宋頡
(中國市政工程華北設(shè)計研究院)

　　 河南蓮花味精集團(tuán)污水處理廠采用厭氧加好氧處理工藝，其中好氧部分采用SBR法處理。SBR是處理高濃度有機(jī)廢水的理想途徑之一，該法克服了常規(guī)好氧法處理高濃度有機(jī)廢水能耗高、稀釋水量大、占地面積大等缺陷，可實現(xiàn)高濃度進(jìn)水、高容積負(fù)荷、高去除率，具有污泥性能好、耐沖擊負(fù)荷、出水水質(zhì)好、污泥產(chǎn)率小、氧利用率高、運行費用低、減少占地等優(yōu)點。
　　 該廠采用8個SBR池，處理污水量為7450t/d，尺寸為L×B×H＝25m×21m×5m。以12h為一個運行周期，其中進(jìn)水、攪拌1 h，曝氣8.5h，沉淀1h，排水1h，待機(jī)(閑置)0.5h。8個池子按依次滯后1.5h的時間間隔順序進(jìn)行。

1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　SBR自動控制系統(tǒng)由監(jiān)控管理計算機(jī)(上位機(jī))、可編程序控制器(PLC)、電氣控制柜、現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)及現(xiàn)場監(jiān)測儀表組成。控制系統(tǒng)如圖1。

　　8個SBR反應(yīng)池嚴(yán)格按照一定的時間順序依次完成進(jìn)水→曝氣→沉淀→排水→(排泥)等一系列過程，對應(yīng)于不同的工段每個池子分別設(shè)有進(jìn)水閥、進(jìn)氣閥、攪拌泵、潷水器、排泥泵以完成不同的功能。對于這樣一個順序性、周期性很強(qiáng)的邏輯操作系統(tǒng)，使用PLC是最明智的選擇。
　　PLC以繼電器邏輯控制為基礎(chǔ)，逐步發(fā)展成為既有邏輯控制又有計時、計數(shù)、分支程序、數(shù)值計算等功能。其工作穩(wěn)定、可靠、抗干擾能力強(qiáng)、控制靈活、編程容易、體積小、質(zhì)量輕、功耗低、安裝簡單、運行方便、性能價格比高，且可與現(xiàn)場信息輸出直接聯(lián)結(jié)，廣泛應(yīng)用于污水處理系統(tǒng)。
　　根據(jù)PLC以上特點，考慮到工藝控制要求及SBR控制系統(tǒng)中開關(guān)量輸入/輸出多、模擬量較少和整個系統(tǒng)的運行速度，選定OMRON，C 200 HS可編程序控制器，這種控制器指令豐富，處理速度快，柔性好，功能多，且可提供多種多樣的智能I/O單元，能適合本系統(tǒng)的應(yīng)用。
　　PLC系統(tǒng)的硬件配置見表1。

　　本系統(tǒng)PLC控制柜與上位機(jī)在同一控制室內(nèi)，通訊距離＜10 m，對于這種通訊距離較近的情況，雙方可直接采用RS--232C標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行通訊，理論上當(dāng)波特率為9 600時，通訊距離在15.23 m之內(nèi)，其誤碼畸變率按4%考慮。實際應(yīng)用中的通訊距離達(dá)120 m,使用RS--232C標(biāo)準(zhǔn)通訊非?？煽?。
　　PLC在某種意義上講只是一種控制器，換句話說在SBR時序控制系統(tǒng)中它是一種功能更強(qiáng)的集成化高速繼電器控制裝置，故其雖有靈活的一面，也有死板的一面，特別是在人機(jī)操作界面方面顯得無能為力。
　　隨著4C技術(shù)(computer、control、communication、CRT)及監(jiān)控軟件的發(fā)展，使用上位機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)已成為大中型控制系統(tǒng)的流行趨勢，以PC機(jī)作為上位機(jī)應(yīng)用于控制系統(tǒng)中能提供一種良好的人機(jī)界面，減輕操作人員的負(fù)擔(dān)，提高管理水平。
　　PLC全部I/O模塊的饋線都來自電氣控制柜，每個SBR池對應(yīng)一個電氣控制柜，每個電氣控制柜包括相應(yīng)池內(nèi)6臺設(shè)備的一次回路和二次回路的全部器件，直接采集現(xiàn)場電氣設(shè)備的信號。手動/自動的切換通過電氣柜盤面的主令開關(guān)來完成。
　　在電氣控制柜中，對PLC的輸入均為AC220 V中間繼電器的無源觸點，PLC向電氣柜輸出DC24 V電壓控制信號，實現(xiàn)對各電氣設(shè)備的控制，保證各輸入、輸出的相對獨立，使控制系統(tǒng)長期安全運行，而開關(guān)量的信號電源由PLC柜內(nèi)DC24 V穩(wěn)壓電源提供。
　　反映工藝設(shè)備的開關(guān)量信號主要分為以下三類：第一類是運行信號，由主回路中接觸器的分、合狀態(tài)決定，并由相應(yīng)的中間繼電器的常開觸點給出；第二類是自動/手動狀態(tài)信號，由手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)決定，并由相應(yīng)中間繼電器的常開觸點給出；第三類是正常/故障信號，為綜合故障信號，包括過載、過流、超限及水泵超溫等。對電動閥門和潷水器又增加了開(上升)到位、關(guān)(下降)到位，對潷水器增加一個步進(jìn)排水信號，這些信號均由設(shè)備的故障觸點串聯(lián)后由一個中間繼電器的常閉觸點給出，使中心控制室的操作人員對現(xiàn)場設(shè)備的運行情況一目了然。
　　SBR工藝的關(guān)鍵是時序控制，儀表主要用于系統(tǒng)的監(jiān)測。在SBR好氧段的重要工藝段設(shè)置了流量儀表、液位儀表和溶解氧測量儀。鼓風(fēng)機(jī)管道出口空氣流量的測量采用插入式渦街流量計。

2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

　　SBR自控系統(tǒng)的軟件設(shè)計是整個系統(tǒng)正常運行的核心，一套理想的軟件不只限于滿足工藝要求，而且要考慮到現(xiàn)場出現(xiàn)的各種特殊情況，因此必須可靠、實用、易修改。
2.1 軟件編制
　　軟件編制的主要依據(jù)為工藝提供的控制時序，對于進(jìn)水時間、曝氣時間、沉淀時間、排水時間均可由上位機(jī)任意設(shè)定，但四個工藝段的時間之和必需介于7～11.6 h，否則所設(shè)定的工藝時間無效，PLC仍按原設(shè)定執(zhí)行。8個SBR池的各段工藝過程及其執(zhí)行時間均嚴(yán)格按時序進(jìn)行，每個池子的任何設(shè)備在任何時刻均可通過電氣柜上的手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)改變其狀態(tài)，但均不能改變PLC所設(shè)定的工作時序，且一旦切入自動狀態(tài)后便進(jìn)入PLC所設(shè)定的時序。
　　潷水器的工作周期完全由PLC按時間控制，在第一次下降一個大行程(時間為23 s)，以后每次下降4 s，停留排水時間15 min，直至下降到位。如果在一個周期(12 h)結(jié)束時仍沒有下降到位或無下降到位信號，且潷水器處于自動狀態(tài)，PLC將在周期結(jié)束前驅(qū)動潷水器上升復(fù)位。
　　控制柜上的8個切換開關(guān)僅限用于全部復(fù)位重新啟動時決定由哪個池子開始投入自動循環(huán)，平時不可輕易扳動，一旦扳動某一開關(guān)，其對應(yīng)池子的工藝過程將全部停止，只有等到下一次進(jìn)水周期方可重新進(jìn)入PLC自動控制的行列。
　　現(xiàn)場電氣設(shè)備的工作狀態(tài)均送上位機(jī)顯示。
2.2 軟件的特點
　?、?本控制系統(tǒng)嚴(yán)格按照時序，按順序工作。
　　② 允許以任意一個池子作為重新啟動的開始，所有參加復(fù)位的池子(在復(fù)位時其電氣柜相應(yīng)的手動/自動開關(guān)處于自動位置)在復(fù)位時各設(shè)備將自動恢復(fù)到復(fù)位狀態(tài)(進(jìn)水閥、進(jìn)氣閥關(guān)閉，攪拌泵停止，潷水器上升)。
　?、?允許在工作過程中任意進(jìn)行手、自動切換且不影響工作時序。
　?、?具有動作超時、過載報警等功能，具有斷電時自動保護(hù)斷點，在重新上電時由斷點繼續(xù)執(zhí)行程序的功能。
2.3 軟件的設(shè)計思想
　　編制軟件時，要從用戶的實際情況出發(fā)，盡量作到功能全面，畫面簡潔易讀，操作方便，使操作員易于掌握。
　　上位機(jī)的軟件編制采用MS-DOS環(huán)境下的GOOD-HELPER通用組態(tài)式工業(yè)控制軟件包，該軟件包提供了從組態(tài)到顯示、操作控制的整套功能，支持通用鍵盤，采用后臺通訊的方式保證了數(shù)據(jù)的實時性，前臺運行圖形及報表程序、全漢化的工作界面、“所見即得”的控制組。
　　整個監(jiān)控軟件包括以下的組態(tài)過程：系統(tǒng)設(shè)計→系統(tǒng)參數(shù)組態(tài)→通訊組態(tài)→圖形菜單組態(tài)→圖形編輯→圖形動態(tài)→文本編輯→報表顯示→故障報警組態(tài)→同類數(shù)據(jù)存在盤組態(tài)→歷史報表組態(tài)→標(biāo)度變換組態(tài)→定時打印組態(tài)→報表統(tǒng)計等。整個系統(tǒng)主菜單包括流程圖A，匯總表B，超勢圖C和設(shè)定參數(shù)D，查詢菜單下可進(jìn)行故障記錄、歷史趨勢等的在線查詢，報表菜單可定時打印各班的報表，文件管理菜單中可進(jìn)行文件的列表、拷貝、打印、刪除等工作，變量表中列出了所有四種(公式變量、模擬變量、開關(guān)量、字符串變量)類型變量的當(dāng)前值，可在系統(tǒng)調(diào)試時起幫助作用。

3 SBR系統(tǒng)的抗干擾措施

3.1 電源系統(tǒng)
　　為阻止空間電磁干擾，在設(shè)計系統(tǒng)時將PLC安裝于鐵質(zhì)的儀表柜中，起到一定的屏蔽作用。?
　　本系統(tǒng)獨立供電，直接從低壓配電母線供電，在電源進(jìn)入SBR控制系統(tǒng)之前加2 000 W的穩(wěn)壓電源，具有雙向抗干擾功能，能濾除電網(wǎng)各種脈沖和浪涌電壓，穩(wěn)壓范圍達(dá)120～300 V。并將UPS(2 000 W)與上位機(jī)聯(lián)接，一旦供電系統(tǒng)中斷，UPS電源的電池組經(jīng)逆變輸出交流電，使上位機(jī)有一定時間進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以便得電后正常工作，提高了整個系統(tǒng)的可靠性。
3.2 設(shè)置阻容吸收回路
　　在SBR控制系統(tǒng)中，由于現(xiàn)場電氣設(shè)備較多，而且PLC的I/O信號均由繼電器的無源觸點給出，大量的繼電器被用于控制系統(tǒng)中，加上現(xiàn)場條件較差，靈敏度較高(吸合電壓較低)的繼電器本身受到線路布線的影響而產(chǎn)生誤動作。為此，考慮在繼電器線圈兩端并聯(lián)RC吸收回路(如圖2)，其中電阻值可在100～1 000 Ω之間，電容在0.03～1 μF之間選用，但須注意電阻的阻值和電容耐壓要有余量。實踐證明這是一種簡單有效的方法。
3.3 過程通道的抗干擾
　　過程通道指前向接口和后向接口與PLC之間進(jìn)行信息傳輸?shù)穆窂?。在過程通道中長線傳輸?shù)母蓴_是主要因素，當(dāng)系統(tǒng)的主頻為4 MHz，傳輸線長度＞0.3m時，即成為長線傳輸。為保證長線傳輸?shù)目煽啃?，采取的措施有光電耦合隔離、電流傳輸和雙絞線傳輸?shù)取?/P>

4 結(jié)論

　　蓮花味精集團(tuán)污水處理工程自動控制系統(tǒng)已完成從設(shè)計到施工、安裝、調(diào)試直至最后投入正式運行的全部工作。該系統(tǒng)不僅按污水處理工藝要求達(dá)到了自動控制的目的，而且保證污水達(dá)標(biāo)排放?？偨Y(jié)起來具有以下特點：
　　① 系統(tǒng)設(shè)計合理，PLC、上位機(jī)、電氣柜、儀表的選型注意從先進(jìn)性、穩(wěn)定性、可靠性出發(fā)，同時兼顧經(jīng)濟(jì)性，使整套控制系統(tǒng)在保證長期安全運行的基礎(chǔ)上，價格達(dá)到最低。
　　② 本系統(tǒng)以PLC為核心，完成對SBR反應(yīng)池的自動控制，在軟件編制方面嚴(yán)格按工藝時序要求，全面考慮了現(xiàn)場在出現(xiàn)特殊情況下程序連續(xù)運行，與以往污水廠自控系統(tǒng)以監(jiān)測為主的情況有本質(zhì)的區(qū)別。
　?、?監(jiān)測管理計算機(jī)實時監(jiān)測整個系統(tǒng)，工藝流程圖生動形象，操作人員一目了然地了解現(xiàn)場工藝、電氣設(shè)備的運行狀況，并根據(jù)工藝情況隨時在線修改參數(shù)。
　?、?系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗干擾性，無論從計算機(jī)電源系統(tǒng)還是硬件的選擇到電纜的敷設(shè)接地等都充分考慮此問題，因此穩(wěn)定性好、可靠性高，大大減輕了工人的勞動強(qiáng)度，每班操作人數(shù)從5人降低到2人。

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