liu)量儀表(biao)、液位(wei)儀表(biao)和溶解氧測量儀。鼓風(feng)機管道出(chu)口空(kong)氣流(liu)量的測量采用插入式渦街流(liu)量計。

2 系統的軟件設計

SBR自控系(xi)統(tong)的(de)軟件(jian)設計是整個系(xi)統(tong)正常運行的(de)核心，一(yi)套理想的(de)軟件(jian)不(bu)只(zhi)限于滿(man)足(zu)工藝(yi)要(yao)求，而且要(yao)考慮到(dao)現(xian)場(chang)出現(xian)的(de)各種特殊情況，因此必須可靠、實用、易(yi)修(xiu)改。

2.1 軟件編制

軟件編制的主要依(yi)據(ju)為工藝提供的控制時(shi)(shi)(shi)(shi)序(xu)，對于進(jin)水時(shi)(shi)(shi)(shi)間(jian)、曝氣時(shi)(shi)(shi)(shi)間(jian)、沉淀時(shi)(shi)(shi)(shi)間(jian)、排水時(shi)(shi)(shi)(shi)間(jian)均可(ke)由(you)上位(wei)機任(ren)意設定，但四個工藝段的時(shi)(shi)(shi)(shi)間(jian)之和必需介于7～11.6 h，否則所設定的工藝時(shi)(shi)(shi)(shi)間(jian)無效，PLC仍(reng)按(an)原設定執(zhi)行。8個SBR池的各段工藝過程及其(qi)執(zhi)行時(shi)(shi)(shi)(shi)間(jian)均嚴格(ge)按(an)時(shi)(shi)(shi)(shi)序(xu)進(jin)行，每個池子(zi)的任(ren)何設備在(zai)任(ren)何時(shi)(shi)(shi)(shi)刻均可(ke)通過電氣柜上的手動(dong)(dong)/自動(dong)(dong)轉換開關(guan)改變(bian)其(qi)狀態，但均不能改變(bian)PLC所設定的工作(zuo)時(shi)(shi)(shi)(shi)序(xu)，且一旦切入自動(dong)(dong)狀態后便進(jin)入PLC所設定的時(shi)(shi)(shi)(shi)序(xu)。

潷(bi)水器的工(gong)作周(zhou)期(qi)完全由PLC按時(shi)間(jian)控(kong)制，在(zai)第(di)一次下(xia)(xia)(xia)(xia)降一個大行程(時(shi)間(jian)為23 s)，以后每次下(xia)(xia)(xia)(xia)降4 s，停留排水時(shi)間(jian)15 min，直至下(xia)(xia)(xia)(xia)降到位(wei)。如果在(zai)一個周(zhou)期(qi)(12 h)結(jie)束時(shi)仍沒(mei)有(you)下(xia)(xia)(xia)(xia)降到位(wei)或(huo)無下(xia)(xia)(xia)(xia)降到位(wei)信號(hao)，且潷(bi)水器處于自動狀態，PLC將在(zai)周(zhou)期(qi)結(jie)束前驅動潷(bi)水器上升復位(wei)。

控制柜上的8個切換開關僅限用于全部復位重新啟動時決定由哪個池子開始投入自動循環，平時不可輕易扳動，一旦扳動某一開關，其對應池子的工藝過程將全部停止，只有等到下一次進水周期方可重新進入PLC自動控制的行列。
現場電氣設(she)備的工作狀態(tai)均送上位機顯示。

2.2 軟件的特點

① 本控制系統嚴格按照時序，按順序工作。
② 允許以任意一個池子作為重新啟動的開始，所有參加復位的池子(在復位時其電氣柜相應的手動/自動開關處于自動位置)在復位時各設備將自動恢復到復位狀態(進水閥、進氣閥關閉，攪拌泵停止，潷水器上升)。
③ 允許在工作過程中任意進行手、自動切換且不影響工作時序。
④ 具(ju)有(you)動(dong)(dong)作超時(shi)(shi)、過載報警等功能，具(ju)有(you)斷電時(shi)(shi)自(zi)動(dong)(dong)保護(hu)斷點，在重新(xin)上電時(shi)(shi)由斷點繼(ji)續(xu)執行(xing)程序的功能。

2.3 軟件的設計思想

編制軟件時，要從(cong)用戶的實(shi)際情況出發，盡量作到功能全面，畫面簡(jian)潔易讀，操(cao)作方(fang)便，使(shi)操(cao)作員易于掌握(wo)。

上位機的(de)(de)軟(ruan)(ruan)件編(bian)制(zhi)采(cai)用(yong)(yong)MS-DOS環境(jing)下的(de)(de)GOOD-HELPER通(tong)(tong)(tong)用(yong)(yong)組態(tai)(tai)式工業控(kong)制(zhi)軟(ruan)(ruan)件包，該(gai)軟(ruan)(ruan)件包提供了從(cong)組態(tai)(tai)到顯示、操作(zuo)控(kong)制(zhi)的(de)(de)整套(tao)功能，支持通(tong)(tong)(tong)用(yong)(yong)鍵盤，采(cai)用(yong)(yong)后(hou)臺通(tong)(tong)(tong)訊的(de)(de)方式保證(zheng)了數據(ju)的(de)(de)實(shi)時性(xing)，前臺運行(xing)圖形及報表程序、全漢(han)化(hua)的(de)(de)工作(zuo)界面(mian)、“所(suo)見即得”的(de)(de)控(kong)制(zhi)組。

整個(ge)監控(kong)軟件(jian)包括(kuo)以下的(de)組(zu)態過(guo)程(cheng)：系統(tong)設計(ji)(ji)→系統(tong)參數組(zu)態→通訊組(zu)態→圖(tu)(tu)(tu)形菜(cai)單(dan)組(zu)態→圖(tu)(tu)(tu)形編輯(ji)→圖(tu)(tu)(tu)形動態→文本編輯(ji)→報(bao)(bao)(bao)(bao)表顯示→故障報(bao)(bao)(bao)(bao)警組(zu)態→同類(lei)數據存在盤(pan)組(zu)態→歷史報(bao)(bao)(bao)(bao)表組(zu)態→標度變(bian)(bian)換(huan)組(zu)態→定(ding)時(shi)打(da)印(yin)組(zu)態→報(bao)(bao)(bao)(bao)表統(tong)計(ji)(ji)等。整個(ge)系統(tong)主菜(cai)單(dan)包括(kuo)流程(cheng)圖(tu)(tu)(tu)A，匯總表B，超勢(shi)圖(tu)(tu)(tu)C和設定(ding)參數D，查詢菜(cai)單(dan)下可進(jin)行(xing)故障記(ji)錄、歷史趨勢(shi)等的(de)在線查詢，報(bao)(bao)(bao)(bao)表菜(cai)單(dan)可定(ding)時(shi)打(da)印(yin)各班(ban)的(de)報(bao)(bao)(bao)(bao)表，文件(jian)管理菜(cai)單(dan)中可進(jin)行(xing)文件(jian)的(de)列表、拷貝(bei)、打(da)印(yin)、刪除等工作(zuo)，變(bian)(bian)量(liang)表中列出了所有四種(公式(shi)變(bian)(bian)量(liang)、模擬變(bian)(bian)量(liang)、開關量(liang)、字符串變(bian)(bian)量(liang))類(lei)型變(bian)(bian)量(liang)的(de)當前值，可在系統(tong)調試時(shi)起幫助作(zuo)用。

3 SBR系統的(de)抗干(gan)擾措施(shi)

3.1 電源系統

為阻止(zhi)空(kong)間(jian)電磁干擾，在設(she)計系統時將PLC安裝于鐵質的(de)(de)儀表柜中(zhong)，起到(dao)一定的(de)(de)屏蔽作(zuo)用(yong)。

本(ben)系統獨立供電(dian)，直(zhi)接從低壓(ya)配(pei)電(dian)母線供電(dian)，在(zai)電(dian)源進入SBR控制系統之前加2 000 W的(de)穩壓(ya)電(dian)源，具(ju)有雙向抗干擾功能(neng)，能(neng)濾除(chu)電(dian)網各種脈沖和浪(lang)涌電(dian)壓(ya)，穩壓(ya)范圍達(da)120～300 V。并將UPS(2 000 W)與上(shang)位(wei)機聯接，一旦(dan)供電(dian)系統中(zhong)斷(duan)，UPS電(dian)源的(de)電(dian)池組經逆變輸出交流電(dian)，使上(shang)位(wei)機有一定時間進行數據處理，以(yi)便得電(dian)后正常工(gong)作，提高了整(zheng)個系統的(de)可靠性(xing)。

3.2 設(she)置(zhi)阻容(rong)吸收回路

在(zai)SBR控(kong)制系(xi)統(tong)中，由(you)于(yu)現場電(dian)氣設(she)備較(jiao)多，而(er)且PLC的(de)(de)I/O信號均由(you)繼電(dian)器(qi)(qi)的(de)(de)無源(yuan)觸點給出(chu)，大量的(de)(de)繼電(dian)器(qi)(qi)被用(yong)于(yu)控(kong)制系(xi)統(tong)中，加上現場條件較(jiao)差，靈敏度較(jiao)高(吸合(he)電(dian)壓(ya)較(jiao)低)的(de)(de)繼電(dian)器(qi)(qi)本(ben)身(shen)受到(dao)線(xian)路(lu)布線(xian)的(de)(de)影響(xiang)而(er)產生誤動作。為此，考慮在(zai)繼電(dian)器(qi)(qi)線(xian)圈兩(liang)端并(bing)聯RC吸收(shou)回(hui)路(lu)(如圖2)，其中電(dian)阻值(zhi)可在(zai)100～1 000 Ω之間，電(dian)容在(zai)0.03～1 μF之間選用(yong)，但須注意電(dian)阻的(de)(de)阻值(zhi)和電(dian)容耐壓(ya)要有(you)余量。實(shi)踐證明這是一(yi)種簡單有(you)效的(de)(de)方法。

3.3 過程通(tong)道的抗干擾

過(guo)(guo)程通道指(zhi)前(qian)向(xiang)接口和后向(xiang)接口與PLC之間進行信息傳(chuan)輸(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)路(lu)徑。在過(guo)(guo)程通道中長(chang)線(xian)傳(chuan)輸(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)干擾是主(zhu)要(yao)因(yin)素，當系統的(de)主(zhu)頻為(wei)4 MHz，傳(chuan)輸(shu)(shu)(shu)(shu)線(xian)長(chang)度＞0.3m時，即成(cheng)為(wei)長(chang)線(xian)傳(chuan)輸(shu)(shu)(shu)(shu)。為(wei)保證長(chang)線(xian)傳(chuan)輸(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)，采取(qu)的(de)措施(shi)有光電耦合(he)隔離(li)、電流傳(chuan)輸(shu)(shu)(shu)(shu)和雙絞線(xian)傳(chuan)輸(shu)(shu)(shu)(shu)等。

4 結論

蓮花味精集團(tuan)污(wu)水(shui)處(chu)理工(gong)程自動控(kong)制(zhi)(zhi)系統(tong)已完成從設(she)計(ji)到施工(gong)、安裝、調試(shi)直至最后投入(ru)正式(shi)運(yun)行的全部工(gong)作。該系統(tong)不僅(jin)按(an)污(wu)水(shui)處(chu)理工(gong)藝要求達到了(le)自動控(kong)制(zhi)(zhi)的目(mu)的，而且保證污(wu)水(shui)達標排放。總結起來具有(you)以下特(te)點：

① 系統設計合理，PLC、上位機、電氣柜、儀表的選型注意從先進性、穩定性、可靠性出發，同時兼顧經濟性，使整套控制系統在保證長期安全運行的基礎上，價格達到最低。
② 本系統以PLC為核心，完成對SBR反應池的自動控制，在軟件編制方面嚴格按工藝時序要求，全面考慮了現場在出現特殊情況下程序連續運行，與以往污水廠自控系統以監測為主的情況有本質的區別。
③ 監測管理計算機實時監測整個系統，工藝流程圖生動形象，操作人員一目了然地了解現場工藝、電氣設備的運行狀況，并根據工藝情況隨時在線修改參數。
④ 系統(tong)具(ju)有(you)很強的(de)(de)抗干擾性(xing)，無論(lun)從計算機電(dian)源系統(tong)還(huan)是(shi)硬(ying)件的(de)(de)選擇到電(dian)纜的(de)(de)敷設接地等都充分考慮此(ci)問題，因此(ci)穩(wen)定性(xing)好(hao)、可靠性(xing)高，大(da)大(da)減輕了(le)工人的(de)(de)勞(lao)動強度，每班操作人數(shu)從5人降低到2人。

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