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淺談污水處理自控系統(tǒng)

文檔作者：朱斌文檔來源：中鋼集團(tuán)武漢安全環(huán)保研究院有限公司華安分公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年10月22日
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2012年9月■赫固麓商環(huán)保與節(jié)能
淺談污水處理自控系統(tǒng)
朱斌
(中鋼集團(tuán)武漢安全環(huán)保研究院有限公司華安分公司)
摘要：污水處理是當(dāng)前我國水利系統(tǒng)的一大重點(diǎn)，工程量巨大。如果單人為操作耗費(fèi)很多了勞動(dòng)力，一款好自控系統(tǒng)軟件可節(jié)省時(shí)
間和人力。本文根據(jù)自己多年的工作經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)的闡述了基于PLC的自動(dòng)控制方案的規(guī)劃、工作。
關(guān)鍵詞：污水處理；可編程序控制器；自動(dòng)控制系統(tǒng)
本文以某城市污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的方案選擇與設(shè)計(jì)過程為
例，說明了基于PLC的自動(dòng)控制方案是當(dāng)前最高效的污水處理自控系
統(tǒng)。筆者詳細(xì)論述了該污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)的方案規(guī)劃、硬件和軟件
配置、工作原理和基于羅克韋爾RSview32組態(tài)軟件的上位監(jiān)控系統(tǒng)以
及該污水處理廠生產(chǎn)過程自動(dòng)化系統(tǒng)與管理信息系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合。
1自動(dòng)控制系統(tǒng)
1．1控制系統(tǒng)方案制定
污水處理系統(tǒng)的控制對象既包含開關(guān)量也包含模擬量，既涉及順序
控制也涉及過程控制。在系統(tǒng)運(yùn)行期間有大量的參數(shù)需要加以檢測和控
制，而且各種設(shè)備的位置分布比較分散，這就提高了對控制系統(tǒng)的要求。
模擬儀表控制系統(tǒng)和集中式數(shù)字控制系統(tǒng)由于技術(shù)早已過時(shí)而不宜采
用?本案例采用集散控制系統(tǒng)(DCS)。集散控制系統(tǒng)所有設(shè)備分別處于四
個(gè)不同的層次，自上而下分別是：管理級、監(jiān)控級、控制級和現(xiàn)場級。對應(yīng)
著這四層結(jié)構(gòu)，分別由四層數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)，即管理網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、控制
網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)。
1．2自控系統(tǒng)的組成和各層次功能
污水處理自控系統(tǒng)是由中央控制室、自控柜和現(xiàn)場設(shè)備控制室三部
分組成，分別對應(yīng)于中央監(jiān)視、PLc聯(lián)動(dòng)控制和現(xiàn)場就地控制三個(gè)層次。
中央控制室通過上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對全廠設(shè)備的監(jiān)控，包括工藝流程
及設(shè)備狀態(tài)顯示、數(shù)據(jù)記錄、操作記錄、報(bào)表處理、水質(zhì)參數(shù)報(bào)警以及打
印等功能。PLC是整個(gè)自控系統(tǒng)的核心，整個(gè)污水廠設(shè)備的工藝控制、邏
輯判斷、在線儀表數(shù)據(jù)的采集以及控制站之間的通信都是通過PLC來完
成的；PLC控制分為自動(dòng)控制和手動(dòng)控制，當(dāng)電控柜相應(yīng)設(shè)備的控制方
式設(shè)置為PLC控制時(shí)，PLC按照工藝進(jìn)行控制，同時(shí)完成水質(zhì)數(shù)據(jù)的采
集工作，以及防止一些誤操作?，F(xiàn)場設(shè)備的就地控制由現(xiàn)場電控柜承擔(dān)，
并通過控制柜的選擇和操作開關(guān)來實(shí)現(xiàn)，該方式主要在一些緊急和更換
設(shè)備的情況下使用，并且具有最高的控制權(quán)限。在PLc發(fā)生故障的情況
下，仍然可以通過現(xiàn)場電控柜對設(shè)備進(jìn)行控制，避免因停產(chǎn)造成的損失。
中央控制室、自控柜和現(xiàn)場控制柜之間的關(guān)系是：中央控制室所需要的
數(shù)據(jù)主要由自控柜中的PLC通過工業(yè)以太網(wǎng)傳送過來，而中央控制室完
成對現(xiàn)場設(shè)備的控制也是通過對PLc中相應(yīng)設(shè)備的程序地址寫值來實(shí)
現(xiàn)，現(xiàn)場控制柜根據(jù)自控柜中PLc程序運(yùn)行的結(jié)果來啟動(dòng)和停止設(shè)備。
中央控制要完成控制功能只能向PLC發(fā)送相應(yīng)的命令，然后由PLC判
斷此時(shí)是否應(yīng)該執(zhí)行此控制，條件成立則執(zhí)行，否則將拒絕中央控制室
發(fā)出的指令。自控系統(tǒng)的功能主要是由PLc來完成，即使網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，
PLC也可以按照預(yù)先編制的程序來進(jìn)行控制。PLc對設(shè)備的控制主要是
鞋逝婦靶逝j*顰夸培!}k逝業(yè)顰逝船逝業(yè){婦逝韭顰業(yè)顰業(yè)業(yè)謄逝業(yè)業(yè)船業(yè)謄省}逝qe逝鞋業(yè)j‘}船逝j譬業(yè)婦省}業(yè)逝{婦逝
一定的影響。盡管我國在研制環(huán)衛(wèi)垃圾車方面取得了很大的進(jìn)步，但還
是有很多需要改進(jìn)的地方。主要在價(jià)格方面比較昂貴的因素，使得先進(jìn)
的環(huán)衛(wèi)垃圾車得不到有力推廣?，F(xiàn)在那些使用的垃圾壓縮設(shè)備還在不斷
地影響著工人的健康。
3．1環(huán)衛(wèi)垃圾壓縮設(shè)備的噪音破壞環(huán)衛(wèi)工人的聽覺
城市垃圾在不斷增加，每天大量成噸的垃圾需要被環(huán)衛(wèi)垃圾壓縮設(shè)
備壓縮。由于垃圾的數(shù)量過大，環(huán)衛(wèi)垃圾壓縮設(shè)備需要不斷地進(jìn)行工作。
隨著環(huán)衛(wèi)垃圾壓縮設(shè)備不斷地進(jìn)行工作，不分類的垃圾聚集在一起會(huì)對
垃圾處理設(shè)備腐蝕和損壞。質(zhì)量和構(gòu)造上并不是很好的環(huán)衛(wèi)垃圾壓縮設(shè)
備在工作時(shí)往往會(huì)發(fā)出比較大的噪音，這對于工作時(shí)間比較長的環(huán)衛(wèi)工
人來說是比較危險(xiǎn)的。長時(shí)間地在高分貝噪音的環(huán)境中工作，這會(huì)導(dǎo)致
工人的聽覺能力大大降低，甚至導(dǎo)致耳聰。大家知道，優(yōu)美的聲音或者音
樂給予人享受，但是長時(shí)間的噪音則是讓人的精神導(dǎo)致恍惚、失常。研究
表明，這還會(huì)對人的大腦有所損傷。在這種環(huán)境下工作的環(huán)衛(wèi)工人盡管
在社會(huì)上的地位是卑微的，但是其從事的工作卻是高尚的。他們?yōu)槌鞘?
里的整潔面貌貢獻(xiàn)著自己的青春，卻拿著微薄的工資。他們在默默工作
的時(shí)候或許并沒有顧及到自己的健康，但他們的健康確實(shí)需要引起更多
人的重視網(wǎng)。
3．2環(huán)衛(wèi)垃圾壓縮設(shè)備的粉塵和氣體對環(huán)衛(wèi)工人的影響
目前，我國大部分城市所使用的環(huán)衛(wèi)垃圾壓縮設(shè)備更新?lián)Q代的速度
比較慢，大部分的環(huán)衛(wèi)垃圾壓縮設(shè)備在性能上比如在封閉性方面和自動(dòng)
化方面等比較差。環(huán)衛(wèi)垃圾壓縮設(shè)備的封閉性比較差可能會(huì)導(dǎo)致生活垃
圾的液體流出，污染人的視覺，刺激人的鼻子或者對環(huán)境造成二次污染；
也可能導(dǎo)致生活垃圾的刺激性氣體揮發(fā)、彌漫整個(gè)空氣中，刺激環(huán)衛(wèi)工
人的呼吸道。如今，我國還并沒有對城市生活垃圾進(jìn)行具體細(xì)致的分類，
很多生活垃圾都混在一起處理，這會(huì)導(dǎo)致環(huán)衛(wèi)垃圾壓縮設(shè)備在對生活垃
圾進(jìn)行處理時(shí)出現(xiàn)大量的粉塵，再加上環(huán)衛(wèi)垃圾壓縮設(shè)備在封閉性方面
比較差，大量的粉塵充斥在工人的周圍，當(dāng)這些工人呼吸時(shí)就會(huì)把大量
的粉塵吸入其肺部，嚴(yán)重影響到工人的口腔、支氣管、肺部等部位，這就
會(huì)影響到工人的健康。
由于環(huán)衛(wèi)垃圾壓縮設(shè)備的封閉性比較差，其工作時(shí)，那些未進(jìn)行細(xì)
致分類的生活垃圾散發(fā)出來的刺激性氣體也會(huì)對環(huán)衛(wèi)工人的健康構(gòu)成
威脅，情形嚴(yán)重的甚至還可能導(dǎo)致工人中毒。根據(jù)調(diào)查顯示，長期處于惡
劣氣味環(huán)境的人不僅對其嗅覺產(chǎn)生損害，對其神經(jīng)系統(tǒng)也有一定程度的
傷害。長期接觸有刺激性的氣體會(huì)使工人嗅覺變得遲鈍，也有可能使其
神經(jīng)變得遲鈍。每個(gè)人除了工作外還要生活，但長期處于這種環(huán)境的人
在生活中會(huì)遭到別人的鄙視和看不起，由于身上有股氣味，經(jīng)常會(huì)讓他
人避而遠(yuǎn)之。這會(huì)深深影響到工人的精神、生活，在無形中給他們的傷害
也將是巨大而無形的[4】。
4結(jié)語
總而言之，目前我國大多數(shù)城市所使用的環(huán)衛(wèi)垃圾壓縮設(shè)備還是比
較落后的，盡管市場上該種設(shè)備研制更新的速度比較快，但是政府在這
方面給予的投入比較少，環(huán)衛(wèi)垃圾壓縮設(shè)備更新?lián)Q代的速率并沒有跟上
市場的節(jié)奏，這給保護(hù)整個(gè)城市環(huán)境的環(huán)衛(wèi)工人的健康帶來了很大的隱
患。環(huán)衛(wèi)工人的工作是比較辛苦的，其工作性質(zhì)在世人的眼里也是比較
卑微的，這需要引起社會(huì)人士的廣泛關(guān)注?？傊?，政府需要在環(huán)衛(wèi)垃圾設(shè)
備進(jìn)行更多的投入，以改善環(huán)衛(wèi)工人的工作條件和環(huán)境。
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萬方數(shù)據(jù)
環(huán)保與節(jié)能■村宙愛哺2012年9月
由PLC柜內(nèi)的輸出繼電器向電控柜內(nèi)的接觸器提供一個(gè)無源的干接點(diǎn)
來實(shí)現(xiàn)。
1．3自控系統(tǒng)的硬件和軟件配置
自控系統(tǒng)包括軟件和硬件兩部分，硬件與軟件的配置決定于工藝對
系統(tǒng)的需求，它將影響到系統(tǒng)的功能以及穩(wěn)定性、可擴(kuò)展性和性價(jià)比?！?
(1)PLc的硬件配置
PLC是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，目前國內(nèi)使用的PLC種類繁多，如西
門子、羅克韋爾A—B和施耐德Modicon等品牌。因?yàn)橐?guī)劃的該污水處理
自控系統(tǒng)基于工業(yè)以太網(wǎng)，上述幾種類型的PLC本身都帶有工業(yè)以太網(wǎng)
接口，其中西門子的S7—300系列與上位機(jī)通訊要求配置專用的以太網(wǎng)
卡CP343，施奈德的OuaIltum系列PLC價(jià)格又比較貴，綜合考慮各方面
原因，選用了羅克韋爾A—B的SLC500系列SLC一5／05小型PLC。模塊式
SLc500處理器的用戶內(nèi)存容量1～64KB，處理器的組態(tài)能力為3個(gè)本地
框架，通過Remote I，0或Device Net，理論上使SLC5，02及以上處理器最
多可支持4096個(gè)離散輸入點(diǎn)和4096個(gè)離散輸出點(diǎn)。
(2)PLC的軟件配置對于SLC500系列PLC，RockweU A—B公司推出
了Rslogix500編程軟件，采用梯形圖來進(jìn)行PLC程序的開發(fā)。
(3)操作員站監(jiān)控組態(tài)軟件(RSview32)RSview32是由Rockwell自
動(dòng)化開發(fā)的一種對自動(dòng)控制設(shè)備和生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視和控制的HMI(人
機(jī)界面)組態(tài)軟件平臺。它是在圖形組態(tài)中應(yīng)用ActiveX控件、Visual
Basic Applicatio和OPc(面向過程控制的0I正)的HMI軟件產(chǎn)品，提供了
監(jiān)視、控制和數(shù)據(jù)采集等必要的功能且使用方便、變量統(tǒng)一。
2監(jiān)控系統(tǒng)軟件
在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常需要利用監(jiān)控軟件對現(xiàn)場的自動(dòng)化設(shè)
備進(jìn)行監(jiān)視和控制，城市污水廠監(jiān)控軟件使用的是Rockwell自動(dòng)化公司
的Rsview32組態(tài)軟件，這是一種基于組件并用于監(jiān)視和控制自動(dòng)化設(shè)
備的人機(jī)界面監(jiān)控軟件，它的功能十分強(qiáng)大，應(yīng)用也比較廣泛。
2．1軟件結(jié)構(gòu)
根據(jù)污水處理廠的自身工藝特點(diǎn)和控制系統(tǒng)對軟件的要求，監(jiān)控軟
件主要由登錄管理模塊、預(yù)測模塊、監(jiān)控界面、趨勢、報(bào)警、報(bào)表、數(shù)據(jù)庫、
系統(tǒng)幫助等模塊組成：
(1)系統(tǒng)登錄管理：根據(jù)建立權(quán)限制度，不同的用戶設(shè)定不同的權(quán)
限，防止非法用戶操作。
(2)監(jiān)控畫面：主要指系統(tǒng)的工藝流程圖、設(shè)備狀態(tài)圖，按系統(tǒng)的工
藝流程編制的中文圖形化人機(jī)界面，這樣便于操作員監(jiān)視整個(gè)污水處理
廠的情況，并且可方便地根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行情況正確操作。
(3)趨勢畫面：監(jiān)控系統(tǒng)對設(shè)備參數(shù)實(shí)時(shí)記錄，通過趨勢曲線顯示在
趨勢畫面上，并具有參數(shù)預(yù)測功能，操作員可通過該畫面查詢設(shè)備參數(shù)
的變化情況，方便系統(tǒng)操作。
(4)報(bào)警畫面：當(dāng)現(xiàn)場設(shè)備在某種狀態(tài)或設(shè)備的參數(shù)達(dá)到某范圍時(shí)，
系統(tǒng)采用聲音、光亮、文字、顏色和報(bào)警記錄的登記，在操作站上實(shí)現(xiàn)報(bào)
警，用以告知、提醒操作員，以便做出相應(yīng)的操作處理，以免發(fā)生設(shè)備損
壞或產(chǎn)出不合格的產(chǎn)品。
(5)報(bào)表：按照工藝要求對水廠的進(jìn)水和出水水質(zhì)和水量等的參數(shù)
進(jìn)行報(bào)表統(tǒng)計(jì)，可根據(jù)需要形成特點(diǎn)參數(shù)組合的小時(shí)報(bào)表、天報(bào)表、月報(bào)
表、年報(bào)表。．
(6)數(shù)據(jù)庫：將系統(tǒng)所有設(shè)備的信息生成數(shù)據(jù)庫，便于操作維護(hù)人員
對系統(tǒng)設(shè)備的管理。
(7)水質(zhì)預(yù)測：對污水處理廠進(jìn)出水質(zhì)進(jìn)行預(yù)測，為生產(chǎn)管理人員進(jìn)
行優(yōu)化運(yùn)行提供決策參考。
(8)系統(tǒng)幫助：系統(tǒng)提供在線幫助功能，包括操作手冊和設(shè)備常見故
障維護(hù)。
2．2主要監(jiān)控畫面的功能
監(jiān)控系統(tǒng)的各種功能主要通過畫面組態(tài)和顯示來完成，操作畫面主
要指系統(tǒng)的工藝流程圖、設(shè)備狀態(tài)圖及其它系統(tǒng)功能畫面等。操作人員
只需要在監(jiān)控菜單或者總圖中用鼠標(biāo)來選擇相應(yīng)的工藝段，再選擇工藝
段相應(yīng)的設(shè)備，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊即可彈出該設(shè)備的控制單，然后用鼠標(biāo)進(jìn)行
控制或者用鍵盤來改變參數(shù)的設(shè)置。
·94·
2．2．1工藝流程監(jiān)控畫面
工藝流程監(jiān)控畫面集中了整個(gè)自控系統(tǒng)的所有設(shè)備，操作員可通過
工藝流程監(jiān)控畫面，對整個(gè)污水處理廠運(yùn)行情況有一個(gè)總體的了解；并
能通過工藝主畫面上各工藝段的簡圖直接進(jìn)入相應(yīng)工藝段監(jiān)控畫面對
相應(yīng)工藝段進(jìn)行監(jiān)視、信息查詢、工藝設(shè)備控制。
2．22工藝段監(jiān)控畫面及控制面板
工藝監(jiān)控畫面按污水處理工藝分為預(yù)處理、生物濾池、曝氣池三部
分。對粗格柵、細(xì)格柵、初沉池工藝段以及相關(guān)的在線儀表的監(jiān)控主要是
通過預(yù)處理工藝段畫面來完成：生物濾池完成對20個(gè)生物濾池和泵房
以及相關(guān)在線儀表的監(jiān)控，曝氣池段主要對曝氣機(jī)及相關(guān)在線儀表進(jìn)行
監(jiān)控。
2．2．3記錄查詢及趨勢曲線畫面
記錄查詢主要是對設(shè)備的歷史運(yùn)行記錄進(jìn)行查詢，供日后分析設(shè)備
狀況。它包括操作記錄查詢、設(shè)備運(yùn)行記錄查詢、生物濾池反沖洗記錄查
詢、報(bào)警記錄查詢，生物濾池狀態(tài)記錄。趨勢記錄功能是指系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄
現(xiàn)場設(shè)備參數(shù)變化情況，可通過選擇點(diǎn)顯示不同歷史、實(shí)現(xiàn)曲線組，每組
可顯示最多4條曲線；所存儲(chǔ)時(shí)間根據(jù)需要配置為半年。
2．2．4報(bào)農(nóng)畫面與打印
為了統(tǒng)計(jì)需要，建立系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)庫。通過日報(bào)，月報(bào)方式顯示系統(tǒng)
記錄下來的各種水處理記錄數(shù)據(jù)，如藥物的消耗，日處理污水量記錄等，
并相應(yīng)制報(bào)表顯示、打印和存檔。按照工藝對水廠的進(jìn)水和出水水質(zhì)，生
物濾池的水質(zhì)，曝氣池水質(zhì)參數(shù)(pH值、COD值等)進(jìn)行報(bào)表統(tǒng)計(jì)，可根
據(jù)需要形成日報(bào)表、月報(bào)表。
3總結(jié)
本系統(tǒng)總體運(yùn)行良好，在污水處理廠工作期間，基本沒有出現(xiàn)故障，
得到了廣泛的好評。其中將污水處理廠的生產(chǎn)過程自動(dòng)化與管理信息化
結(jié)合起來很值得污水廠借鑒。智能化自控系統(tǒng)是當(dāng)前污水處理廠的發(fā)展
方向，現(xiàn)今污水處理廠的自動(dòng)化水平已得到大大提高，但智能化水平相
對較低，在以后的污水處理中應(yīng)該加大基于PLc自控系統(tǒng)的使用，使污
水處理朝著高效、低人力的方向發(fā)展。
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