李兵

【摘 要】針對(duì)現(xiàn)在流行的污水高效生物處理工藝過(guò)程的要求，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了一套基于工業(yè)以太網(wǎng)和PROFIBUS總線的污水處理自控系統(tǒng)。介紹了控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)、程序設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)工作的基本原理和主要過(guò)程。

【關(guān)鍵詞】污水處理；控制系統(tǒng)；S7-300；MCC

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展，環(huán)境保護(hù)已經(jīng)被越來(lái)越多的人所重視。而污水處理是其中一個(gè)最重要的環(huán)節(jié)，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)健康發(fā)展都具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。隨著工業(yè)控制軟件及硬件的不斷發(fā)展和污水處理工藝的不斷完善，我們完全可以利用先進(jìn)的控制技術(shù)和控制設(shè)備對(duì)污水處理的全過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制?？梢院芎玫慕鉀Q以往污水處理系統(tǒng)中存在的自動(dòng)化程度低、可靠性差、大時(shí)滯性等問(wèn)題。

一、污水處理工藝流程簡(jiǎn)介

污水處理工藝的選擇主要取決于污水所含污染物的特性以及對(duì)處理后出水的排放要求。此文選取高濃度的有機(jī)污水做為處理對(duì)象，根據(jù)該類污水的水質(zhì)特性選用技術(shù)先進(jìn)、成熟可靠的“厭氧+好氧”生物處理工藝作為主處理工藝，在主處理工藝之后增加一個(gè)混凝氣浮的物化處理單元，目的是化學(xué)除磷，確保磷的指標(biāo)達(dá)到排放要求。選擇這樣一套污水處理工藝流程，具有處理效果好、投資少、能耗低、成本經(jīng)濟(jì)，管理方便等諸多特點(diǎn)。主要流程圖如圖1。

二、控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)污水處理工藝流程和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的要求，控制系統(tǒng)采用集散型控制系統(tǒng)?？刂撇糠钟芍醒肟刂剖?、風(fēng)機(jī)房、污泥處理、MCC控制中心組成。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線混合型結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)層的通訊采用PROFIBUS-DP主從協(xié)議，使用屏蔽雙絞線作為傳輸介質(zhì)，不同的子網(wǎng)和不同介質(zhì)之間可以通過(guò)耦合器或接口模塊連接。過(guò)程監(jiān)控層使用以太網(wǎng)協(xié)議，通過(guò)帶有雙網(wǎng)卡的PLC進(jìn)行通訊協(xié)議的轉(zhuǎn)換，一塊網(wǎng)卡為PROFIBUS-DP網(wǎng)卡、一塊為以太網(wǎng)卡。PLC作為現(xiàn)場(chǎng)總線中的一個(gè)站點(diǎn)，又作為以太網(wǎng)上的一個(gè)站點(diǎn)，而操作員站和工程師不作為現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)中的站點(diǎn)，只作為以太網(wǎng)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，此網(wǎng)上的各個(gè)站點(diǎn)相互之間的數(shù)據(jù)交換通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行，而控制現(xiàn)場(chǎng)的的信息也通過(guò)以太網(wǎng)從PLC中的寄存器讀取，到控制現(xiàn)場(chǎng)的參數(shù)也由以太網(wǎng)送到PLC的寄存器中，然后通過(guò)主從協(xié)議傳送到現(xiàn)場(chǎng)總線中的各個(gè)子站。

三、中央控制室系統(tǒng)配置

中央控制室由PLC控制柜、操作兼工程師站及一臺(tái)打印機(jī)組成。過(guò)程PLC選用西門子S7-300。CPU選用CPU315-2DP，本身集成了PROFIBUS-DP總線的端口，利用這個(gè)端口實(shí)現(xiàn)和遠(yuǎn)程的兩個(gè)子站的通訊。此外PLC上還配置了一塊以太網(wǎng)卡，通過(guò)一臺(tái)以太網(wǎng)交換機(jī)OSM實(shí)現(xiàn)與裝有WINCC的操作兼工程師站以及公司級(jí)的裝有PI軟件的監(jiān)視計(jì)算機(jī)通訊。

1.控制系統(tǒng)硬件

整個(gè)控制系統(tǒng)硬件組態(tài)包括一個(gè)作為控制系統(tǒng)核心的S7-300PLC站、一個(gè)作為主控制站的PC機(jī)和一個(gè)作為公司監(jiān)控站的PC機(jī)?？刂葡到y(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)包括兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)：一個(gè)是PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)，由S7-300PLC和兩個(gè)遠(yuǎn)程I/O模塊組成；另外一個(gè)網(wǎng)絡(luò)是工業(yè)以太網(wǎng)，由S7-300PLC、主控操作站和公司監(jiān)控站構(gòu)成。

2.S7-300PLC的控制流程及程序設(shè)計(jì)

在整個(gè)控制系統(tǒng)中，自動(dòng)控制部分主要有調(diào)節(jié)池的PH值、溫度、液位的自動(dòng)控制、事故池的液位控制，此外還有UASB部分、一級(jí)A2O處理池、二級(jí)A2O處理池等一些流量控制。檢測(cè)部分主要有各個(gè)池的液位、溫度、PH值以及管道的流量值。

3.WINCC程序設(shè)計(jì)

上位機(jī)采用WINCC軟件作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)生成監(jiān)控界面，主要完成溫度、壓力、流量、液位等系統(tǒng)參數(shù)的監(jiān)視、故障報(bào)警，遠(yuǎn)程控制、參數(shù)設(shè)置、趨勢(shì)分析、打印報(bào)表。主要界面包括啟動(dòng)初始畫(huà)面、工藝流程總覽畫(huà)面、各單元總覽畫(huà)面等，整個(gè)系統(tǒng)界面友好、直觀、操作方便。

四、電氣部分設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的電氣部分按照工藝劃分為預(yù)處理單元、生物處理單元、污泥處理單元、鼓風(fēng)曝氣單元等。由于污水處理是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程，如果正常生產(chǎn)時(shí)發(fā)生電源故障，那樣會(huì)引起工藝狀態(tài)混亂，需要很長(zhǎng)時(shí)間才能恢復(fù)。所以供電負(fù)荷要求為二級(jí)，供電電源為兩個(gè)。一路接市電；一路接UPS，一旦市電中斷，UPS電源供電，以保證系統(tǒng)和工藝裝置的安全。本流程的主要用電負(fù)荷為鼓風(fēng)機(jī)、提升泵和污泥脫水機(jī)等。MCC控制中心實(shí)現(xiàn)對(duì)提升泵、鼓風(fēng)機(jī)、刮泥機(jī)、電動(dòng)閥、脫水機(jī)的控制。

以本方案為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)，利用了當(dāng)前先進(jìn)的硬件、軟件以及網(wǎng)絡(luò)總線技術(shù)，開(kāi)發(fā)形成了一套先進(jìn)、可靠、可利用性高、實(shí)時(shí)性好、操作簡(jiǎn)單、控制品質(zhì)高、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的控制系統(tǒng)。通過(guò)實(shí)際運(yùn)行，達(dá)到了環(huán)保部門要求的市政管網(wǎng)的排放標(biāo)準(zhǔn)，體現(xiàn)了良好的社會(huì)效益。

【參考文獻(xiàn)】

[1]WINCC手冊(cè)[Z].西門子（中國(guó)）有限公司，2010.

[2]S7-300和S7-400梯形邏輯編程[Z].西門子（中國(guó)）有限公司，2008.

[3]STEP7 V6.5編程手冊(cè)[Z].西門子（中國(guó)）有限公司，2010.

[4]羅紅福.PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線工程應(yīng)用實(shí)例解析[M].中國(guó)電力出版社，2008.

[5]呂炳南，董春娟.污水好氧處理新工藝[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2007.

[6]張統(tǒng).污水處理工藝及工程方案設(shè)計(jì)（精）[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2006.