一种污水处理厂自动化控制系统的实现研究

霍 建

（长春城开水务有限责任公司，吉林长春，130000）

一种污水处理厂自动化控制系统的实现研究

霍 建

（长春城开水务有限责任公司，吉林长春，130000）

水资源是人类赖以生存的基础，随着社会的发展和经济的进步，生活和工业生产中产生的污水越来越多，这给污水处理厂的工作提出了严峻的挑战。自动化控制系统在污水处理厂的应用能够保证水质量稳定，降低污水处理成本，提升污水处理效率。本文以某市污水处理厂为例，探讨了一种自动化控制系统的应用和实现，主要研究了系统组成、配置和监控界面设计，旨在为相关污水处理厂自动化控制系统的应用与设计实践提供参考。

污水处理厂；自动化控制系统；设计

0　前言

污水处理关系到水资源的节约和用水安全，但就目前来看，水污染问题日趋严重，生活污水和工业污水越来越多，而污水处理技术还比较落后，这就给污水处理厂工作提出了严峻的考验。自动化控制系统在污水处理厂中的应用能够有效提升污水处理效率，降低污水处理成本，对于水资源保护和节约有着重要的意义。基于以上，本文结合实例提出了一种污水处理厂自动化控制系统，并研究了其设计与实现。

1　污水处理自动化控制系统组成分析

以参与生产程度级别为标准可以将自动化控制系统划分为三个级别，分别是中央控制室、现场控制站和现场操作箱，操作员通过对中央控制室的操作来管理系统控制权限。

将上位机监控界面安装在上位工控机上，能够实现对温度、压力、液位等系统运行参数的有效监视，同时有着报警功能、远程启停功能、趋势分析功能、参数设置功能机报表打印功能。整个系统界面有着直观性的特点，方便操作。

在污水处理现场分布各种仪表，能够采集污水处理过程中各项参数和设备运行状态参数，将采集到的参数输入到PLC输入模块中。现场控制站PLC对采集的数据进行逻辑运算和相关处理，之后将数据传输给上位机，上位机向现场控制站PLC传达指令，从而实现对现场设备的控制，上位机是污水处理自动化控制系统的核心组成部分，能够管理和控制污水处理过程各部分，实现污水处理厂办公自动化，上位机设有人机接口，能够实现系统与外部信息的交换，通过上位机上的计算机能够实现通讯功能，从而实现数据的共享与交互。

下位机采用的PLC有着PID调节功能，其对于污水处理系统的功能实现有着重要的意义，能够接收上位机传达的命令或参数，从而实现其数据采集功能、实时控制功能及判断决策功能。在进行开关量控制的基础上，可以借助A/D转换器来对现场测量仪表输入4-20mA标准信号进行采集，经过模数转换和数字PID运算之后进行信号输出，从而实现对变频器、调节阀等执行设备的控制。

本系统上位机、下位机以及现场设备依靠通讯网络连接，实现三部分的通讯，这是系统管理与控制功能实现的关键，适应于污水处理厂自动化系统的网络主要包括现场总线、DCS局域网以及工业以太网等。

2　污水处理自动化控制系统配置探讨

2.1PLC选型。综合考虑本系统性能要求和污水处理厂自然条件，本设计选用西门子公司S7-300系列PLC，采用CPU315-2DP，其程序容量较大，能够有效处理二进制和浮点数。两个DP接口使得与总线的连接相对简单，能够扩展为冗余配置，能够应用于I/O结构配置，此外，可以利用CP通信开来进行DP接口的拓展，在采用S7通信方式的基础上，可以将其作为客户机也可以将其作为服务器。

2.2PLC信号模块选型。连接设备与PLC的接口模块指的就是信号模块，能够实现输入信号和输出信号的转换，从而实现对信号的处理和执行。

选择SM321作为数字输入模块，其额定输入电压为DC24伏，输入电流为7毫安，在每一个输入模块上配置了32个输入点数。

选择SM322作为输出模块，其额定电压、配置的输入点数与输入模块相同，输出电流为5毫安-0.5安，感性负载和阻性负载的最大输出频率分别为100赫兹和0.5赫兹。

选择SM331作为模拟输入模块，其额定输入电压为DC24伏，每一个输入模块可输入模拟量的个数为8个。

选择SM322作为模拟量输出模块，输出点数为4，SM322的工程选择输出信号在4-20毫安之间，负载阻抗在0.5千欧以下，通道转换时间在0.8毫秒以下。

2.3分布式I/O。利用开放式、标准化的现场总线PROFIBUS-DP连接现场级控制从站部件，传统的污水处理自动化控制系统主要通过电缆连接PLC的I/O模块与执行器和传感器，这不仅增加了工作量，同时增加了安装投资，且容易产生故障。本系统采用分布式I/O，遵循就近原则，将I/O模块在传感器与执行机构附近放置，这就实现了I/O模块向执行器和监测器的转化，能够就地进行过程信号的转换和处理，从而提升了系统控制工作效率，克服了传统连接方式的缺点。

将ET200系列作为分布式I/O站点，其中ET200B这一远程从站自带I/O点，即使远程站点I/O点数不多也可以使用。利用接口模块将ET200M通过机架组态标准I/O模块，由于控制点数相对较多，因此选择IM153-1作为其接口模块。

2.4上位机配置。在污水处理自动化控制系统中，上位机的主要功能是管理，主要分为客户机和服务器，客户机和服务器对可靠性有着不同的要求。对于中小型自动化控制系统来说，一台计算机可以完成所有功能，因此上位机没有客户机和服务器之分。为了实现人机交互，需要在上位机上安装组态软件。本系统为污水处理自动化控制系统，属于工业控制，因此选择工控机作为上位机，在苛刻的外界环境下，工控机也能够稳定运行，且有着扩充性好、电压范围宽、兼容PC软件以及I/O设备配套齐全等特点，本系统主要选择性价比较高的岩华工控机IPC.610，能够满足系统要求，采用力控6.1组态软件来进行监控画面的设计，能够实现与各个厂家生产PLC之间的通信。

2.5通讯网络配置。现场总线取得了众多用户认可，其开放性良好，能够连接不同厂家生产的部件，被列为我国工业现场总线国家标准。本系统上位机为计算机，下位机为PLC，采用Process Field bus现场总线来进行计算机、PLC及I/O模块之间的通讯。

在本污水处理自动化控制系统中，将中控室计算机和现场分空站PLC作为主站，以OLM拓展PROFIBUS电气接口为基础组成冗余光纤环网拓扑结构，有效提升了通讯效率和抗电磁干扰能力。

3　监控程序

将两台计算机设置在中央管理中心，两台计算机分别作为工程师站和操作站，二者互为备用，以力控组态软件为基础开发污水处理监控界面，集中监控整个污水处理厂工艺设备运行参数和状态，实现对现场设备的远程控制。以集成1000M网卡为基础，通过工业以太网实现监控计算机与PLC系统之间的通信。监控程序主要功能包括工艺流程监控、数据记录与存储、多级口令登陆、打印、报警与报警记录以及设备操作等。

4　结论

综上所述，本文以某市污水处理厂为例，提出了一种污水处理自动化控制系统，主要探讨了系统组成、设计、配置以及监控程序，旨在进一步推进自动化控制系统在污水处理厂中的应用和发展。

［1］金东辉.一种污水处理厂自动化控制系统的实现［J］.工业控制计算机，2012，08：54-55.

［2］何志平.城市污水处理厂污水提升泵站自动化控制系统［J］.企业技术开发，2013，05：107-109.

［3］陈海涵，蔡鹏，独学琴.污水处理厂自动化系统的研究与实现［J］.电工技术，2009，04：11-12.

霍建（1987.10.5），性别：女，籍贯：吉林省长春市，学历：本科，毕业于长春大学，现有职称：助理工程师，研究方向：电子信息及自动化控制。

Study on Realization of automatic control system of sewage treatment plant

Huo Jian
（Changchun city open water Co.， Ltd.，Changchun Jilin，130000）

This paper to a city sewage treatment plant as an example，discusses a kind of automatic control system of the application and realization，mainly studies the system composition，configuration and monitoring interface design to factory automation control system application and design practice to provide a reference for sewage treatment.

sewage treatment plant；automatic control system； design