隨著我國(guó)的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，環(huán)境問(wèn)題日益突出，尤其是城市水環(huán)境的惡化，加劇了水資源的短缺，嚴(yán)重影響著人民群眾的身心健康，這些情況已經(jīng)成為城市可持續(xù)發(fā)展的嚴(yán)重制約因素；我國(guó)現(xiàn)階段很多大中型城市的廢水排放量大，已造成城市地表水的嚴(yán)重污染；但目前各城市仍然是直接排放污水或因水處理自控系統(tǒng)不完善沒(méi)處理好就把污水排放了，很多操作和檢測(cè)監(jiān)控過(guò)程仍停留在人工階段，監(jiān)控時(shí)間覆蓋率低，手工采集樣品缺乏科學(xué)性和代表性，難以反映企業(yè)和城市污水處理及排放連續(xù)變化的情況。大范圍的建立污水處理系統(tǒng)及在線自動(dòng)控制監(jiān)控體系，勢(shì)在必行。
二、系統(tǒng)要求
本文介紹的污水處理廠位于重慶某縣城邊緣該污水處理廠采用的是典型Orbal氧化溝工藝，日處理污水量5萬(wàn)噸，廠區(qū)主體構(gòu)筑物有：綜合樓、配電房、進(jìn)水提升泵房、粗細(xì)格柵井及旋流沉砂裝置、Orbal氧化溝、終沉池、污泥回流剩余泵井、脫水機(jī)房等；整個(gè)廠區(qū)設(shè)備及閥門均采用MCC和PLC兩種控制方式，正常情況下可以實(shí)現(xiàn)儀表、PLC的完全自動(dòng)檢測(cè)控制及運(yùn)行狀況監(jiān)控。
1、Orbal氧化溝工藝介紹
Orbal氧化溝水處理工藝起源于南非，后經(jīng)不斷改進(jìn)和推廣，在全球范圍得到廣泛應(yīng)用。城市污水由管道集中后，水流首先經(jīng)過(guò)粗格柵，將粗的垃圾去除，然后由提升泵將污水提高水頭（后面工藝要求有高水頭），再經(jīng)過(guò)細(xì)格柵及旋流沉砂池，進(jìn)一步去除小的垃圾和泥砂，污水進(jìn)入水處理主體結(jié)構(gòu)——氧化溝，污水在“O”型的氧化溝中經(jīng)過(guò)曝氣機(jī)調(diào)節(jié)曝氣，使得污水得到缺氧、氧化、硝化、反硝化等反應(yīng)，在該過(guò)程中完成BOD（生物耗氧量）、COD（化學(xué)耗氧量）的去除及污水脫氮的功能，并為下一步水的沉淀作好準(zhǔn)備，經(jīng)過(guò)氧化溝處理的水流入終沉池，加入Fe3+、或Al3+ 使得水中的（PO4）3- 得以沉淀，充分沉淀后，清水最后經(jīng)二氧化氯消毒后排入長(zhǎng)江。沉淀的污泥經(jīng)脫水機(jī)濾干后焚燒處理。
2、廠區(qū)主要設(shè)備控制要求
1>、粗細(xì)格柵機(jī)及其附屬輸送壓榨設(shè)備的控制
定時(shí)控制：根據(jù)外來(lái)污水狀況和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)設(shè)定相關(guān)定時(shí)參數(shù)，自動(dòng)控制格柵機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間和停止時(shí)間。
液位差控制：在格柵機(jī)的前后均設(shè)置一臺(tái)超聲波液位傳感器，檢測(cè)出格柵機(jī)的前后液位差。設(shè)定低液位差LDF2和高液位差LDF1，當(dāng)檢測(cè)到的液位差大于LDF1時(shí)，啟動(dòng)格柵機(jī)；當(dāng)檢測(cè)到的液位差低于LDF2時(shí)，停止格柵機(jī)（減少了運(yùn)行時(shí)間，有效的節(jié)約能源）?？刂七^(guò)程如:
格柵附屬設(shè)備的聯(lián)動(dòng)：
皮帶輸送機(jī)和壓榨機(jī)作為格柵機(jī)的附屬輸送壓榨設(shè)備，它們?cè)诙〞r(shí)或自動(dòng)運(yùn)行模式下，一般與格柵機(jī)聯(lián)動(dòng)。附屬設(shè)備適當(dāng)?shù)奶崆盎蜓訒r(shí)運(yùn)行。
2>、 提升泵的自動(dòng)控制
控制描述如：
（1）變頻器連接在第一臺(tái)水泵電機(jī)上，需要加泵時(shí)，變頻器停止運(yùn)行，并由變頻器的輸出端口RO1～RO3輸出信號(hào)到PLC，由PLC控制切換過(guò)程。
（2） PLC根據(jù)泵池液位高中低信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)三臺(tái)泵的啟停；泵池水位到預(yù)設(shè)的低水位時(shí)啟動(dòng)1#泵，水位上升到預(yù)設(shè)的中水位時(shí)，1#泵由變頻運(yùn)行轉(zhuǎn)換到工頻運(yùn)行，這時(shí)再變頻啟動(dòng)2#泵，依次啟動(dòng)到3#泵。
（3） 切換開(kāi)始時(shí)，變頻器停止輸出（變頻器設(shè)置為自由停車），利用水泵的慣性將第一臺(tái)水泵切換到工頻運(yùn)行，變頻器連接到第二臺(tái)水泵上起動(dòng)并運(yùn)行，照此，將第二臺(tái)水泵切換到工頻運(yùn)行，變頻器連接到第三臺(tái)水泵上起動(dòng)并運(yùn)行。
（4） 水位下降需要減泵時(shí)，系統(tǒng)將第三臺(tái)水泵停止，第二臺(tái)水泵切換到變頻調(diào)節(jié)狀態(tài)。水位繼續(xù)下降，系統(tǒng)將第二臺(tái)水泵停止，第一臺(tái)水泵切換到變頻調(diào)節(jié)狀態(tài)。
（5） 另外，設(shè)置軟啟動(dòng)器作為備用。當(dāng)變頻器或PLC故障時(shí)，可用軟起動(dòng)器現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)輪流起動(dòng)各泵運(yùn)行以保證供水。作為多臺(tái)提升泵的自動(dòng)控制，滿足先啟先停的原則，以優(yōu)化資源的利用率；為了提升泵的安全，系統(tǒng)設(shè)置了提升泵的干運(yùn)轉(zhuǎn)保護(hù)；同時(shí)，系統(tǒng)還設(shè)置了泵的頻繁啟停保護(hù)，群?jiǎn)?dòng)保護(hù)等，以延長(zhǎng)其使用壽命。
3>、曝氣系統(tǒng)的自動(dòng)控制
生化池作為全廠污水處理的核心，具有舉足輕重的作用。污水經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，在這里通過(guò)微生物吸附污水中的有機(jī)物，達(dá)到除磷脫氮的目的。對(duì)生化池的自動(dòng)控制，主要是溶解氧濃度的控制。
曝氣量自動(dòng)控制系統(tǒng)作為一個(gè)恒值控制系統(tǒng)，系統(tǒng)給定一個(gè)保持不變的最佳溶解氧值，通過(guò)PLC控制調(diào)節(jié)輸出量（即曝氣機(jī)開(kāi)啟臺(tái)數(shù)），使被控量（實(shí)測(cè)氧化溝溶解氧濃度）不斷地接近給定值。在這個(gè)系統(tǒng)中，要求穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)特性良好，被控量向給定值過(guò)渡的時(shí)間短，同時(shí)過(guò)程平穩(wěn)，振蕩幅度小。
曝氣供氧系統(tǒng)是由曝氣機(jī)和溶解氧儀共同組成的閉環(huán)系統(tǒng)，為反應(yīng)池好氧段提供氧氣，并維持好氧過(guò)程的溶解氧濃度值。依照好氧過(guò)程的溶解氧濃度值控制曝氣機(jī)開(kāi)啟臺(tái)數(shù)，維持溶解氧濃度值在一定的范圍內(nèi)變動(dòng)?？刂屏鞒倘?。
三、控制模式
手動(dòng)模式：手動(dòng)模式又可以分為盤柜模式和就地模式。盤柜模式就是通過(guò)MCC上的按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的操作；就地模式就是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)控制箱上的按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的操作。
遙控模式：就是通過(guò)中心控制室上位操作站實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的操作。
自動(dòng)模式：設(shè)備的運(yùn)行完全由各PLC根據(jù)污水廠的工況及工藝參數(shù)來(lái)完成對(duì)設(shè)備的啟?？刂疲恍枰斯じ捎?。
該工程自控系統(tǒng)的特點(diǎn)
1、技術(shù)先進(jìn)：現(xiàn)代化的工廠要求與時(shí)俱進(jìn)，該自動(dòng)化控制系統(tǒng)無(wú)論是從使用的profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線、通訊網(wǎng)絡(luò)、可編程控制器、組態(tài)軟件，還是從自動(dòng)化控制技術(shù)來(lái)講，都具有時(shí)代領(lǐng)先性。
2、穩(wěn)定可靠：選用的自動(dòng)化產(chǎn)品來(lái)自國(guó)外知名品牌，建立的自動(dòng)化控制平臺(tái)，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的測(cè)試，可以保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。
3、自動(dòng)化程度高，使用簡(jiǎn)單：對(duì)于全廠的控制中心——中心控制室上位界面，采用全中文的設(shè)計(jì)界面，立體三維流程圖形來(lái)表達(dá)工藝，便于操作員掌握；同時(shí)下位機(jī)PLC采用西門子的PLC，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，自動(dòng)化程度高，整個(gè)系統(tǒng)維護(hù)量小。
4、開(kāi)放性：該系統(tǒng)采用的現(xiàn)場(chǎng)總線是國(guó)際通用的具有開(kāi)放協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)總線和接口，同時(shí)各控制站均留有I/O余量，以便于以后系統(tǒng)的改造和擴(kuò)展。
5、安全性：該系統(tǒng)采用全面的設(shè)備保護(hù)體系，包括潛水泵的干運(yùn)轉(zhuǎn)保護(hù)、自控平臺(tái)的防雷保護(hù)、進(jìn)水水質(zhì)異常保護(hù)、報(bào)警系統(tǒng)等，以防止因?yàn)槟承┮馔饣虿僮鲉T的疏忽而發(fā)生事故。
四：應(yīng)用總結(jié)
此系統(tǒng)采用：四門子CPU，UniMAT擴(kuò)展模塊4AO（2個(gè)），4AI（4個(gè)），數(shù)字量一個(gè)，在完成此項(xiàng)工程后，PLC系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確快捷，控制的重要設(shè)備運(yùn)行安全，程序開(kāi)發(fā)好后，其維護(hù)量幾乎為零，同時(shí)個(gè)人感覺(jué)該P(yáng)LC現(xiàn)場(chǎng)安裝、與其它設(shè)備的接口等均方便好用，系統(tǒng)投運(yùn)后，自動(dòng)化程度高，工作人員維護(hù)量小，出水水質(zhì)能達(dá)到國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。
