云南某水厂自动监控系统典型应用

　　组态王是完全基于网络概念的组态软件，是一种真正的客户—服务器模式，支持分布式历史数据库和分布式报警系统可运行在基于TCP/IP网络协议的网上，可运行在基于TCP/IP网络协议的环境中,使用户能够实现上、下位机以及更高层次的厂级连网。而以太网具有应用广泛、价格低廉、通信速率高、软硬件产品丰富、应用支持技术成熟等优点，与其他现场总线的控制方案相比降低了网络的构建成本，提高了系统的可扩展性及兼容性。在污水处理自动控制系统中采用组态王软件通过工业以太网进行数据交换，在保证准确性和信号传输速度的前提下，更提高了系统的可靠性和扩展性。本文介绍了组态王在污水处理行业中的应用，通过与PLC控制系统的结合完成了整个水处理工艺流程，同时介绍了在污水处理行业得到广泛应用的SBR工艺的实现。讲述了现场工业总线和工业以太网在工业控制系统中的实现。

　　一、系统概述

　　城市污水处理设施是现代化城市经济发展和水资源保护不可或缺的组成部分。在美国、英国、荷兰、13本等发达国家．已经普遍实行了城市污水的集中二级处理；近年来。我国政府、各级地方政府及有关部门对城市污水治理十分重视．同时加大了对污水治理的资金投入和治理力度。使我国在污水处理厂的建设方面取得了巨大进展。而随城市建设规模与人民生平的不断提高，城市污水排放也在活逐水年增加，为了保持生态平衡，促进可持续发展，城市污水处理成了急需解决的问题。当前，对污水进行处理的工艺主要包括AJO、BIOLAK、CASS、SBR等多种方法，如何根据自身污水处理工艺的要求与特点构建适用的高度现代化污水处理自动化系统，是每个污水厂设计初期必须解决的问题，也是保证污水处理工艺正确实施，工厂生产正常运行的必然要求。
为了适应当前污水处理工程的要求，提高污水处理效率，减少环境污染，减轻污水处理厂人员劳动强度，提高整个污水处理厂的自动化水平，采用新型的分布式控制系统成为必然的趋势。建立污水处理工程自动监控系统，是根据污水处理工艺的过程控制要求以及污水处理厂设备的实际配置，通过仪表监测、回路调节，达到对设备运行状态进行实时监控的目的，确保污水处理过程的顺利实施。
　　本项目采用分布式计算机监控系统，选用法国施耐德公司的PLC系统为控制主体，与组态王中央监控系统一起构成集散控制系统。

　　二、系统设计

　　污水处理自动化监控系统主要是对该工程项目中的主要污水处理设备进行控制和状态监测，并完成各工艺设备之间的联锁开启、保护、报警、历史趋势显示和数据存档及打印，更好地满足工艺需求，实现高效生产目的，提高污水处理厂的技术管理水平，节能降耗，减轻劳动强度，改善劳动条件。这些是该系统所要具备的基本功能。
　　而现代化的污水处理系统还需要实现管理与控制一体化，实现办公自动化。控制系统不仅与下层控制设备有良好的接口，而且具有与上层管理系统集成的接口，同时具有可扩展性。因此本系统采用了工业以太网技术，满足了更高层次的需求。为了加强系统的可靠性，上位监控系统采用了容错 （冗余）技术，保证了整个系统长时间无故障运行，为正常生产提供了有力的保障。
　　对于污水处理工艺一般可分为三类，即一级处理、二级处理、三级处理，另外还可以综合利用。国内目前综合考虑投资、运行成本、处理效果等因素，根据污水水质情况，多采用一级和二级处理方式。一级处理也称物理法处理，其工作原理是利用过滤、旋流分离等方法去除污水中的悬浮物和泥沙。一级处理可去除污水中约50%的污物，适用于污水中有机物质含量较低的情况，常作为二级污水处理厂的预处理工序。而二级处理在本系统中便采用了SBR工艺。该系统工艺流程如图1所示。 

　　近年来SBR处理工艺由于其投资少、运行灵活的优点在城市污水处理工艺中得到广泛的应用。SBR(Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process)序批式活性污泥工艺早在1904年就被开发，并取得了较好的效果，只是由于当时的自动化水平和设备制造工艺的限制，所以没有得到推广应用。而近年来随着自动化技术及在线监测技术的飞速发展，为SBR工艺的发展和应用提供了前提条件，由于对污水处理工艺进行自动化监测和实时控制是提高污水处理效率、降低处理能耗的关键，所以SBR工艺也是各种污水处理工艺中对自动化系统要求较高的一种工艺。SBR反应过程主要是在生物反应池内进行的，该工艺主要由进水、曝气、沉淀、排水和闲置等五个阶段组成。SBR工艺的处理效果主要取决于其运行参数，其中主要参数包括各反应段时间以及曝气强度。一般采用以PLC为核心的工艺过程自动监控系统，实时控制鼓风机、水泵、电动阀等设备及各反应段时间，使水质达到国家规定的排放标准。由此可见，SBR污水处理工艺是一个多参量(如液位、流量、压力、生物指标等)、多任务(如污水输送、风量控制、水泵的启停等)、多设备(如格栅机、水泵、鼓风机、阀门等) 且具有随机性、时变性和耦合性的复杂系统。因此，应由稳定可靠的数据信息交换网络与综合管理系统来进行自动化的管理，使之安全可靠地运行。