1 概 況
隨著工業(yè)自動化技術的飛速發(fā)展和產(chǎn)品價格的不斷降低，PLC（Programmable Logic Controller）技術和SCADA（Supervision Control and DataAcquisition）系統(tǒng)的應用范圍和應用規(guī)模越來越大，大大加快了我國工業(yè)自動化的進程。近年來，隨著*和各級地方政府對城市基礎設施建設和環(huán)境保護的高度重視，城市污水處理工程的建設正以的速度發(fā)展，決策人員、工程技術人員和運行管理人員所共同關注的一個方面就是怎樣提高和保證這些工程設施的功能、效率和管理水平，所以創(chuàng)建適合自己的自動控制系統(tǒng)，使污水處理工藝流程按*設計方案運行，就顯得尤為重要。
2 自動控制系統(tǒng)在污水處理行業(yè)中的實例
保定市銀錠莊污水處理廠一期工程設計排水量80 000 t／d，總變化系數(shù)KX＝1．3，其中生活污水占65％，工業(yè)污水占35％，采用帶前置厭氧段普通活性污泥工藝。工藝流程如圖1所示。
進水水質(zhì)設計為：COD≤330
保定市銀錠莊污水處理廠一期工程自動控制系統(tǒng)采用集散式測控管理系統(tǒng)，控制系統(tǒng)采用PLC＋PC的監(jiān)控方式，設置一個*控制室和4個PLC現(xiàn)場控制站，分為管理層（中控室操作員站）、控制層（PLC控制站）和執(zhí)行層（現(xiàn)場測量儀表）。*控制室與現(xiàn)場之間通過Sattbus總線形式通訊。
圖1 工藝流程圖就地控制時PLC只能監(jiān)測設備的運行狀態(tài)，由現(xiàn)場工作人員手動操作設備；在自動狀態(tài)下，*控制室還具有自動（Auto）與手動（Manual）兩種控制方式：當處于Auto方式時，機器設備*由*控制室計算機按程序設計要求控制，而*控制室只能監(jiān)測設備的運行狀態(tài)，此時使用的控制方法是PID（比例微分積分控制）調(diào)節(jié)，其數(shù)學表達式為：
其中：ΔP為調(diào)節(jié)器的輸出變化量；
Kp為調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)；
e為調(diào)節(jié)器的輸入，即偏差；
Ti為積分時間；
Td為微分時間。
當處于Mannal控制方式時，*控制室人員可以通過SCADA系統(tǒng)遠程監(jiān)控設備的運行，并通過計算機向機器設備發(fā)送指令。所用PLC均采用芬蘭Alaflaf公司生產(chǎn)的系列PLC，配置有開放式的網(wǎng)絡通信平臺，支持串行通信、現(xiàn)場總線通信。
分布控制系統(tǒng)示意圖如圖2所示。
2．1 *控制室
隨著4C技術（computer，control，communication，CRT）及監(jiān)控軟件的發(fā)展，使用上位機監(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機作為上位機應用于控制系統(tǒng)中能提供一種良好的人機界面，減輕操作人員的負擔，提高管理水平。本控制系統(tǒng)設有一個*控制室，屬于管理層。內(nèi)有一面模擬屏和2臺計算機操作員站。模擬屏可顯示全廠的工藝流程及主要控制參數(shù)以及全廠的設備運行狀態(tài)；2臺計算機操作員站操作系統(tǒng)為UNIX，組態(tài)軟件為Sattgraph1200。2臺計算機操作員站互為備用，他們均可各自獨立完成整個工藝過程的監(jiān)控。操作員站具有以下功能：
?。?）顯示工程設備的運行狀態(tài)，顯示工藝流程的動態(tài)參數(shù)，顯示相關參數(shù)的趨勢、歷史數(shù)據(jù)及歷史記錄。
（2）打印過程回路控制的參數(shù)給定值、報警記錄和班報表等。
?。?）報警設有優(yōu)先級管理，任意管理均在屏幕上顯示。
?。?）在操作過程中，設有啟動、停止和選擇等軟手動操作功能。
（5）實現(xiàn)編程、組態(tài)和修改等，操作員站裝有功能強大的上位軟件，以便能方便、直觀地組態(tài)和編程。
組態(tài)軟件以UNIX操作系統(tǒng)為平臺，用來操作圖形、監(jiān)控畫面和圖形內(nèi)部管理。驅(qū)動程序用來構造和生成操作員站監(jiān)控系統(tǒng)，提供了集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、流程控制、報警和報表打印等功能于一體的系統(tǒng)操作工具。圖形界面包括2大部分：主畫面和各個工藝階段和報表、報警的分畫面。主畫面有全廠的所有廠房、設施設備和管道流向，分別用不同的顏色和形狀表示，用來展示全部的工藝流程。分畫面用來顯示各個工藝階段的詳細參數(shù)和測量值，遠程控制也需要進入到分畫面進行操作。報表分畫面用于打印和輸出各個時段各個設備的歷史數(shù)據(jù)，報警分畫面用于設置報警級別、顯示報警原因等用途。
2．2 PLC控制站
污水處理過程的共同特點是開關量多，模擬量少，以邏輯控制為主，閉環(huán)控制為輔。本控制系統(tǒng)根據(jù)工藝流程和生產(chǎn)控制要求及現(xiàn)場位置情況，設有4個現(xiàn)場控制站，包括進水泵房及馬達控制中心、鼓風機房和脫水機房現(xiàn)場控制站。進水泵房和脫水機房及鼓風機房配有PLC操作員終端，可監(jiān)視并控制PLC的運行狀態(tài)和顯示狀態(tài)，代替常規(guī)設備如按鈕、信號燈、數(shù)顯表，并具有報警功能。每個PLC均由電源、處理器、接口、輸入輸出模塊和通訊模塊組成，他們之間通過Sattbus總線連接，每個PLC均采用相同的編程方法，有利于程序的編寫和擴展。PLC工作方式為循環(huán)法，即每個周期掃描輸入端口一次，讀入輸入模擬量和數(shù)字量，存入程序制定的存儲單元；按照程序設計對每個模塊進行檢查，如發(fā)現(xiàn)錯誤，則運行相應的錯誤管理程序并報警；如各個單元正常，則通過輸出模塊管理各個設備的工作狀態(tài)，控制機器運行。同時對這個周期的輸入輸出數(shù)據(jù)進行保存，通過Sattbus總線傳遞到上位機，進行數(shù)據(jù)曲線顯示和報表打印。
2．3 現(xiàn)場測量儀表
污水處理廠的主要測量儀表有流量計、液位計、PH計、懸浮物濃度計、溫度計、壓力計、溶解氧計和取樣器等。其中流量計按測量物分為氣體流量計和液體流量計，按工作原理分為熱傳遞流量計和電磁流量計，分別用于測量鼓風機輸出的氣體流量和管道污水 39和污泥的流量。液位計用于測量積水池和出水口的液位，量程為0～10 m；PH計用于測量進水和曝氣池溶液的酸堿度。由于曝氣池是整個污水處理工藝的核心，所以曝氣池中的測量儀表作用非常重要，直接關系到污水處理質(zhì)量。其中溶解氧計測量曝氣池中污水的含氧量和曝氣池中的微生物生存環(huán)境息息相關，必須控制在一個適合微生物生存的范圍。溶解氧計將測得的數(shù)據(jù)傳遞到控制鼓風機的Oxygard系統(tǒng)，和系統(tǒng)設定值比較，根據(jù)差值由系統(tǒng)自動調(diào)整鼓風機的出風電磁閥門，控制鼓風量，防止曝氣不足或曝氣過量。懸浮物濃度計測量曝氣池中污水的污泥濃度，傳感器將水中的光線轉(zhuǎn)換為電信號，變送器將電信號轉(zhuǎn)換成4～20 mA標準信號，傳遞到Oxygard系統(tǒng)，經(jīng)PID環(huán)節(jié)運算，再輸出4～20 mA標準信號，控制鼓風量。曝氣池階段還有溫度計和氧化還原電位計等，也十分重要，測量和控制原理大體和溶解氧計與懸浮物濃度計相同。所有的現(xiàn)場測量儀表的測量值都及時傳送到中控室計算機操作員站，顯示到界面上。
3 結 語
保定市銀錠莊污水處理廠一期工程從建成運行到現(xiàn)在已經(jīng)7年了，其自動控制系統(tǒng)運行良好，控制*，達到了設計要求。由于其具有設計簡單、投資少、控制效果好、易維護等優(yōu)點，很適合中小型污水處理廠采用。
