目前，隨著人們對(duì)污水處理要求的逐漸提高，污水處理的工藝過程也日趨復(fù)雜，而其控制過程的自動(dòng)化既影響著工藝流程實(shí)現(xiàn)的便捷性和高效性，也嚴(yán)重影響著處理工藝的效果，因此，集當(dāng)前先進(jìn)技術(shù)于一體的區(qū)域污水工程建設(shè)的重要性日益提升。
污水工藝及特點(diǎn)
污水處理的工藝流程大體分為格柵處理、泵房提升、沉砂處理、一次沉淀池、曝氣池處理、二次沉淀池處理、泥漿制備、昭氣利用。需要控制的區(qū)域主要有進(jìn)水泵房、鼓風(fēng)機(jī)房、脫水機(jī)房、變電所、加藥間等區(qū)域，控制對(duì)象有柵格、總泵房、沉砂池、生物反應(yīng)池、沉淀池、加氯間、污泥處理裝置、變電站等。
在進(jìn)水泵房，系統(tǒng)需要檢測(cè)粗、細(xì)格柵前后的液位及設(shè)備的故障工況，手動(dòng)/自動(dòng)控制粗、細(xì)格柵的運(yùn)行；采集泵房?jī)?nèi)及水泵運(yùn)行工況及液位參數(shù)，并根據(jù)泵的運(yùn)行時(shí)間，先后開啟水泵機(jī)組。在鼓風(fēng)機(jī)房，系統(tǒng)需要控制鼓風(fēng)機(jī)組的開關(guān)機(jī)順序，檢測(cè)鼓風(fēng)機(jī)組的故障報(bào)警，根據(jù)生化池中溶氧的濃度調(diào)節(jié)出風(fēng)閥開啟度，檢測(cè)生化池等相關(guān)儀表的參數(shù)。在脫水機(jī)房，系統(tǒng)需要采集脫水機(jī)房、污泥池內(nèi)電氣設(shè)備運(yùn)行工況及附近的儀表參數(shù)并對(duì)相應(yīng)電氣設(shè)備進(jìn)行控。在變電所需要采集鼓風(fēng)機(jī)房高壓變配電所設(shè)備的運(yùn)行工況及對(duì)附近電氣設(shè)備進(jìn)行控制等。具有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備查詢，故障記錄及報(bào)警，各項(xiàng)數(shù)據(jù)曲線等功能。
貝加萊控制系統(tǒng)方案
根據(jù)項(xiàng)目的需求及特點(diǎn)，監(jiān)控中心采用貝加萊方案先進(jìn)的管理控制技術(shù)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)為控制層、監(jiān)控層、管理層三層進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制?？刂茖臃秩舾蒔CC子站，分別對(duì)廠內(nèi)設(shè)備及監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行控制、監(jiān)測(cè)，采集信號(hào)，控制生產(chǎn)設(shè)備；監(jiān)控層在廠內(nèi)設(shè)中心控制室，對(duì)于獨(dú)立運(yùn)行的污水處理廠，中控室有二個(gè)功能，一是監(jiān)控全廠的整個(gè)生產(chǎn)過程，二是將有關(guān)污水處理廠的運(yùn)行狀況上傳污水處理廠監(jiān)控中心；將污水處理廠監(jiān)控中心執(zhí)行指令下傳各PCC，由PCC控制各現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表；管理層主要在污水處理廠監(jiān)控中心完成。系統(tǒng)同時(shí)還充分考慮并設(shè)計(jì)了特殊情況下的現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)在現(xiàn)場(chǎng)采用貝加萊的PP400系列控制器。PP400是一款集成觸摸屏、控制器于一身的高性能控制器.一個(gè)設(shè)備同時(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控和操作以及I/O的處理.提高整個(gè)污水系統(tǒng)的靈活度.支持100m I/O擴(kuò)展的X20系統(tǒng)。各PCC站的通信采用CPU自帶的以太網(wǎng)接口，實(shí)現(xiàn)個(gè)站間的通信和與監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)交換。設(shè)計(jì)自控系統(tǒng)的組成主要包括：
1#PCC、2#PCC、3#PCC控制站
主控制器選用X20的高性能X20CP1485控制器，自帶以太網(wǎng)和RS232（或CAN）通信接口，其處理頻率達(dá)到Celeron 400MHZ，達(dá)到400US的任務(wù)執(zhí)行時(shí)間。通過預(yù)先編制好的控制程序，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制站I/O模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析和運(yùn)算，并輸出結(jié)果。通過自帶以太網(wǎng)接口實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)通信，并且采用容易擴(kuò)展的X20的I/O單元，采用CAN、X2X通信方式實(shí)現(xiàn)I/O的通信采集遠(yuǎn)程設(shè)備的數(shù)據(jù)信號(hào)。12路的I/O寬度僅為12.5mm，長(zhǎng)為9.9mm，結(jié)構(gòu)緊湊，功能齊全，性價(jià)比高，安裝方便。
3個(gè)PCC站分別位于預(yù)處理站、鼓風(fēng)機(jī)室、濾池和沉淀池。鼓風(fēng)機(jī)房現(xiàn)場(chǎng)HMI采用貝加萊的PP100觸摸屏，PP100采用266MH高性能處理器（128MB DRAM，TFT 640×480 真彩10.4寸的大尺寸，IP65的防水等級(jí)，全金屬外殼）。模擬電阻式觸摸屏的特性決定了長(zhǎng)壽命，可使用達(dá)6年以上。并且具有很強(qiáng)的抗干擾能力，并集成RS232、以太網(wǎng)、USB接口方便用戶的通信或擴(kuò)展。主控制器與觸摸屏的通信采用RS232。
變電站
選用貝加萊的PP400控制器，它集PCC控制器于一身，采用高速266MHZ CPU ，可達(dá)8GB的大容量的存儲(chǔ)器，具有IP65的防護(hù)等級(jí)，USB、以太網(wǎng)、RS232通信接口豐富，256色真彩顯示?？赏ㄟ^觸摸屏查詢?cè)O(shè)備狀態(tài)、工作記錄、數(shù)據(jù)報(bào)表，修改系統(tǒng)參數(shù)等，滿足在變電站本地監(jiān)控本地操作的功能，一體化的設(shè)計(jì)緊湊而小巧。I/O模塊支持多種遠(yuǎn)程擴(kuò)展方式，如CAN ，X2X， POWERLINK，ProfibusDP，DeviceNet等。
ECU01-ECU10現(xiàn)場(chǎng)控制站
現(xiàn)場(chǎng)控制站的主要功能是遠(yuǎn)程I/O模塊和通信功能，它主要包括模擬輸入模塊、數(shù)字輸入模塊、數(shù)字輸出模塊以及通信模塊?？刂破鬟x用貝加萊的X20自帶以太網(wǎng)、RS232、CAN接口緊湊型X20CP0291，達(dá)到2MS的快速掃描周期。采集10個(gè)濾池的控制信號(hào)，通過100M的以太網(wǎng)傳輸上下位的數(shù)據(jù)信息。I/O部分采用貝加萊的X20 I/O系統(tǒng)。如果濾池控制部分離其余控制部分有一定距離，并且I/O點(diǎn)不多，我們采用具有12M 通信速度，站間距離可達(dá)100m的貝加萊X2X通信總線，進(jìn)行遠(yuǎn)程擴(kuò)展。方便現(xiàn)場(chǎng)的安裝，滿足用戶的實(shí)際要求。并且X20系統(tǒng)支持熱插拔，即使個(gè)別模塊或外圍設(shè)備故障也不會(huì)影響其余模塊的正常工作，避免因一些小故障而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓，節(jié)省維護(hù)和使用成本。
監(jiān)控中心
采用貝加萊無風(fēng)扇、無線纜，免硬盤運(yùn)行的工控機(jī)APC620，采集現(xiàn)場(chǎng)PCC的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和記錄狀況報(bào)表及報(bào)警等，實(shí)現(xiàn)全廠的綜合調(diào)度。兩臺(tái)工控機(jī)互為主備，提高了系統(tǒng)可靠性?？刂葡到y(tǒng)具有全自動(dòng)邏輯控制，在線工藝狀態(tài)顯示及參數(shù)記錄，運(yùn)行故障診斷記錄以及生產(chǎn)報(bào)表顯示記錄等功能。系統(tǒng)能長(zhǎng)周期安全無故障運(yùn)行。
網(wǎng)絡(luò)通信及結(jié)構(gòu)
利用各PCC自帶的以太網(wǎng)接口實(shí)現(xiàn)PCC站、ECU各站的通信以及與監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)通信。光纖連接現(xiàn)場(chǎng)和監(jiān)控中心，遠(yuǎn)程I/O的擴(kuò)展采用12M速率的X2X總線。通過RS485接口模塊控制現(xiàn)場(chǎng)變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)以及與儀器儀表的通信連接。
該系統(tǒng)控制器采用分時(shí)多任務(wù)系統(tǒng)，觸摸屏和PCC均采用同一開發(fā)軟件，面向?qū)ο蟮木幊谭绞剑Ｒ?guī)編程語(yǔ)言外，支持C語(yǔ)言、BASIC語(yǔ)言等多種高級(jí)編程語(yǔ)言。完善的PID算法完成生產(chǎn)過程壓力、溫度、流量等工藝參數(shù)的PID回路調(diào)節(jié)。高性能的控制器和支持帶電插拔的X20 I/O系統(tǒng)，單個(gè)模塊或部件的損壞不會(huì)影響其他設(shè)備的正常運(yùn)行，提高污水系統(tǒng)可靠性，利于系統(tǒng)維護(hù)。I/O就地接入，再通過通信上送（通訊介質(zhì)為屏蔽雙絞線），減少布線成本，提高電氣系統(tǒng)可靠性。接口豐富（太網(wǎng)通信接口、 Modbus接口、CAN 通信、RS485總線等與三方設(shè)備通信的接口都包含在系統(tǒng)中），方便用戶的擴(kuò)展和使用。
小結(jié)
貝加萊的污水控制系統(tǒng)是以PCC、工控計(jì)算機(jī)、管理計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及軟件系統(tǒng)為核心的污水處理廠實(shí)時(shí)管理控制系統(tǒng)，自動(dòng)監(jiān)測(cè)或監(jiān)控污水處理廠設(shè)備及生產(chǎn)過程，達(dá)到污水處理廠遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)或監(jiān)控自動(dòng)化、管理信息化。 使污水處理廠內(nèi)自動(dòng)化控制及技術(shù)水平得到全面提升，可以安全、可靠地實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的污水處理工藝流程，減少人為因素帶來的可能事故和隱患，保證污水處理的質(zhì)量，同時(shí)減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。使傳統(tǒng)污水處理廠生產(chǎn)運(yùn)行及管理產(chǎn)生了質(zhì)的變化。
