| 污水处理过程的共同特点就是开关量多，模拟量少，以逻辑顺序控制为主，闭环回路控制为辅，因此PLC在污水处理行业得到了广泛应用，实现了对污水处理整个过程的实时监测和控制。
随着现代控制技术和计算机技术的飞速发展，控制技术在污水厂中得到了广泛应用，使得整个污水处理过程实现了计算机监测、控制和管理，完成了高质量、低成本、稳定可靠的运营方式。PLC具有通用性好，可靠性高，安装灵活，扩展方便，性价比高等一系列优点，而且其总线与网络能力越来越强，可方便地与上位机组成控制系统；另一方面，污水处理过程的共同特点就是开关量多，模拟量少，以逻辑顺序控制为主，闭环回路控制为辅，因此PLC在污水处理行业得到了广泛应用，实现了对污水处理整个过程的实时监测和控制，从而保障了生产过程的连续性，降低了劳动强度，实现了少人或无人值守的目标。本文以济南市水质净化一厂为例，说明PLC控制系统在污水处理厂的应用。
污水处理工艺流程
该污水处理厂一期工程日处理污水22万t，水处理工艺采用传统活性污泥法工艺，泥处理工艺采用中温厌氧消化，压滤脱水工艺，出水指标稳定达到国家二级排放标准。其工艺流程图见图1。
PLC控制站的配置与功能
1．PLC控制站的硬件配置
选用日本OMRON公司的C200HS PLC，C200HS PLC为模块式结构，CPU单元为系统的核心，包括电源、微处理器、系统存储器、控制逻辑和接口电路等。基本I／O单元和智能I／O单元提供现场输入设备和控制输出设备与CPU的接口电路。
从污水处理工艺流程可以看出，污水处理的自动控制过程比较复杂，输入输出点较多。针对此情况，我们建立了2个PLC站：PLCA和PLCB。其中，PLCB为主站，PLCA为从站，PLCB与PLCA之间的通信是利用C200HS—CPU自带的RS232口，采用RS—232C串行通信接口标准。由于输入输出点数较多，PLCA和PLCB又分别带有2个扩展母板，并根据需要配置了I／O单元。PLC站的硬件配置为：CPU模块采用C200HS—CPU21－E，开关量输入模块采用ID212H和ID216，开关量输出模块采用OC225和OD218，模拟量输入模块采用AD003，模拟量输出模块采用DA003，扩展的电源模块采用PS221，上位机链接模块采用LK201。现场各个监控点的物理参数，由对应的一次仪表传感器或变送器检测出来并转变为4～20mA电流信号，经屏蔽电缆送到各个子系统的PLC内，PLC通过各种模块接口采样电信号；控制信号由PLC输出后以4～20mA电流形式送到执行机构，控制执行机构的动作，例如：流量的测量，一次仪表把流量信号转换为脉冲信号计数，从而测得对应的流量。同时还配置了一台模拟控制台，由主机、模拟屏、模拟仪表等组成，能显示生产设备的运行状态、报警信号，并记录和累计测量值。
2．PLC控制站的控制功能
该厂设备控制方式分为中央控制和就地控制两种。就地控制装置分别设置在各单元设备附近，通过现场“手动／自动”开关切换到手动，可由现场开关直接控制设备，这是最高优先控制，在这一模式下，PLC仅对运行状态作监视。当现场“手动／自动”开关切换到自动，则成为中央控制方式。在PLC的运行程序中又设置了上位机控制方式（VDU方式）和PLC控制方式；当上位机切换到VDU方式时，PLC接收上位机发出的指令，可以通过计算机直接遥控现场设备，如起动或停止各类泵、风机、阀、搅拌器和浓缩池刮泥桥等；当上位机切换到PLC方式时，PLC按预先设定的测量液位、流量、溶解氧等参数自动操作泵、风机等，并监视设备运行情况。
2个PLC站各控制不同的单元，PLCB控制进水泵单元、沉砂池单元、初沉池单元、曝气池单元、二沉池单元、前浓缩池单元，并负责与上位机的通信；PLCA控制前浓缩池单元、污泥消化与加热单元、脱硫单元，后浓缩池单元、污泥脱水单元、热交换单元，并负责集控室模拟屏的显示。下面以进水泵房单元和曝气池单元的控制为例来说明PLC的控制功能。
（1）进水泵房单元的PLC控制
进水泵房装有10台进水泵和一套超声波液位计，以液位的高低来控制泵的起停，保持进水泵房水位的相对稳定，同时避免设备的频繁起动，其控制过程为：超声波液位汁测量进水泵房液位（3L11），当低于液位下下限（3LL2）时，每隔5s关2台泵，直至泵全部关闭；当液位在下下限与下限（3LL1）之间时，每隔10s关一台泵；当液位在下限与上限（3LH1）之间时，各进水泵保持不变；当液位在上限与上上限（3LH2）之间时，每隔10s开一台泵；当液位高于上上限时，每隔5s开2台泵，直至泵全部开起。其控制流程图如图2所示。
（2）曝气池单元的PLC控制
鼓风机房共有9台风机，其中有2台是变频风机，曝气池中共设有6套溶解氧测试仪。曝气池的控制思路是通过计算机给这些DO仪设置一个测量范围，当进水量达到平衡，池中悬浮物浓度合乎标准时，一旦水中含氧突破这个范围，PLC就会收到现场溶解氧仪反馈回的报警信号。PLC便根据现场测量值来调节鼓风量。鼓风机开起的台数由PLC根据测量的溶解氧的平均值来控制，PLC每隔10min判断一次曝气池内的溶解氧值，溶解氧低于设定下限时，调频风机增加10％，若调频风机已达最大值，则增开一台普通分风机，溶解氧高于设定上限时调频风机减少10％，若调频风机已达最小值，则关闭一台普通风机。其控制流程图如图3所示。
控制系统的软件配置及功能
1．控制系统的软件配置
该系统的上位机监控部分是用Wonder ware公司的InTouch 7.0软件开发完成的。InTouch是创建运行在Microsoft Windows操作系统下的人机界面的工控组态软件，利用InTouch，可以开发出强大而功能齐备的应用程序，以充分利用Microsoft Windows的主要特点，如动态数据交换（DDE）、对象链接与嵌入及图形界面等。
InTouch包括两个部分：Window Maker和Window Viewer。此外，InTouch还包括诊断程序Wonder ware Logger。Window Maker开发环境，可以使用面向对象的图形来创建富于动画感的触控式显示窗口，这些显示窗口可以连接到工业I／O系统和其他Microsoft Windows应用程序；Window Viewer用于显示在Window Maker中创建的图形窗口的运行环境，它执行InTouch Quick Script执行历史数据的记录和报告，处理报警记录和报告，并且可以充当DDE和SuiteLink通信协议的客户机和服务器。
2．上位机的监控功能
该厂污水处理生产过程控制系统中所有主要仪表和运行设备以及系统运行状态等均在人机界面中得到体现。创建的窗口画面主要有3大类：主画面、报表和曲线。在画面上有动态的工艺显示，实时、历史的报警记录窗和曲线记录窗，以及各种参数设定的弹出窗。主要实现了以下功能：
（1）主画面能显示全厂所有设备的运行状态和测量的各种参数值。主画面主要包括两个部分：水处理部分和泥处理部分。水处理部分共有8个监控画面，泥处理部分共有6个监控画面。另外还设立5个监控画面来监控电动机控制中心及高配间的运行状况。上述各个画面中都实时显示了所有受PLC系统监控的设备的运行状况与数值，通过利用InTouch的动画链接功能，改变对象或符号的外观来反映标记名或表达式的变化，如一个泵的符号，当它关闭时显示绿色，当它运行时显示红色，当它故障时闪烁显示。
（2）共创建了7个报表画面，包括水处理在线仪表、泥处理在线仪表、报警记录表、上位机可改变参数表、设备运行时间记录表、设备运行时间清零表和累计流量报表，可以方便快捷地查看各种仪表测量值、设备故障记录和设备的各种运行统计数据，并可以通过上位机修改泵房的液位限值、风机频率、溶解氧限值及判别等待时间等参数。通过报表编辑器，可以实现定期或随机的相关信息的打印输出。
（3）利用InTouch的实时趋势和历史趋势功能，以曲线的形式显示了进水泵、鼓风机、回流污泥泵、前浓缩污泥泵等主要设备的电流变化和曝气池溶解氧变化，以便更好地掌握设备的运行状况，及时发现异常情况，并可记录各设备的运行时间。运用实时趋势功能动态地显示当前时间以前的8h内各设备的电流变化情况；运用历史趋势功能动态显示在当前时间以前1个月内各设备的电流变化情况。同时还创建了全厂进线电压、电流和功率的显示曲线。
（4）利用InTouch的接触链接功能，操作人员可以通过上位机发出指令直接控制现场设备，如起动或停止各类泵、风机、阀门和搅拌器等，大大加强了对设备的管理和控制功能。
（5）报警功能 InTouch的通知系统能通知操作人员有关的过程和系统的情况，当某一设备发生故障时，画面上出现“报警”字样，并且代表该设备的图形将闪烁，在报警记录中出现故障发生时间、故障设备名称及报警原因等，因此能及时通知操作人员，以便最快地排除故障，恢复生产运行。
结 论
济南市水质净化一厂PLC控制系统自投入运行以来，操作人员的工作量和劳动强度大大降低，对能源和设备的利用更加合理，解决了污水处理厂设备分散、复杂、难以控制的难题，实现了节约能源，降低能耗，出水指标稳定并且达到国家二级排放标准，对改善济南市水体质量环境发挥着极其重要的作用。 |
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