摘 要 本文介紹了和利時(shí)LK大型PLC在甘肅省劉化集團(tuán)污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，描述了基于生物濾池污水處理工藝下的控制系統(tǒng)組成、控制功能和軟件設(shè)計(jì)思路。該污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的全套硬件設(shè)備及軟件由和利時(shí)公司提供，系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作由蘭州惠利自動(dòng)化系統(tǒng)工程有限公司完成，其自動(dòng)控制系統(tǒng)由中央控制室的兩臺(tái)操作員站和一套LK大型PLC現(xiàn)場(chǎng)控制站組成。
關(guān)鍵詞 污水廠；LK大型PLC
引言
甘肅劉化集團(tuán)地處黃河上游，由于歷史原因污水基本沒(méi)有經(jīng)過(guò)處理直接排入黃河，對(duì)周邊環(huán)境造成了一定影響。劉化集團(tuán)污水處理廠是劉化集團(tuán)響應(yīng)國(guó)家環(huán)保要求新建的負(fù)責(zé)處理整個(gè)劉化集團(tuán)工業(yè)污水及生活污水的污水處理廠，是為保護(hù)黃河上游水質(zhì)、節(jié)省水資源、深入發(fā)展城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)而建設(shè)的重點(diǎn)項(xiàng)目。
工藝介紹
劉化集團(tuán)污水處理廠采用生物曝氣法進(jìn)行污水處理，設(shè)計(jì)規(guī)模為日處理量10000方，其主要建筑物有：柵格間、預(yù)曝調(diào)節(jié)池、高架配水井、豎流沉淀池、生物曝氣濾池、清水池、濃縮池、鼓風(fēng)機(jī)房等。污水首先由進(jìn)水管經(jīng)格柵進(jìn)入預(yù)曝調(diào)節(jié)池，再通過(guò)預(yù)曝調(diào)節(jié)池內(nèi)的三臺(tái)提升泵將污水提升至豎井沉淀池，然后經(jīng)由豎井沉淀池自流進(jìn)入生物曝氣濾池，最后經(jīng)過(guò)生物曝氣處理后的清水進(jìn)入清水池；而豎井沉淀池底部的沉淀物質(zhì)經(jīng)過(guò)濃縮池和濃縮一體式脫水機(jī)后進(jìn)行最后的處理。
自動(dòng)控制系統(tǒng)組成
該污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)采用冗余以太網(wǎng)通訊方式，由監(jiān)控中心與一個(gè)LK大型PLC控制站構(gòu)成。PLC控制站采集設(shè)備的啟停、閥門的開(kāi)關(guān)及報(bào)警狀態(tài)，污水流量、水位及PH等信號(hào)，通過(guò)以太網(wǎng)與上位監(jiān)控中心連接。監(jiān)控中心由兩個(gè)操作員站作為一主一從服務(wù)器用來(lái)存儲(chǔ)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，服務(wù)器上裝有和利時(shí)公司監(jiān)控軟件SmartPro做為上位監(jiān)控界面。系統(tǒng)配置結(jié)構(gòu)圖如下：
控制系統(tǒng)功能介紹
本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用三種控制方式，即監(jiān)控中心遠(yuǎn)程控制、現(xiàn)場(chǎng)PLC控制、設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制等，其優(yōu)先級(jí)別分別為現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制最高，其次為現(xiàn)場(chǎng)PLC控制，最低為監(jiān)控中心遠(yuǎn)程控制。
各自動(dòng)控制單元通過(guò)LK大型PLC實(shí)現(xiàn)的功能分別是：
4.1 格柵間
主要實(shí)現(xiàn)的功能有：采集格柵的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)及現(xiàn)場(chǎng)儀表的數(shù)據(jù)信號(hào)，并通過(guò)自動(dòng)控制程序?qū)崿F(xiàn)格柵自動(dòng)運(yùn)行控制：
◆兩臺(tái)格柵自動(dòng)控制采用水位差控制和時(shí)間控制。通過(guò)水位差測(cè)量?jī)x檢測(cè)粗格柵前后水位差值，當(dāng)水位差值大于設(shè)定值時(shí)，啟動(dòng)粗格柵。當(dāng)粗格柵距上次運(yùn)行的時(shí)間超過(guò)設(shè)定值時(shí)，啟動(dòng)粗格柵；
◆采集進(jìn)水PH值和格柵前后液位差。
4.2預(yù)曝調(diào)節(jié)池
主要實(shí)現(xiàn)的功能有：采集提升泵、加藥泵、閥門的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)及現(xiàn)場(chǎng)儀表的數(shù)據(jù)信號(hào)，并通過(guò)自動(dòng)控制程序?qū)崿F(xiàn)預(yù)曝調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行控制：
◆三臺(tái)提升泵自動(dòng)控制由池內(nèi)液位控制。當(dāng)水位升高時(shí)，控制水泵依次逐臺(tái)啟動(dòng)，水泵的啟動(dòng)順序按累計(jì)的水泵運(yùn)行時(shí)間從小到大排列。當(dāng)水位降低時(shí)，控制水泵依次逐臺(tái)停止，順序與之相反。同時(shí)自動(dòng)累積水泵運(yùn)行時(shí)間，實(shí)現(xiàn)水泵的自動(dòng)輪值，保證水泵總是處在最佳運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)水位降低到干運(yùn)轉(zhuǎn)保護(hù)水位時(shí)，水泵全停。
◆兩個(gè)加藥泵和三個(gè)閥門的監(jiān)視和控制；
◆采集預(yù)曝調(diào)節(jié)池液位和進(jìn)、回水流量數(shù)據(jù)。
4.3豎流沉淀池
主要實(shí)現(xiàn)的功能有：采集進(jìn)水、回水閥門的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)，并通過(guò)自動(dòng)控制程序?qū)崿F(xiàn)豎流沉淀池內(nèi)設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行控制：
◆四組進(jìn)水、回水閥門的監(jiān)視和控制。
4.4生物曝氣池
主要實(shí)現(xiàn)的功能有：采集進(jìn)水、出水、反沖進(jìn)水、反沖進(jìn)氣、曝氣進(jìn)氣閥門的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)及現(xiàn)場(chǎng)儀表的數(shù)據(jù)信號(hào)，并通過(guò)自動(dòng)控制程序?qū)崿F(xiàn)生物曝氣池內(nèi)設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行控制：
◆六組進(jìn)水、出水、反沖進(jìn)水、反沖進(jìn)氣、曝氣進(jìn)氣閥門受時(shí)間和生物曝氣池液位的控制；
◆采集生物曝氣池液位數(shù)據(jù)。
4.5清水池
主要實(shí)現(xiàn)的功能有：采集反沖泵、回用泵的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)及現(xiàn)場(chǎng)儀表的數(shù)據(jù)信號(hào)，并通過(guò)自動(dòng)控制程序?qū)崿F(xiàn)清水池內(nèi)設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行控制：
◆三臺(tái)回用泵自動(dòng)控制由池內(nèi)液位控制。其控制原理同預(yù)曝調(diào)節(jié)池的提升泵；
◆兩臺(tái)反沖泵自動(dòng)控制與生物曝氣池內(nèi)的反沖進(jìn)水閥聯(lián)動(dòng)；
◆采集清水池液位及出水PH數(shù)據(jù)。
4.6鼓風(fēng)機(jī)房
主要實(shí)現(xiàn)的功能有：采集曝氣、攪拌、反沖鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)，并通過(guò)自動(dòng)控制程序?qū)崿F(xiàn)鼓風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行控制：
◆兩臺(tái)曝氣鼓風(fēng)機(jī)與生物曝氣池內(nèi)的曝氣進(jìn)氣閥門聯(lián)動(dòng)；
◆兩臺(tái)反沖鼓風(fēng)機(jī)和一臺(tái)攪拌鼓風(fēng)機(jī)與生物曝氣池內(nèi)的反沖進(jìn)氣閥門聯(lián)動(dòng)。
4.7濃縮池
主要實(shí)現(xiàn)的功能有：采集螺桿泵、濃縮一體式脫水機(jī)、螺旋輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)及現(xiàn)場(chǎng)儀表的數(shù)據(jù)信號(hào)，并通過(guò)自動(dòng)控制程序?qū)崿F(xiàn)濃縮池內(nèi)設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行控制：
◆兩臺(tái)螺桿泵、一臺(tái)濃縮一體式脫水機(jī)和一臺(tái)螺旋輸送機(jī)的監(jiān)視和控制。
整個(gè)污水廠的運(yùn)行基本實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)控制，所有設(shè)備運(yùn)行參數(shù)及儀表數(shù)據(jù)都被送入PLC，PLC再通過(guò)以太網(wǎng)與上位監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，用以監(jiān)視和控制污水處理廠各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的運(yùn)行。進(jìn)水流量計(jì)及回水流量計(jì)通過(guò)RS485口與PLC系統(tǒng)進(jìn)行通訊，保證了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)與控制中心數(shù)據(jù)的完全一致。
硬件、軟件功能介紹
5.1硬件功能介紹
針對(duì)系統(tǒng)控制要求，和利時(shí)公司設(shè)計(jì)了基于LK大型PLC的工程方案。方案中主要利用LK大型 PLC的模擬量處理、以太網(wǎng)通訊、串口通訊等功能。
LK大型 PLC是和利時(shí)公司于2006年推出的新一代高端PLC系統(tǒng)，該系統(tǒng)支持冗余、熱插拔，單指令執(zhí)行時(shí)間僅為13ns，支持多種通信協(xié)議，軟件編程便捷，適用于邏輯控制、順序控制、過(guò)程控制、傳動(dòng)控制和運(yùn)動(dòng)控制等領(lǐng)域。
LK大型 PLC目前推出的主要產(chǎn)品如下：
1）CPU模塊：LK207、LK210
2） 數(shù)字量輸(DI)模塊：LK610、LK611、LK612、LK613、LK614、LK650
3）數(shù)字量輸出(DO)模塊：LK710、LK750、LK720
4）模擬量輸入(AI)模塊：LK410、LK411、LK430、LK440
5）模擬量輸出(AOI)模塊：LK510、LK511
6）模擬量輸入出(AI/O)模塊：LK850
7）特殊功能(高速計(jì)數(shù)和SOE)模塊：LK680、LK690
8）通訊接口模塊：LK231
9）背板：LK101、LK102、LK110、LK111、LK112、LK120、LK121
而本污水處理廠自控系統(tǒng)選用的模塊具體性能參數(shù)見(jiàn)下表：
5.2軟件功能介紹
本污水處理廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用SmartPro V3.1.3上位組態(tài)軟件設(shè)計(jì)運(yùn)行，該系統(tǒng)提供了友好的人機(jī)界面(見(jiàn)全廠工藝流程圖)，具備如下功能：
5.1.1 實(shí)現(xiàn)了工藝流程監(jiān)控
該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了污水處理廠整體工藝流程、各主要工藝設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、過(guò)程控制及各生產(chǎn)環(huán)節(jié)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與顯示，主要畫面有：全廠工藝流程圖、濾池工藝流程圖及在線儀表實(shí)時(shí)參數(shù)顯示表、生產(chǎn)數(shù)據(jù)歷史趨勢(shì)圖等。實(shí)現(xiàn)的工藝生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)控功能有：所有被監(jiān)控制設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、啟停控制、設(shè)備與設(shè)備之間的連鎖控制、工藝參數(shù)的設(shè)定，以及PH、液位、流量等參數(shù)的顯示、報(bào)警、記錄、趨勢(shì)以及累積量計(jì)算等。
5.1.2 控制回路顯示與控制
包括電機(jī)開(kāi)關(guān)、運(yùn)行時(shí)序、氣動(dòng)閥門開(kāi)關(guān)、聯(lián)鎖控制等所有控制回路，可修改設(shè)定值、控制方式、調(diào)節(jié)參數(shù)等。
5.1.3 報(bào)警功能
包括工藝數(shù)據(jù)報(bào)警、設(shè)備故障報(bào)警、系統(tǒng)故障報(bào)警，并根據(jù)不同的報(bào)警信息提供不同的報(bào)警畫面，在故障確認(rèn)后可實(shí)現(xiàn)報(bào)警解除。
5.1.4 歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與檢索
記錄生產(chǎn)過(guò)程中所有參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)，記錄時(shí)
間不小于一個(gè)月，并可根據(jù)要求任意設(shè)置。對(duì)重要的數(shù)據(jù)進(jìn)行在線存儲(chǔ)。可以通過(guò)歷史報(bào)表或者歷史趨勢(shì)曲線的方式來(lái)檢索歷史數(shù)據(jù)。
統(tǒng)計(jì)分析、歷史記錄，根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，建立生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行有目的的分析，可以做出不同角度、不同應(yīng)用<
