水處理監(jiān)控系統(tǒng)的設計與應用

李釗

天津工業(yè)自動化儀表研究所有限公司 天津 300060

針對復雜的污水水質(zhì)，水處理技術(shù)集成及工藝優(yōu)化組合成為必然，水處理系統(tǒng)構(gòu)成趨于復雜，對其運行自動化提出了更高的要求。針對污水處理示范工程，結(jié)合某污水處理廠污水處理工藝改造的需求，筆者在自行設計并建立的污水處理組合工藝中試裝置系統(tǒng)中，探討并設計了自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)其運行自動控制。

1 系統(tǒng)工作原理

本方案設計根據(jù)不同工段排放廢水的性質(zhì)進行分流處理，采用重金屬、酸堿廢水和磨片廢水各自單獨處理的總思路，重金屬和酸堿廢水水量為40t/h，處理采用PID控制，如調(diào)節(jié)pH時堿的投加采用加堿泵與PLC自控系統(tǒng)，將廢水pH值穩(wěn)定控制在設定范圍內(nèi)，減少人為操作失誤造成的影響。磨片廢水水量為20t/h，含有超標的硝硅，當向該廢水中加入一定量的PAC、PAM后即產(chǎn)生沉淀得以去除，使處理出水澄清。現(xiàn)場PLC控制站進行工藝參數(shù)檢測、設備運行信號的采集、監(jiān)測和控制，并通過高速數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)Profibus向中央控制室進行實時傳遞。中央控制室可調(diào)用現(xiàn)場PLC站的全部運行信息，并且控制現(xiàn)場主要設備的啟停。流程控制說明：兩種廢水提升均設置浮球液位控制。兩種廢水沉淀池排泥采用定時自動控制，當廢水提升泵實際運行時間到達定時值，兩組電磁閥動作，開啟—關(guān)閉時間為40s。磨片廢水砂濾池反沖洗采用定時自動控制，通過電磁閥控制相應氣動碟閥的啟閉；反沖洗進行時，碟閥動作后，30s后反沖洗泵開啟，3min后停泵。酸堿廢水砂濾池反沖洗控制部分、吸附池反沖洗控制部分與磨片廢水反沖洗原理相同。砂濾池和吸附池共用一臺反沖洗泵，可以在程序邏輯上保證先砂濾池反沖洗，再吸附池反沖洗，從而節(jié)約一臺泵的費用。酸堿廢水pH調(diào)節(jié)I、Ⅱ：pH控制通過pH顯示控制儀反饋信號給PLC，通過PLC常規(guī)PID軟件模塊處理，將信號傳給變頻器驅(qū)動計量泵轉(zhuǎn)速，使之控制計量泵投藥量，從而調(diào)節(jié)pH值。總排口設pH顯示監(jiān)控儀，當超出設定范圍時，超越閥開啟，廢水回流至調(diào)節(jié)池重新進行處理[1]。

2 水處理監(jiān)控系統(tǒng)的設計與應用

2.1 人機界面

組態(tài)軟件的界面應該遵循簡潔、形象、易操作的原則，界面設計分為兩個部分：工藝流程界面設計和系統(tǒng)參數(shù)界面設計。工藝流程界面設計主要完成監(jiān)控界面的繪制和界面動畫的制作。監(jiān)控界面應該跟工程實際相符合，設備、管道、池體的連接要正確且形象，動畫設計也要與實際情況相符。拿曝氣池中氣泡的動畫制作為例，曝氣是通過鼓風機進行的，其控制過程是：先接通變頻器的電源，再接通鼓風機的電源，當變頻器的頻率大于零時，鼓風機就會動作，所以應該用頻率值來控制氣泡動畫。氣泡動的同時，風機的轉(zhuǎn)動效果和管道內(nèi)氣體的流動效果也同時動作。系統(tǒng)參數(shù)界面設計包括流量計、閥門開度值等數(shù)據(jù)的直觀顯示和參考值的設定。WebAccess提供了一種文本顯示動畫來顯示數(shù)值，利用文本動畫，把各模擬量轉(zhuǎn)換過來的值在對應的位置顯示，在系統(tǒng)運行的過程中可以看到它們各自對應的狀態(tài)或?qū)嶋H值的大小[2]。

2.2 軟件設計

（1）PLC程序系統(tǒng)采用梯形圖編程，PLC主要完成下述4項功能：過程信號采集、過程信號輸出、過程自動控制、數(shù)據(jù)傳輸?shù)取＂龠^程信號采集和輸出程序（FC1-FC9）過程信號采集包括：設備運行的工況信號及工藝參數(shù)信號，例如設備的控制狀態(tài)，運行狀態(tài)，故障狀態(tài)等，液位、壓力、流量、濁度、溫度等模擬量。過程信號的輸出功能包括：模擬控制變量的設定、報警信號設定、開關(guān)信號指令，例如實際啟動和停止設備。②過程自動控制程序（FC10-FC11）包括需要的閉環(huán)控制，順序控制的程序，例如加藥控制的PID閉環(huán)控制程序FC10，及泵與閥門聯(lián)動運行的順序控制程序FC11。3）數(shù)據(jù)傳輸程序（FC12）數(shù)據(jù)傳輸程序主要是將采集到的數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控系統(tǒng)以及中心調(diào)度室，利用以太網(wǎng)通訊模塊和DB10數(shù)據(jù)塊進行數(shù)據(jù)傳送。

（2）過程監(jiān)控HMI系統(tǒng)的組態(tài)本過程監(jiān)控HMI采用工控機，配備CRT、鼠標和鍵盤組成中央控制室的人機交互界面。操作系統(tǒng)為Windows2000系統(tǒng)，采用西門子的Wincc6.0組態(tài)軟件進行組態(tài)。系統(tǒng)軟件為實時操作軟件，提供密碼功能，具有不同的權(quán)限功能。其主要功能有：過程數(shù)據(jù)處理、報表生成、過程顯示和過程的指令界面[3]。如圖1.

圖1 WinCC組態(tài)主畫面

2.3 調(diào)試中故障處理

在工程中不可避免地遇到一些問題，結(jié)合以往做工程的經(jīng)驗加以解決，現(xiàn)將工程經(jīng)驗總結(jié)如下。

（1）采樣信號pH值時有時無。解決方法：將pH值負端共COM端，避免信號與COM的電壓差產(chǎn)生干擾。

（2）變頻器設為20Hz和60Hz的高低輸出限，無法進行調(diào)節(jié)。解決方法：在PLC的FB41塊中的輸入條件中LMN_HIGH和LMN_LOW分別對應100和0。

（3）檢測開關(guān)中狀態(tài)到一定時間啟動泵。解決方法：設置一個定時器，不斷地斷開和吸合，當吸合時開關(guān)狀態(tài)為1時，計數(shù)器加1，再和比較器上的設定值比較，到了后繼電器吸合，控制泵運行。

3 結(jié)語

本系統(tǒng)在該公司已經(jīng)投入運行，運行狀況正常。實際運行結(jié)果表明：系統(tǒng)中 PLC和 PC微機構(gòu)成的集散控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，效果良好。該系統(tǒng)完全滿足廢水處理中的環(huán)保要求，可推廣至其他控制系統(tǒng)。