基于Interbus的生物曝氣濾池工藝污水處理自動(dòng)控制系統

引言

隨著(zhù)我國的環(huán)保事業(yè)迅速發(fā)展,工業(yè)廢水、生活污水的凈化處理成為當務(wù)之急。投資少、運行靈活的生物曝氣濾池技術(shù)得到廣泛應用。生物曝氣濾池是當今世界污水處理研究試驗的新技術(shù)。國外從20世紀初開(kāi)始進(jìn)行研究，于20世紀80年代末基本成型，近年來(lái)隨著(zhù)自動(dòng)化技術(shù)、設備及在線(xiàn)監測儀表的發(fā)展，使得對污水處理的自動(dòng)化成為可能。同時(shí)對污水處理工藝進(jìn)行自動(dòng)化監測和實(shí)時(shí)控制是提高污水處理效率，降低加藥量、降低能耗的關(guān)鍵。一般采用以PLC為核心的工藝過(guò)程自動(dòng)監控系統，實(shí)時(shí)控制鼓風(fēng)機、水泵、電動(dòng)閥等設備及反應段時(shí)間，曝氣時(shí)間、強度，反沖洗時(shí)間及強度等，使水質(zhì)達到國家規定的排放標準。
由此可見(jiàn)，污水處理是一個(gè)多參量（如液位，水質(zhì)成份，溫度、壓力、流量）、多任務(wù)（如污水輸送、風(fēng)量控制、反沖水量控制、水泵的啟停等）、多設備（如格柵機、水泵、鼓風(fēng)機、閥門(mén)等）且具有隨機性、時(shí)變性和耦合性的復雜系統。因此污水處理應由一個(gè)智能監控與綜合管理系統來(lái)進(jìn)行現代化的管理，使之安全可靠地運行。

1、現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)

在污水處理廠(chǎng)中，現場(chǎng)控制設備分布范圍比較廣，如果采用傳統的控制方案，勢必要敷設大量的控制和信號電纜，浪費大量的人力和物力，十分不經(jīng)濟。同時(shí)使系統復雜，可靠性降低。采用目前比較流行的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，可以降低成本，同時(shí)提高系統的可靠性，使系統易于擴展和維護。InterBus是一種國際性的開(kāi)放式的現場(chǎng)總線(xiàn)標準。目前世界上多數自動(dòng)化生產(chǎn)廠(chǎng)家都為它們的自動(dòng)化設備提供InterBus通訊接口。InterBus已廣泛地應用于加工制造、過(guò)程控制是一項成熟的技術(shù)。使用InterBus總線(xiàn)模塊用于分布式控制系統的高速數據傳輸可以取代昂貴的24V或4～20mA并行信號線(xiàn)，并解決車(chē)間級普通的通信任務(wù)，提供大量數據通信服務(wù)，提供中等任務(wù)的傳輸速度。

2、系統組成及功能設計

現代化的污水處理系統需要實(shí)現管理與控制一體化、實(shí)現辦公自動(dòng)化?？刂葡到y不僅與下層控制設備有良好的接口，而且具有與上層管理系統集成的接口，同時(shí)具有可擴展性。所以現代化污水處理系統要求在底層采用現場(chǎng)總線(xiàn)或者工業(yè)以太網(wǎng)等技術(shù)，上層則選用優(yōu)秀的監控組態(tài)軟件。為了加強系統的可靠性，使整個(gè)系統長(cháng)時(shí)間無(wú)故障地運行，需要采用冗余和容錯技術(shù)。根據全集成自動(dòng)化（Totally Integrated Automation）的思想，將污水廠(chǎng)控制系統分為管理級、控制級、現場(chǎng)級。

（1）管理級是系統的核心部分，完成對污水處理過(guò)程各部分的管理和控制，并實(shí)現廠(chǎng)級的辦公自動(dòng)化。管理級提供人機接口，是整個(gè)控制系統與控制部分信息交換的界面。管理級的各臺計算機具有相互通訊功能，實(shí)現數據交換和共享?？紤]到管理層功能結構的層次性和可分割性，采用客戶(hù)／服務(wù)器的體系結構。服務(wù)器選用大型的網(wǎng)絡(luò )關(guān)系數據庫，滿(mǎn)足開(kāi)放、分布式數據庫管理方法的要求。由服務(wù)器、管理部門(mén)計算機等站點(diǎn)的計算機組成的計算機辦公局域網(wǎng)。中央監控計算機及車(chē)間級現場(chǎng)控制站組成廠(chǎng)區工業(yè)控制網(wǎng)，完成對各車(chē)間范圍內的生產(chǎn)過(guò)程、儀表、設備的監控與控制；本系統采用研華公司生產(chǎn)的兩臺工業(yè)計算機(操作員站及工程師站)互為備用，它們之間通訊協(xié)議是TCP/IP。
（2）控制級?？刂萍壥菍?shí)現系統功能的關(guān)鍵，也是管理級與現場(chǎng)級之間的樞紐層，其主要功能是接愛(ài)管理層的參數或命令，對污水處理生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制，同時(shí)將現場(chǎng)狀態(tài)送到管理層?？刂破魇钦麄€(gè)系統的核心，所以在控制級中采用菲尼克斯公司的ILC350控制器，該控制器本自具有一個(gè)TCP/IP通訊接口，并通過(guò)分支模塊與遠程I／O模塊連接，遠程分布式I／O模塊與現場(chǎng)設備和傳感器通信。
（3）現場(chǎng)級。 現場(chǎng)級是實(shí)現系統功能的基礎?，F場(chǎng)級主要由一次儀表、控制設備組成。其功能主要是完成其范圍內的生產(chǎn)過(guò)程、儀表、設備的監視與監測及并把監測到的數據上傳；接受控制級的指令對執行機構進(jìn)行控制。分布式配置意味著(zhù)控制器、遠程I／O模塊和現場(chǎng)設備通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)的信號電纜連接。每個(gè)控制點(diǎn)比較集中的控制現場(chǎng)配置一個(gè)遠程分布式智能I／O模塊IBS IL 24 BK，現場(chǎng)I／O信號直接輸入I／O模塊，每個(gè)IBS IL 24 BK模塊具兩個(gè)InterBus接口。
根據此設計思想和關(guān)鍵技術(shù)方案分析，在酒鋼集團榆中鋼廠(chǎng)污水廠(chǎng)的自動(dòng)控制設計中采用系統總體結構

3、上位組態(tài)軟件

上位機系統要求：具有與多臺下位機系統通訊的能力，實(shí)時(shí)監控多臺下位機的工作狀態(tài)，顯示生產(chǎn)過(guò)程中的工作曲線(xiàn)；具有遠程控制能力；向下位機采集數據，對歷史數據進(jìn)行存儲、查詢(xún)、顯示、打印等。因此，在一個(gè)自動(dòng)監控系統中，投入運行監控組態(tài)軟件是系統的數據收集處理中心、遠程監視中心和數據轉發(fā)中心，處于運行狀態(tài)的監視組態(tài)軟件與各種控制、檢測設備共同構成快速響應的控制中心。
選用北京亞控公司研發(fā)的KingView6.5組態(tài)軟件，該組態(tài)軟件的功能及特點(diǎn)是：
（1）友好的人機界面，控制操作方便。
（2）實(shí)時(shí)畫(huà)面顯示功能：用設計或實(shí)地圖片的方法生成圖形，實(shí)時(shí)地顯示某參數，顯示圖表包括：全廠(chǎng)平面圖，全廠(chǎng)工藝流程圖，各構筑物的平面圖，各部分主要的工藝及設備狀況的動(dòng)態(tài)模擬圖，趨勢分析圖，數據棒圖，狀態(tài)表，報警表，日報表，月報表。數據處理：利用在線(xiàn)數據和數據庫中的數據進(jìn)行分析、統計、計算、顯示。
（3）報警功能：當某一參數異?；蛟O備故障時(shí)，可根據不同的報警類(lèi)別，發(fā)出諸如聲、光報警、屏幕報警、輸入報警表、打印機輸出或播放事先錄制的語(yǔ)音提示，同時(shí)顯示相應的提示信息和畫(huà)面，記錄在數據庫中，且可分等級。
（4）報表功能：生存并存貯年、月、日報表及運行參數報表。
（5）打印功能：各種報表打印、各種事件及報警實(shí)時(shí)打印。
（6）通訊功能：該組態(tài)軟件支持如DDE、OLE、ODBC、OPC和SQL等標準，可以提供多種方式與上層數據交換。

4、控制軟件編程

軟件編程的主要依據為生產(chǎn)工藝提供控制的控制規律，同一種處理工藝可能會(huì )有不同的控制策略，根據對該污水廠(chǎng)的功能劃分共分三個(gè)功能塊：自動(dòng)加藥控制、澄清池自動(dòng)排泥控制、生物曝氣濾池控制。
（1）自動(dòng)加藥控制：是指根據在線(xiàn)測得的水質(zhì)參數與設定參數形成閉環(huán)控制。每座澄清池配兩臺計量泵，一運一備，當任何一臺泵事故時(shí)，備用泵自動(dòng)投入運行，計量泵配變頻器，根據進(jìn)水流量、進(jìn)水濁度、出水濁度信號控制計量泵沖程及馬達轉速，從而達到控制加藥量的目的。
（2）澄清池自動(dòng)排泥控制：是指根據在線(xiàn)測的水質(zhì)參數，澄清池泥界面及出水水質(zhì)實(shí)時(shí)調整排泥時(shí)間和排泥周期。
（3）生物曝氣濾池控制：根據近年來(lái)對生物曝氣濾池運行控制方式的研究，生曝氣濾工藝控制可分為水頭損失法和時(shí)間控制法，其中以水頭損失來(lái)控制生物曝氣濾池的的反沖洗，當設有多格曝氣池時(shí)，配水平衡的準確度直接影響了反沖洗的效果，在實(shí)際運行過(guò)程中，要實(shí)現各池嚴格的配水平衡，難度較大，因此在實(shí)際工程案例中一般采用時(shí)間控制法。并通過(guò)上位機設置靈活的時(shí)間調整給定界面，是保證生物曝氣濾池高效運行很好的解決方案。

5、結束語(yǔ)
在污水處理控制系統中采用現場(chǎng)總線(xiàn)改變了傳統的全模擬量傳輸方式，在現場(chǎng)總線(xiàn)級實(shí)現了數字傳輸，達到了提高信號傳送精度，增強了現場(chǎng)控制靈活性。該自動(dòng)控制系統已在酒鋼集團榆中鋼廠(chǎng)污水廠(chǎng)、西北民族大學(xué)污水廠(chǎng)等投入運行，取得了良好的經(jīng)濟效益與社會(huì )效益。