寿光市城北污水处理厂提标改造自动化控制系统的应用

（中冶华天南京电气工程技术有限公司，南京 210019）

0 引言

2016年6月，寿光市城北污水处理厂提标改造工程在设计、软硬件配置、控制等方面进行了改进，有效解决了系统利用系数低、作业率低、设备的装备水平低和产品品质低的问题，对企业的生产稳定、产品质量稳定、节能降耗、污染减排、减少投资、产量提高等具有重大意义。

1 系统组成

本次提标改造污水处理工艺拟采用“V型滤池过滤”方案。工艺流程图见图1。

图1 工艺流程

2 系统配置

2.1 系统应用软件配置

操作系统Windows XP、监控软件西门子WinCC V6.0开发版、编程软件通用Proficy ME。

2.2 系统硬件配置

寿光市城北污水处理厂提标改造工程控制系统有一个主站，硬件采用GE公司的PACSystems RX3i系列CPU、电源模块、Genius通讯模块、PROFIBUS-DP通讯模块；从站采用VersaMax系列模块，分别为电源模块、Genius网络接口单元(NIU)模块、数字量输入/输出模块、模拟量输入/输出模块。GE公司PACSystems RX3i系列PLC是90-30升级产品，它具有编程特性先进、易于组态、便于安装的特点，其CPU具有强大的处理功能。如提供内装PID、结构化编程、各种功能模块。VersaMax系列模块具有开放灵活、总线独立，组合简单等特点。本工程系统硬件配置见图2。

图2 系统硬件配置

3 需要注意的问题

（1）设计时需考虑所选电源模块电流能否带动本机架I/0模块。

（2）Genius网络接口单元(NIU)模块以及VersaMax模块比较脆弱，为防止干扰，PLC柜内模块与柜体进行绝缘。总线敷设时穿钢管，钢管连接处可靠接地。

（3）PLC单独接地，所有PLC柜之间接地铜排就近和其他PLC柜串行连接。

4 系统软件编程

利用集成化软件Proficy ME对系统编程，该软件提供了多种编程语言，适用于多方面、多层次的编程人员，易学、易懂、好用，系统有丰富的功能块用户可直接调用。对该系统硬件组态后，开始编程。Proficy ME允许结构化程序，即可将污水处理厂各级系统建若干文件夹，单个设备控制程序就放在该系统文件夹中，这样便于程序调试和阅读。污水处理厂控制系统以顺序控制和过程控制为主[1]。顺序控制集中在混合池、A2/O反应池、中间提升泵、加氯间、加药间、废水池、反冲洗风机房、V型滤池、反冲洗泵房系统，因此设备之间的顺序启动/停止以及联锁关系也比较多且很重要。过程控制主要是泵池水位自动跟踪闭环控制、污泥浓度二元流量参数的双闭环比值控制和溶解氧基于模糊自整定PID算法控制，主要参数有液位(LI)、污泥浓度(MLSS)、溶解氧(DO)。以下为污水处理厂典型的顺序控制和过程控制。

4.1 利用双闭环比值控制法调节污泥浓度

为了保证生物池中活性污泥浓度满足工艺生产要求，根据活性污泥浓度仪表采集的浊度值，采用双闭环比值控制调节进入生物池的回流污泥量和进水量，实现进水量与回流污泥量的合理配比保证生物池污泥深度稳定性[2]。

4.2 顺序联锁控制加液位调节控制

滤池的反冲洗过程（水洗、气水联合反冲洗、漂洗）根据液位和时间参数进行确定，以先到者为决定因素，启动反冲洗顺序联锁程序，若有几个滤池同时出现反冲洗请求，按照先后次序进行反冲洗，后提交请求的处于等待状态。而针对复杂对象的控制V型滤池液位大延迟控制环节，采用微分先行（提高系统的动态性能），抑或后期人为削弱积分能力（避免积分累积效应），达到调节阀控制V型滤池液位，效果明显。V型滤池的顺序联锁控制+液位调节控制的主要参数见图3。

图3 V型滤池的顺序联锁控制+液位调节控制操作画面

5 监控画面设计

操作系统采用Windows XP，西门子监控软件WinCC V6.0 开发版，画面通过以太网与控制站通信。寿光市城北污水处理厂提标改造项目的监控画面主要由如下几部分组成：主菜单及工艺流程画面、混合池、A2/O反应池系统画面、中间提升泵系统画面、加氯间、加药间子系统画面、废水池、反冲洗风机房子系统画面、V型滤池、反冲洗泵房子系统画面、实时/历史趋势画面、报警画面等，画面能显示各设备操作方式、运行状态、故障信号及模拟量数值和各种历史数据[3]。主画面中相应设备可弹出小操作画面，完成设备手/自动操作。画面编制遵循简单明了原则。

6 操作方式

该系统设有3种操作方式：计算机画面远控手动操作、计算机画面自动操作和机旁就地操作。3种方式定义如下。

（1）机旁手动操作。现场选择开关打到手动，按现场启动按钮，启动现场设备。

（2）计算机画面远控操作。现场选择开关打到自动。在上位机上点击“启动”按钮。当现场设备运行起来后，上位机上可观察到设备运行信号（绿色）。

（3）计算机画面自动操作。在满足自动运行的条件下，在上位机上点击“自动”按钮，PLC系统根据工艺要求，现场所要控制的设备自动运行，并根据现场实际情况自行调整。

7 结束语

系统自2016年12月使用污水处理厂自动化控制系统软件以来，该自动化控制系统软件各项数据的高稳定性、高可靠性的表现，使得污水排放水质的稳定性、可靠性进一步提高，也大大改善了所在环境，完善了城市环境基础设施，减少了城镇污水直接排放对环境的污染，促进了当地经济可持续发展，增强了城市服务功能，提升了城市品位，改善了投资环境，社会效益显著。该自动化控制系统也为公司的节能减排做出了突出贡献。同时该自动化控制系统重要数据的信息化、开放化为环保监管部门提供了大量详实的基础数据，给环保监管部门督察提供了便利，并为其宏观决策提供了数据支持。