污水處理廠自控系統改造工程實踐與探索

韓詠梅 楊 超

(1、昆明維恒升自控技術有限公司,云南 昆明650051 2、昆明科瑞琦科技有限公司,云南 昆明650105)

1 概述

云南瑞麗市污水處理廠，位于瑞麗市團結路北側。污水處理廠于2010年9月年投產，日處理量1.5 萬噸，污水處理采用氧化溝工藝。

自控系統結構：

自控系統PLC控制層采用西門子S7-300系統，現場設置了一個控制PLC主站，二個遠程I/O站；二套水質參數數采儀。

圖1 自控系統圖

PLC主站、進廠水水質參數數采儀和出廠水水質參數數采儀，通過工業以太網，經交換機與二臺中控室計算機通訊。

PLC主站以DP通訊方式，連接四臺轉蝶曝氣機變頻器、污泥脫水機房遠程I/O站、提升泵房遠程I/O站和四臺提升泵變頻器。中控室計算機，設置為冗余，互為備用。

2 瑞麗污水處理廠存在的問題及解決方案

經過多年的運行，設備和自控系統出現許多問題，需要提升改造。由于改造不能停產，我們決定不改變原來的網絡結構，著重從以下幾個方面來解決問題：

2.1 設備不能遠程操作問題及解決

在提升泵遠程I/O站，現場檢查發現，提升泵、粗細格柵、旋流除砂器和攪拌，只能現場就地控制，計算機不能遠程控制，中控發出的操控指令，可以達到PLC模塊，但指令不能傳輸到設備端。該廠處于亞熱帶地區、氣候潮濕、溫度高、鼠患嚴重。拆開PLC模塊，發現模塊中有許多老鼠屎尿，模塊已經損壞；揭開電纜橋架，看到電纜被老鼠咬壞，導致電纜短路。

圖2 鼠患致PLC模塊損壞

更換新的PLC模塊，更換破損電纜；在PLC控制柜進線口、電纜橋架下端口，用防火泥封堵；室內部分橋架蓋板取消不蓋，讓老鼠不宜躲藏，安排人員定期巡檢橋架和控制柜。在本控制柜內，儀表與PLC使用共同的24VDC供電電源，為了使風險分散，我們安裝了二個24VDC開關電源，PLC系統和現場儀表，分別使用隔離開的二組電源，防止外部高電壓大電流串入PLC供電回路，消除對PLC造成的影響。我們又檢查了這些設備的現場操作箱，更換損壞的元件，重新箱內接線，實現了提升泵、粗細格柵、旋流除砂器和攪拌器的計算機遠程操作。基于安全方面考慮，我們保留了現場手動操作功能。

2.2 PLC程序密碼問題及解決

PLC程序塊被設置了密碼，無法修改程序。經多方嘗試，找到了破解PLC密碼的方法。

使用解鎖工具軟件S7+blocks+unlock，取消對程序塊的加密保護。

2.2.1 打開程序塊的Source源文件；2.2.2 刪 除 文 件 中 的KNOW_HOW_PROTECT；2.2.3 存盤并編譯該Source文件；2.2.4 程序塊的加密保護取消。PLC程序塊密碼解除后，可以方便的修改程序，不必全部重寫程序，減少了編程、調試的工作量，避免大面積停產重新調試。

2.3 PLC系統通訊中斷問題及解決

現場PLC系統，偶爾會出現與上位計算機的通訊中斷。從中控室計算機開始，沿著通訊回路逐一檢查排除故障。主要包含以下部分：2.3.1 主站PLC柜通電情況；2.3.2 中控室計算機與交換機的工業以太網網線是否松開；2.3.3 交換機與PLC主站CPU工業以太網網線是否松開；2.3.4 組態軟件與主站PLC的CPU連接地址是否為192.16 8.1.50 ；2.3.5 主站PLC柜內CPU模塊的轉換開關是否撥至RUN位置；2.3.6 提升泵房遠程I/O站、污泥脫水機房遠程I/O站，PLC柜通電情況；2.3.7 遠程I/O站PLC模塊的上游DP接頭撥動開關是否撥至正確位置；2.3.8 DP連接線是否斷開；2.3.9 DP接頭是否松脫。更換交換機與中控計算機的工業以太網線，重做接頭；更換部分DP接頭、緊固連接部分、更換損壞的DP電纜；修改程序中的通訊設置。最終實現了通訊正常。

2.4 廠區停電恢復供電后設備自動運行問題及解決

污水處理廠有時供電中斷，恢復供電后，部分設備立即自動運行，這是非常不安全的狀況。在程序中查找原因，在原來的中控室計算機上位程序中，設備的軟啟動按鈕，點擊后就一直置1，計算機一直給PLC發送啟動的指令，除非點擊停止按鈕，設備才會停止運行。廠區停電時，在中控室自控系統的UPS短時供電狀態下，操作人員沒有點擊中控室計算機上設備停止軟按鈕，由于設備終止供電，設備停止運行。廠區恢復供電后，中控計算機發出的指令是1，設備得到的運行指令一直是1，所以設備立即自動運行。找到故障原因，修改上位計算機程序，將設備的軟啟動按鈕設置成點擊按鈕置1，彈起按鈕置0；同時修改PLC程序，設置設備運行自保回路，按鈕彈起后設備保持運行。廠區停電后，PLC程序中設備運行回路自動斷開，不需要操作人員再去點擊停止按鈕。廠區恢復供電后，按工藝要求，操作人員逐步啟動設備，這樣就解決了復電后設備立即自動運行問題。

2.5 檢測儀表正確安裝

回用水池的超聲波液位計，探頭直接安裝在鐵柵欄上，超聲信號不能正確傳導、反射；我們按照儀表說明書的要求，把鐵柵欄開了合適尺寸的孔，重新安裝超聲波液位計，調試正常，PLC讀到正確數據。

2.6 污水提升泵、A2O池轉碟機降壓啟動的安全連鎖

3#，6#污水提升泵，5#，6#轉碟機，采用的是降壓啟動方式，該啟動方式存在一個隱患，降壓啟動間隔是靠時間繼電器控制，如果時間繼電器故障，沒有正常切換，沒有報警提示，沒有故障連鎖，操作人員又沒有及時發現，則變壓器將會被燒毀。我們增加繼電器切換監測報警和故障連鎖，保證了變壓器的安全。

2.7 工藝參數和設備運行數據全面讀取

全面校對、讀取工藝過程參數，在中控室計算機上顯示，例如DO、MLSS、進出廠水質參數、進出廠水瞬時流量、進出廠水累計流量、水池液位。加裝互感器和電流變送器，讀取關鍵設備運行電流值。加裝接觸器輔助觸點，中控室計算機完全顯示設備運行狀態。在中控室計算機上，設置操作界面，設置主要工藝參數和設備的運行歷史趨勢圖、報警界面、運行報表。

2.8 變頻器的改造和調試

瑞麗污水處理廠的變頻器西門子M340，一直不能正常使用。變頻器完全受自控系統控制，如果自控系統出現問題，操控人員不能在現場手動操作變頻器，這是非常不安全的狀況。通過與業主交流，我們設置變頻器有二種運行模式，變頻器可以在中控室計算機上操控運行，也可在現場電控箱人工手動啟、停。現場有八臺重要設備帶有變頻器，1#-4#轉碟曝氣機，1#-4#提升泵。八臺變頻器操控運行狀態各不相同，有的可以在中控室計算機上位機上調速，有的只可以用電位器旋鈕調速；速度調節有快、有慢；有的變頻器手操器顯示不對；還有變頻器無法與上位機通訊。另外，變頻器被設置了密碼，無法查看內部參數設置情況，不能修改參數，如表1-2。

表1 轉蝶曝氣機變頻器原狀態

針對現場變頻器復雜的故障情況，我們制定了解決方案。選取1#轉蝶曝氣機變頻器、1#提升泵變頻器，分別作為樣板，逐一調試。主要包含下步驟：

（1）了解轉蝶曝氣機和提升水泵的工作運行特性；DP接頭撥動開關撥到正確位置。

（2）檢查現場控制箱元件和線路，更換故障元件，重新布線接線。

（3）了解轉蝶曝氣機和提升水泵的電機參數，恢復變頻器為出廠設置，解除密碼，設置電機參數。

（4）現場控制柜上，增加變頻器故障復位按鈕，當單臺變頻器故障時，及時復位故障信號，以免影響整個系統不能運行。

（5）仔細研讀西門子變頻器使用手冊，核對手冊上圖紙與現場接線是否一致，修改錯誤接線。

（4）仔細研讀西門子變頻器使用手冊，了解每個參數的性質，逐一嘗試，設置參數。

（5）檢查對應的PLC和中控室計算機的程序設置。

（6）在現場電控箱、中控室計算機上，按順序逐一聯機調試。

（7）1#轉蝶曝氣機變頻器、1#提升泵變頻器，調試成功后，分別以它們為樣板，對照查找其它變頻器的故障。根據各臺變頻器不同的故障特點，修改故障復位接線、外部給定接線；更換損壞的調頻電位器和其它損壞元件；重新安裝緊固變頻器BOP手操面板；重新設置參數。

表2 提升泵變頻器原狀態

經過反復調整測試，八臺重要設備實現了二種的控制運行狀態。操作人員可以在現場電控箱上手動啟、停變頻器、可用電位器調節頻率；也可在中控室計算機上操作啟、停變頻器，同時調節頻率。

表3 變頻器關鍵參數設置

結束語

老舊污水處理廠的自動化系統改造，繁瑣而復雜。各種故障狀態，原因各不相同，需要耐心細致的查找。參與改造的技術人員，需要對污水處理工藝有深入了解；在電氣系統、儀表檢測系統、PLC控制系統、中控室計算機系統等方面有深厚的技術功底；需善于溝通，了解現場操作人員的操作需求；需善于分析問題，不懈探索，找到合適的解決問題的方法，最終才能完成改造。

自控系統改造完成后，本污水處理廠運行良好，達到了預期的目標。