水處理自動控制系統的自主設計

摘? 要：通過研究河鋼宣鋼污水處理工藝及相關流程，自主設計基于西門子控制技術的污水處理控制系統，包括控制系統的硬件結構配置、軟件設計的原則、步驟以及現場總線通訊等。通過模擬與數字兩種無線傳輸技術的對比，選用圖像質量和穩定性好、無線數字通訊技術，實現深處理系統、中心泵站系統、電力監控系統間的遠程數據傳輸及遠程視頻監控，最終實現水處理自動控制系統的集中監控。

關鍵詞：控制? 無線傳輸? 水處理? 通訊

中圖分類號：TP273? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2019）04（b）-0067-02

宣鋼東廠區污水處理廠建于2008年，座落在宣鋼中心泵站東北側，主要處理宣鋼廠區外排工業廢水和一部分生活污水，處理規模4.8萬m3/d，小時流量2000m3/h。建成后的污水處理廠功能強大，共有主控室4個，分別是預處理主控室、深處理一期主控室、深處理二期主控室、中心泵站主控室，分布在污水處理廠不同區域，造成人員配置浪費，彼此協調不方便，因此，需要控制系統的整合與升級，實現集中控制，人員優化。

1? 現狀分析

1.1 預處理控制

預處理單元處理出水，一部分進入深度處理站進行脫鹽處理，一部分與深度處理站出水五泵站儲水池混合，達到生產新水水質要求，作為宣鋼全廠生產新水水源供生產使用，采用的是施耐德控制系統。

1.2 深處理控制

深度處理單元采用以反滲透為主的脫鹽工藝處理，采用的均是西門子控制系統，包括以下PLC站。

CP100：廠外格柵間及提升泵站PLC系統。

CP200：調節池及提升泵站PLC系統。

CP300：高密度沉淀池和V型濾池PLC系統。

CP400：加氯間及污泥脫水系統。

CP500：加藥間PLC。

CP700：深度處理站PLC系統。

CP100、CP200、CP300、CP400、CP500、CP700和2臺計算機之間采用工業以太網相連接。整個以太網絡將組成冗余的光纖環網。

該系統的總體框架是將整個控制系統分為2個層次，即監控管理層和現場控制層。其中監控管理層由2臺監控計算機組成，將安裝中文Windows 2000專業版、wincc工控軟件、MS Office及相應的應用程序，可對全廠的工藝、設備進行全面監測，同時對整個水廠的工藝數據和生產數據進行處理。2臺監控計算機互為備用。現場控制層由CP100、CP200、CP300、CP400、CP500、CP700站組成，其主要功能是完成對與PLC相關聯的現場設備的控制和所有工藝參數的采集。

1.3 中心泵站控制

中心泵站采用的是西門子控制系統，由于建造多年，控制系統癱瘓，許多控制功能缺失，在水系統整合之際，需重新設計一套西門子控制系統。

2? 實施目的

將4個控制室整合為一個控制室，同時能夠監控預處理單元、深處理單元、中心泵站控制單元、變電系統單元等的一個大規模、多功能的中心控制室。這樣，達到了分散控制、集中管理的目的，同時人員得到了優化。

3? 實現過程

3.1 中心泵站控制系統設計

根據控制點數，采用西門子300控制系統。

3.1.1 硬件配置

控制器 ：CPU315

通信模塊：CP343-1

數字量信號模塊：DI32*DC24V? ?DO32*DC24V/0.5A

模擬量信號模塊：AI8*12Bit

硬件配置圖如圖1。

3.1.2 軟件編程

應用Step7編程軟件編制8個水泵的遠程啟動、停止控制，以及對應出口閥門的遠程開閥、關閥和停閥控制，并且在wincc畫面中顯示水泵和閥門的運行狀態以及水池水位的，具有水位報警和模擬量趨勢歸檔功能。

采用現場總線實現了現場設備與控制器之間的通訊，該系統的設計實現了設備遠程控制，提高了勞動效率。

3.2 預處理單元、深處理單元、中心泵站控制單元、變電系統單元的監控集中整合到中心控制室，實現集中管理

采用多模、單模光纜數字通訊技術，將各個控制單元的數據傳輸到中心控制室，通過交換機將數據傳輸至上位機。光纖傳輸損耗較低，有利于長距離的傳輸，并且抗干擾能力強大，保密性能與安全性能優良。

3.3 通過工業電視監控預處理、深處理、中心泵站的現場設備

采用計算機無線網絡通訊技術實現對現場設備的實時監控，為達到預定要求的無線帶寬，無線通信系統的設計是在每個無線層施工的視頻轉發服務口和中心控制室在現場的建立區議會，提高視頻解碼器和電視墻等其他設施。超寬帶無線網絡在廣域網絡視頻中應用廣泛，因此這里也采用超寬帶無線網絡。通過監測工作站、圖像分割和上傳到視頻管理服務端口，采用系統加密、防火墻、授權制約等對系統進行安全防范。圖2為整改后的中心控制室。

4? 結語

該控制系統運行以來，實現了分散控制、集中管理的功能，人員得到優化，更加有利于協調管理，在中心控制功能大廳能夠對污水廠區所有設備實現實時監控。遠程實現污水收集，不但提高污水處理廠的效益，亦可提高宣鋼的經濟效益，對改善當地水環境、保護地下水資源、增強可利用水總量、緩解宣化缺水城市的現狀、保護我國歷史名城及地表徑流的綜合治理具有重要意義。由此可見，其社會效益、環境效益是十分顯著的，其經濟效益也同樣顯著。

參考文獻

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①作者簡介：王媛媛（1983—），女，河北張家口人，本科，工程師，主要從事控制系統的設計及維護。