壽光市城北污水處理廠提標改造自動化控制系統的應用

（中冶華天南京電氣工程技術有限公司，南京 210019）

0 引言

2016年6月，壽光市城北污水處理廠提標改造工程在設計、軟硬件配置、控制等方面進行了改進，有效解決了系統利用系數低、作業率低、設備的裝備水平低和產品品質低的問題，對企業的生產穩定、產品質量穩定、節能降耗、污染減排、減少投資、產量提高等具有重大意義。

1 系統組成

本次提標改造污水處理工藝擬采用“V型濾池過濾”方案。工藝流程圖見圖1。

圖1 工藝流程

2 系統配置

2.1 系統應用軟件配置

操作系統Windows XP、監控軟件西門子WinCC V6.0開發版、編程軟件通用Proficy ME。

2.2 系統硬件配置

壽光市城北污水處理廠提標改造工程控制系統有一個主站，硬件采用GE公司的PACSystems RX3i系列CPU、電源模塊、Genius通訊模塊、PROFIBUS-DP通訊模塊；從站采用VersaMax系列模塊，分別為電源模塊、Genius網絡接口單元(NIU)模塊、數字量輸入/輸出模塊、模擬量輸入/輸出模塊。GE公司PACSystems RX3i系列PLC是90-30升級產品，它具有編程特性先進、易于組態、便于安裝的特點，其CPU具有強大的處理功能。如提供內裝PID、結構化編程、各種功能模塊。VersaMax系列模塊具有開放靈活、總線獨立，組合簡單等特點。本工程系統硬件配置見圖2。

圖2 系統硬件配置

3 需要注意的問題

（1）設計時需考慮所選電源模塊電流能否帶動本機架I/0模塊。

（2）Genius網絡接口單元(NIU)模塊以及VersaMax模塊比較脆弱，為防止干擾，PLC柜內模塊與柜體進行絕緣。總線敷設時穿鋼管，鋼管連接處可靠接地。

（3）PLC單獨接地，所有PLC柜之間接地銅排就近和其他PLC柜串行連接。

4 系統軟件編程

利用集成化軟件Proficy ME對系統編程，該軟件提供了多種編程語言，適用于多方面、多層次的編程人員，易學、易懂、好用，系統有豐富的功能塊用戶可直接調用。對該系統硬件組態后，開始編程。Proficy ME允許結構化程序，即可將污水處理廠各級系統建若干文件夾，單個設備控制程序就放在該系統文件夾中，這樣便于程序調試和閱讀。污水處理廠控制系統以順序控制和過程控制為主[1]。順序控制集中在混合池、A2/O反應池、中間提升泵、加氯間、加藥間、廢水池、反沖洗風機房、V型濾池、反沖洗泵房系統，因此設備之間的順序啟動/停止以及聯鎖關系也比較多且很重要。過程控制主要是泵池水位自動跟蹤閉環控制、污泥濃度二元流量參數的雙閉環比值控制和溶解氧基于模糊自整定PID算法控制，主要參數有液位(LI)、污泥濃度(MLSS)、溶解氧(DO)。以下為污水處理廠典型的順序控制和過程控制。

4.1 利用雙閉環比值控制法調節污泥濃度

為了保證生物池中活性污泥濃度滿足工藝生產要求，根據活性污泥濃度儀表采集的濁度值，采用雙閉環比值控制調節進入生物池的回流污泥量和進水量，實現進水量與回流污泥量的合理配比保證生物池污泥深度穩定性[2]。

4.2 順序聯鎖控制加液位調節控制

濾池的反沖洗過程（水洗、氣水聯合反沖洗、漂洗）根據液位和時間參數進行確定，以先到者為決定因素，啟動反沖洗順序聯鎖程序，若有幾個濾池同時出現反沖洗請求，按照先后次序進行反沖洗，后提交請求的處于等待狀態。而針對復雜對象的控制V型濾池液位大延遲控制環節，采用微分先行（提高系統的動態性能），抑或后期人為削弱積分能力（避免積分累積效應），達到調節閥控制V型濾池液位，效果明顯。V型濾池的順序聯鎖控制+液位調節控制的主要參數見圖3。

圖3 V型濾池的順序聯鎖控制+液位調節控制操作畫面

5 監控畫面設計

操作系統采用Windows XP，西門子監控軟件WinCC V6.0 開發版，畫面通過以太網與控制站通信。壽光市城北污水處理廠提標改造項目的監控畫面主要由如下幾部分組成：主菜單及工藝流程畫面、混合池、A2/O反應池系統畫面、中間提升泵系統畫面、加氯間、加藥間子系統畫面、廢水池、反沖洗風機房子系統畫面、V型濾池、反沖洗泵房子系統畫面、實時/歷史趨勢畫面、報警畫面等，畫面能顯示各設備操作方式、運行狀態、故障信號及模擬量數值和各種歷史數據[3]。主畫面中相應設備可彈出小操作畫面，完成設備手/自動操作。畫面編制遵循簡單明了原則。

6 操作方式

該系統設有3種操作方式：計算機畫面遠控手動操作、計算機畫面自動操作和機旁就地操作。3種方式定義如下。

（1）機旁手動操作。現場選擇開關打到手動，按現場啟動按鈕，啟動現場設備。

（2）計算機畫面遠控操作。現場選擇開關打到自動。在上位機上點擊“啟動”按鈕。當現場設備運行起來后，上位機上可觀察到設備運行信號（綠色）。

（3）計算機畫面自動操作。在滿足自動運行的條件下，在上位機上點擊“自動”按鈕，PLC系統根據工藝要求，現場所要控制的設備自動運行，并根據現場實際情況自行調整。

7 結束語

系統自2016年12月使用污水處理廠自動化控制系統軟件以來，該自動化控制系統軟件各項數據的高穩定性、高可靠性的表現，使得污水排放水質的穩定性、可靠性進一步提高，也大大改善了所在環境，完善了城市環境基礎設施，減少了城鎮污水直接排放對環境的污染，促進了當地經濟可持續發展，增強了城市服務功能，提升了城市品位，改善了投資環境，社會效益顯著。該自動化控制系統也為公司的節能減排做出了突出貢獻。同時該自動化控制系統重要數據的信息化、開放化為環保監管部門提供了大量詳實的基礎數據，給環保監管部門督察提供了便利，并為其宏觀決策提供了數據支持。