摘  要  本文介紹了和利時LK大型PLC在甘肅省劉化集團污水處理廠自動控制系統(tǒng)中的應用，描述了基于生物濾池污水處理工藝下的控制系統(tǒng)組成、控制功能和軟件設計思路。該污水處理廠自動控制系統(tǒng)的全套硬件設備及軟件由和利時公司提供，系統(tǒng)設計工作由蘭州惠利自動化系統(tǒng)工程有限公司完成，其自動控制系統(tǒng)由中央控制室的兩臺操作員站和一套LK大型PLC現(xiàn)場控制站組成。

　　關鍵詞  污水廠；LK大型PLC

　　1引言

甘肅劉化集團地處黃河上游，由于歷史原因污水基本沒有經(jīng)過處理直接排入黃河，對周邊環(huán)境造成了一定影響。劉化集團污水處理廠是劉化集團響應國家環(huán)保要求新建的負責處理整個劉化集團工業(yè)污水及生活污水的污水處理廠，是為保護黃河上游水質(zhì)、節(jié)省水資源、深入發(fā)展城鎮(zhèn)經(jīng)濟而建設的重點項目。

　　2工藝介紹

劉化集團污水處理廠采用生物曝氣法進行污水處理，設計規(guī)模為日處理量10000方，其主要建筑物有：柵格間、預曝調(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、鼓風機房等。污水首先由進水管經(jīng)格柵進入預曝調(diào)節(jié)池，再通過預曝調(diào)節(jié)池內(nèi)的三臺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入生物曝氣濾池，最后經(jīng)過生物曝氣處理后的清水進入清水池；而豎井沉淀池底部的沉淀物質(zhì)經(jīng)過濃縮池和濃縮一體式脫水機后進行最后的處理。

　　3 自動控制系統(tǒng)組成

該污水處理廠自動控制系統(tǒng)采用冗余以太網(wǎng)通訊方式，由監(jiān)控中心與一個LK大型PLC控制站構成。PLC控制站采集設備的啟停、閥門的開關及報警狀態(tài)，污水流量、水位及PH等信號，通過以太網(wǎng)與上位監(jiān)控中心連接。監(jiān)控中心由兩個操作員站作為一主一從服務器用來存儲實時運行數(shù)據(jù)，服務器上裝有和利時公司監(jiān)控軟件SmartPro做為上位監(jiān)控界面。系統(tǒng)配置結構圖如下： 

 

 
　　4 控制系統(tǒng)功能介紹
 
本控制系統(tǒng)設計采用三種控制方式，即監(jiān)控中心遠程控制、現(xiàn)場PLC控制、設備現(xiàn)場手動控制等，其優(yōu)先級別分別為現(xiàn)場手動控制最高，其次為現(xiàn)場PLC控制，最低為監(jiān)控中心遠程控制。
 

各自動控制單元通過LK大型PLC實現(xiàn)的功能分別是：

4.1 格柵間

主要實現(xiàn)的功能有：采集格柵的運行狀態(tài)信號及現(xiàn)場儀表的數(shù)據(jù)信號，并通過自動控制程序?qū)崿F(xiàn)格柵自動運行控制：

◆兩臺格柵自動控制采用水位差控制和時間控制。通過水位差測量儀檢測粗格柵前后水位差值，當水位差值大于設定值時，啟動粗格柵。當粗格柵距上次運行的時間超過設定值時，啟動粗格柵；

◆采集進水PH值和格柵前后液位差。

4.2預曝調(diào)節(jié)池

主要實現(xiàn)的功能有：采集提升泵、加藥泵、閥門的運行狀態(tài)信號及現(xiàn)場儀表的數(shù)據(jù)信號，并通過自動控制程序?qū)崿F(xiàn)預曝調(diào)節(jié)池內(nèi)設備的自動運行控制：

◆三臺提升泵自動控制由池內(nèi)液位控制。當水位升高時，控制水泵依次逐臺啟動，水泵的啟動順序按累計的水泵運行時間從小到大排列。當水位降低時，控制水泵依次逐臺停止，順序與之相反。同時自動累積水泵運行時間，實現(xiàn)水泵的自動輪值，保證水泵總是處在最佳運行狀態(tài)。當水位降低到干運轉保護水位時，水泵全停。

◆兩個加藥泵和三個閥門的監(jiān)視和控制；

◆采集預曝調(diào)節(jié)池液位和進、回水流量數(shù)據(jù)。

4.3豎流沉淀池

主要實現(xiàn)的功能有：采集進水、回水閥門的運行狀態(tài)信號，并通過自動控制程序?qū)崿F(xiàn)豎流沉淀池內(nèi)設備的自動運行控制：

◆四組進水、回水閥門的監(jiān)視和控制。

4.4生物曝氣池

主要實現(xiàn)的功能有：采集進水、出水、反沖進水、反沖進氣、曝氣進氣閥門的運行狀態(tài)信號及現(xiàn)場儀表的數(shù)據(jù)信號，并通過自動控制程序?qū)崿F(xiàn)生物曝氣池內(nèi)設備的自動運行控制：

◆六組進水、出水、反沖進水、反沖進氣、曝氣進氣閥門受時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

主要實現(xiàn)的功能有：采集反沖泵、回用泵的運行狀態(tài)信號及現(xiàn)場儀表的數(shù)據(jù)信號，并通過自動控制程序?qū)崿F(xiàn)清水池內(nèi)設備的自動運行控制：

◆三臺回用泵自動控制由池內(nèi)液位控制。其控制原理同預曝調(diào)節(jié)池的提升泵；

◆兩臺反沖泵自動控制與生物曝氣池內(nèi)的反沖進水閥聯(lián)動；

◆采集清水池液位及出水PH數(shù)據(jù)。

4.6鼓風機房

主要實現(xiàn)的功能有：采集曝氣、攪拌、反沖鼓風機的運行狀態(tài)信號，并通過自動控制程序?qū)崿F(xiàn)鼓風機房內(nèi)設備的自動運行控制：

◆兩臺曝氣鼓風機與生物曝氣池內(nèi)的曝氣進氣閥門聯(lián)動；

◆兩臺反沖鼓風機和一臺攪拌鼓風機與生物曝氣池內(nèi)的反沖進氣閥門聯(lián)動。

4.5濃縮池

主要實現(xiàn)的功能有：采集螺桿泵、濃縮一體式脫水機、螺旋輸送機的運行狀態(tài)信號及現(xiàn)場儀表的數(shù)據(jù)信號，并通過自動控制程序?qū)崿F(xiàn)濃縮池內(nèi)設備的自動運行控制：

◆兩臺螺桿泵、一臺濃縮一體式脫水機和一臺螺旋輸送機的監(jiān)視和控制。

整個污水廠的運行基本實現(xiàn)了全自動控制，所有設備運行參數(shù)及儀表數(shù)據(jù)都被送入PLC，PLC再通過以太網(wǎng)與上位監(jiān)控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，用以監(jiān)視和控制污水處理廠各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的運行。進水流量計及回水流量計通過RS485口與PLC系統(tǒng)進行通訊，保證了現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)與控制中心數(shù)據(jù)的完全一致。

　　5硬件、軟件功能介紹 
                                       
5.1硬件功能介紹

針對系統(tǒng)控制要求，和利時公司設計了基于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、過程控制、傳動控制和運動控制等領域。

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)見下表：
 

5.2軟件功能介紹

本污水處理廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用SmartPro V3.1.3上位組態(tài)軟件設計運行，該系統(tǒng)提供了友好的人機界面(見全廠工藝流程圖)，具備如下功能：
 

　　5.1.1 實現(xiàn)了工藝流程監(jiān)控

該系統(tǒng)實現(xiàn)了污水處理廠整體工藝流程、各主要工藝設備運行狀態(tài)、過程控制及各生產(chǎn)環(huán)節(jié)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實時采集與顯示，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時參數(shù)顯示表、生產(chǎn)數(shù)據(jù)歷史趨勢圖等。實現(xiàn)的工藝生產(chǎn)設備監(jiān)控功能有：所有被監(jiān)控制設備的運行狀態(tài)、啟停控制、設備與設備之間的連鎖控制、工藝參數(shù)的設定，以及PH、液位、流量等參數(shù)的顯示、報警、記錄、趨勢以及累積量計算等。

5.1.2 控制回路顯示與控制

包括電機開關、運行時序、氣動閥門開關、聯(lián)鎖控制等所有控制回路，可修改設定值、控制方式、調(diào)節(jié)參數(shù)等。

5.1.3 報警功能

包括工藝數(shù)據(jù)報警、設備故障報警、系統(tǒng)故障報警，并根據(jù)不同的報警信息提供不同的報警畫面，在故障確認后可實現(xiàn)報警解除。

5.1.4 歷史數(shù)據(jù)的存儲與檢索

記錄生產(chǎn)過程中所有參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)，記錄時間不小于一個月，并可根據(jù)要求任意設置。對重要的數(shù)據(jù)進行在線存儲。可以通過歷史報表或者歷史趨勢曲線的方式來檢索歷史數(shù)據(jù)。

統(tǒng)計分析、歷史記錄，根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，建立生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，并對這些數(shù)據(jù)進行有目的的分析，可以做出不同角度、不同應用場合的數(shù)據(jù)分析和歷史記錄。

5.1.5 操作記錄

記錄生產(chǎn)過程中操作員所進行的所有操作，記錄時間不小于一個月，并根據(jù)要求任意設置。

5.1.6 報表顯示和打印

采用了DDE技術，從而使用戶能夠直接使用Excel編制報表，借助Excel的強大功能，用戶可以隨心所欲地編制各種各樣的報表，可以是實時數(shù)據(jù)的報表，也可以是歷史數(shù)據(jù)的報表。報表打印所有受控設備的工作情況、工作狀態(tài)，儀表測點設備的流量、PH、液位等參數(shù)的定時記錄打印，以及各種管理報表，班報表、日報表、月報表和年報表。  
 
5.1.7系統(tǒng)的安全管理

對重要設備的操作、重要參數(shù)的修改均會自動記錄，包括登錄的操作員、對設備進行的操作、時間以及修改前的參數(shù)值、修改后的參數(shù)等，以利于進行管理及事故分析；系統(tǒng)設置為多用戶、多區(qū)域方式，各類用戶均有自己的用戶名和密碼，對應著不同的安全級別，決定了操作員可觀察的范圍、可使用的功能、可修改的參數(shù)等。最多可以設置為8級用戶、8級區(qū)域。
 
　　6結論

本文介紹了基于LK大型PLC的污水處理廠自控制系統(tǒng)。LK大型PLC以其強大的功能、靈活的安裝和簡單的操作應用到污水處理廠自動控制系統(tǒng)中，達到了智能控制的目的，滿足了可靠性和安全性的要求，同時減小了系統(tǒng)空間，降低了系統(tǒng)的成本。

　　參考文獻

[1] 北京和利時系統(tǒng)工程股份有限公司. LK 大型可編程控制器硬件手冊，2006

[2] 北京和利時系統(tǒng)工程股份有限公司. LK 大型可編程控制器軟件手冊，2006