【摘要】本文以鄒城污水處理廠一級A升級改造項目為背景，設計實現(xiàn)整個污水處理廠10套PLC站的聯(lián)網(wǎng)，并集成到統(tǒng)一的監(jiān)控平臺上，采用C/S結構實現(xiàn)監(jiān)控管理平臺的擴展及遠程監(jiān)控。本文同時介紹了系統(tǒng)集成過程中所涉及的關鍵技術。

　　關鍵詞：系統(tǒng)集成 水處理數(shù) 據(jù)庫監(jiān)控

　　一引言

　　為了引導城市污水處理及污染防治技術的發(fā)展，加快城市污水處理設施的建設，防治城市環(huán)境的污染，建設部國家環(huán)境保護總局對全國各大小城市的污水處理從政策上提出了更高的要求。鄒城市污水處理廠作為國家引淮工程的試點單位積極響應國家號召，對廠內(nèi)污水處理進行了一級A升級改造工程。改造的內(nèi)容包括原有一期、二期的故障維修，原有PLC系統(tǒng)的組網(wǎng)，中水回用系統(tǒng)的集成，厭氧池、濾池系統(tǒng)的設計，紫外線消毒系統(tǒng)的設計，中控系統(tǒng)的集成，關鍵視頻信號遠傳以及本地監(jiān)控系統(tǒng)的遠程管理。本文重點介紹整個污水處理廠的PLC站聯(lián)網(wǎng)，監(jiān)控系統(tǒng)集成以及集成過程中的關鍵技術。

　　二污水處理工藝介紹

　　2.1污水處理基本方法

　　污水處理就是采用各種技術與手段，將污水中所含的污染物質(zhì)分離去除、回收利用，或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，使水得到凈化。

　　現(xiàn)代污水處理技術，按處理程度劃分，一般分為三級處理：

　　一級處理，又稱物理處理，主要是去除污水中呈懸浮狀態(tài)的固體污染物質(zhì)，經(jīng)過一級處理后的污水，可去除50%左右的懸浮物，BOD一般只能去除30%左右，達不到排放標準。

　　二級處理，又稱生化處理，它是城市污水處理廠的核心，主要去除水中呈膠體和溶解狀態(tài)的有機污染物。經(jīng)二級處理后，BOD的去除率可達90%以上，污水中BOD值可降至20-30mg/L，有機污染物達到國家規(guī)定的排放標準。

　　三級處理，又稱深度處理，其目的在于進一步去除二級處理未能去除的污染物質(zhì)，其中包括微生物未能降解的有機物和氮、磷等能夠?qū)е滤w富營養(yǎng)化的可溶性無機物質(zhì)。

　　生物法具有凈化能力強、費用低廉、運行可靠性好等優(yōu)點，是污水處理的主要方法，在污水處理領域中占有重要地位。我國現(xiàn)階段的城市污水處理以生物法為主，以物理法和化學法為輔。以生物法為主的處理工藝主要有活性污泥法、A/O法、A2/O法、SBR法、MSBR法、UNITANK法、一體化氧化溝法及DAT-IAT法等，它們均具有同步降解BOD5和脫氮除磷的作用。

　　2.2本系統(tǒng)采用的工藝

　?。?）奧伯爾氧化溝工藝

　　奧伯爾氧化溝60年代在美國發(fā)明。奧伯爾氧化溝由三個橢圓形的溝道組成，來自沉砂池的污水與回流污泥混合液首先進入外溝道，再依次進入中溝道和內(nèi)溝道，最后以中心島的出水堰排至二沉池。奧伯爾氧化溝采用轉(zhuǎn)刷或轉(zhuǎn)盤曝氣，盤面密布凸起齒結，盤片與水體接觸時，可將污水打碎成細密水花，具有較高的混合充氧能力，因此成為奧伯爾氧化溝的首選設備。

　?。?）進出水指標

　　鄒城市污水處理的進出水指標如表2.1所示

　　表2.1進出水指標

　　本次改造的目標主要是控制出水COD和出水氨氮的含量，使之達到污水處理一級A標準。

　?。?）工藝流程

圖2-1鄒城污水處理廠總體工藝流程圖

　　鄒城市污水處理工藝主要包括污水處理和污泥處理兩個系統(tǒng)，如圖2-1所示。污水處理系統(tǒng)包括進水井、粗格柵間、提升泵房、細格柵間、旋流沉砂池、厭氧池、氧化溝、二沉池、紫外線消毒、濾池等，污泥處理系統(tǒng)包括污泥回流泵房、脫水機房等幾部分。

　　三系統(tǒng)集成方案設計及實現(xiàn)

　　整個污水處理廠自控系統(tǒng)由10套PLC站組成，其中7套用于主工藝流程控制，剩余3套（PLC104、PLC105、PLC106）用于中水回用系統(tǒng)。每套PLC站功能如表3.1所示。

　　表3.1各PLC站功能說明

　　3.1系統(tǒng)總體結構

　　整個系統(tǒng)由遠程監(jiān)控室、中央控制室、分布式PLC站、現(xiàn)場儀表和控制柜組成，構成四級監(jiān)控網(wǎng)絡。

　?。?）儀表和控制柜級

　　各現(xiàn)場控制柜具有兩部分功能，一是進行現(xiàn)場的手動操作，二是與各個PLC站連接，將各設備狀態(tài)信號傳送到PLC的相關采集模塊。現(xiàn)場手動操作具有比分布控制站和中央控制室更高的優(yōu)先權，只有將狀態(tài)選擇開關打到自動狀態(tài)，遠程控制程序才起作用。所以在進行自動控制調(diào)試前，首先要完成對現(xiàn)場各控制柜的調(diào)試，在保證現(xiàn)場設備安全的前提下才能進行遠程控制。儀表系統(tǒng)用來連續(xù)測量污水處理廠工藝流程中的主要工藝參數(shù)，并將測量數(shù)據(jù)送入計算機數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)。整個污水廠的過程檢測儀表分散設置于各個工藝處理構筑物內(nèi)及工藝管道上。

　?。?）分布式控制站

　　現(xiàn)場PLC完成對各點信號的采集及控制，提高了系統(tǒng)的可靠性與可維護性。觸摸屏既可以顯示儀表數(shù)據(jù)和設備狀態(tài)，又能對現(xiàn)場設備進行控制?，F(xiàn)場PLC站通過工業(yè)以太網(wǎng)與中央控制室的工程師站連接。當控制模式選擇置于“遠程”位置時，操作人員將不能利用電氣控制柜或電控箱上的啟/停按鈕對設備進行運行/停止操作，此時設備的控制權交給計算機控制，PLC將根據(jù)操作員站的控制指令，由PLC控制程序“自動”或“手動”控制設備的運行。

　?。?）中央控制室

　　能完成系統(tǒng)組態(tài)、調(diào)試及控制參數(shù)的在線修改和設置等，又能完成對整個污水處理廠的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控，報表及打印等功能；操作員站主要完成對整個污水處理廠的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控，報表及打印等功能。在系統(tǒng)正常工作時，工程師站可兼作操作員站，方便了監(jiān)視與操作，并提高了系統(tǒng)的可靠性。DLP大屏顯示全廠工藝設備的運行狀態(tài)、工藝參數(shù)以及工藝流程，以便直觀的了解全廠的狀況并對出現(xiàn)的問題做出快速反應。中控室監(jiān)控主畫面如圖3-1所示。

圖3-1中控室監(jiān)控主畫面

　?。?）遠程監(jiān)控室

　　供水集團能通過IE遠程訪問污水處理廠現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并根據(jù)實際情況下發(fā)命令。

　　3.2網(wǎng)絡組成

圖3-2系統(tǒng)網(wǎng)絡結構圖

　　整個網(wǎng)絡系統(tǒng)（如圖3-2所示）涉及到的通訊方式包括光纖、以太網(wǎng)、ControlNet。鑒于光纖通信傳輸頻帶寬、傳輸容量大以及光纖環(huán)網(wǎng)穩(wěn)定的優(yōu)點，整個廠區(qū)的分布式控制站都通過光纖環(huán)網(wǎng)連接。各個子站和主站之間的通信采用Rockwell公司的ControlNet（C網(wǎng)），保證數(shù)據(jù)通信的穩(wěn)定性。通過以太網(wǎng)光纖交換機實現(xiàn)光口與電口的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)各個PLC的連接以及PLC網(wǎng)絡和中控室監(jiān)控電腦的連接。

　　四關鍵技術介紹

　　4.1報表制作

　　傳統(tǒng)的報表制作一般是在組態(tài)軟件中借助腳本（VBA、C）實現(xiàn)，這種方式有一種致命的缺陷，那就是當組態(tài)軟件不處于運行狀態(tài)時，報表程序無法運行，導致報表中數(shù)據(jù)缺失；另外報表程序如果出現(xiàn)意外情況，比如某個時刻讀取變量時，由于網(wǎng)絡原因變量數(shù)據(jù)上不來，那么整個組態(tài)軟件將處于暫停狀態(tài)，特別是報表程序中有周期性執(zhí)行的任務情況下效果更差。本系統(tǒng)采用的獨立的報表制作程序，通過直接讀取OPC服務器中的數(shù)據(jù)，繞過組態(tài)軟件，讀取數(shù)據(jù)制作報表，這樣獨立性更好，穩(wěn)定性更高，而且可以借助可視化編程軟件的界面布局和數(shù)據(jù)處理優(yōu)勢，將報表制作的更加完善。

　　4.2數(shù)據(jù)遠傳

　　考慮到組態(tài)軟件Web發(fā)布組件成本的昂貴性，本系統(tǒng)采用C/S架構，自主開發(fā)客戶端和服務器程序，實現(xiàn)遠程訪問。

　?。?）服務器端

　　Ø可視化編程軟件：VisualBasic

　　Ø后臺數(shù)據(jù)庫：SQLServer2000

　　服務器端通過ODBC技術采集數(shù)據(jù)，并存于SQLServer數(shù)據(jù)庫中，借助SQLServer2000的安全管理機制，保證原始數(shù)據(jù)的可靠存儲。

　?。?）客戶端

　　Ø可視化編程軟件：VisualBasic

　　Ø后臺數(shù)據(jù)庫：SQLServer2000

　　客戶端采用微軟的ADO(ActiveXDataObject-動態(tài)數(shù)據(jù)對象)實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)庫的訪問，利用VisualBasic強大的圖形化設計功能將采集到的數(shù)據(jù)動態(tài)顯示在客戶端軟件中。

　　這種C/S架構一方面保證數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性和易實現(xiàn)性，另一方面也為企業(yè)的信息管理層，如ERP系統(tǒng)留出了接口，為企業(yè)管控一體化打下了基礎。

　　五結束語

　　統(tǒng)一化、規(guī)范化是企業(yè)標準化管理的要求，本系統(tǒng)從實際角度出發(fā)，實現(xiàn)污水處理廠所有分布式控制站連接，在中控室實現(xiàn)控制平臺的集成。并采用性價比較高的C/S架構保證數(shù)據(jù)遠程功能的實現(xiàn)，為企業(yè)的管控一體化提供了技術支持。

　　作者簡介：

　　張嘯(1987-)男在讀碩士研究生主要研究方向：電力電子及電力傳動