PLC在一级污水处理厂中的应用
一、一级污水处理工艺简述
污水处理工艺可分为三类，即一级处理、二级处理、三级处理，还有考虑综合利用的。国内目前综合考虑投资、运行成本、处理效果等因素，根据污水水质情况，多采用一级和二级处理方式。
一级处理也称物理法处理，其工作原理是利用过滤、旋流分离等方法去除污水中的悬浮物和泥砂。一级处理可去除污水中约50%的污物，适用于污水中有机物质含量较低的情况，常作为二级污水处理厂的预处理工序。
一级污水处理工艺如图1所示。主要设备有格栅、水泵、沉砂池、风机、吸砂泵、旋转筛网、除渣机、滤清器等。
H—水位测量；P—压力测量；SS—浊度测量；Q—流量测量；BOD—生物耗氧量；PH—酸碱度测量
图1 一级污水处理工艺示意图
工艺的过程为：城市污水汇集到集水池，由一组水泵提升到前池；弧形格栅清除污水中的体积较大的污物和漂浮物；在沉砂池中，压缩空气与污水混合，分离出的泥砂沉淀于底部，由吸砂泵吸出；旋转筛网进一步的滤除污物；滤清器用于对筛网进行冲洗。
图1中的水位、浊度、流量等为被调量；生物耗氧量和酸碱度测量值供监视。
二、控制系统的拓扑结构
图2 控制系统示意图
图2所示为该污水处理厂的分层控制系统示意图。PLC为现场控制层，操作员站和调度站为操作控制层，其它管理用计算机组成管理层。
该污水处理站没有模拟控制盘，主控室内只有操作员站和调度站，现场控制器采用PLC。由图2可知，该污水处理厂的所有机电设备全部由控制系统控制。MCC为电控柜，安装在变压器室，分别装有手/自动选择开关，调试或控制系统发生故障时可在现场手动。
PLC直接与MCC柜、测量仪表连接，完成所有模拟量、开关量的数据采集和标度变换，对现场设备进行自动控制和连锁保护等功能。当上位机或网络处于故障情况下，PLC可以独立工作。
PLC与操作员站、调度站采用RS232连接，各占用一个串行通讯口。为防止误操作，调度站仅能读出PLC的内容，不能对PLC进行操作。
调度站通过100M以太网与计算机信息管理系统连接，站内管理用计算机均可实时监视现场运行状况。
在上位机上运行监督控制及数据采集（Supervisory Control And Data Acquisition，简称SCADA）软件，提供界面编辑、数据采集及处理、监督控制、性能计算、历史数据存储等功能。
调制解调器用于与市政管理网络进行数据交换。
三、现场控制器
PLC选用OMRON的SYSMAC CVM1，因PLC可靠性很高，而MCC柜中均装有常规保护装置，未采取冗余措施。
系统的控制变量共195点，其中DI124点、AI42点、DO25点、AO4点。
表1给出主要控制变量的有关参数。
表1
| 序号 | 测点名称 | 测点类型 | 测点编号 | 数量 |
| 1 | 浊度测量 | AI | SS1、SS2 | 2 |
| 2 | 水位测量 | AI | H1、H2、H3 | 3 |
| 3 | 生物耗氧量 | AI | BOD | 1 |
| 4 | 酸碱度测量 | AI | PH | 1 |
| 5 | 流量测量 | AI | Q1 | 1 |
| 6 | 初级电压 | AI | VA、VB、VC | 3 |
| 7 | 初级电流 | AI | IA、IB、IC | 3 |
| 8 | 次级电压 | AI | Va、Vb、Vc | 3 |
| 9 | 水泵电流 | AI | I1、I4 | 4 |
| 10 | 辅机电流 | AI | 19 | |
| 11 | 功率 | AI | N | 1 |
| 12 | 功率因数 | AI | cosφ | 1 |
| 13 | 变频器控制 | AO | Iv | 1 |
| 14 | 执行机构 | AO | 3 | |
| 15 | 逻辑输入 | DI |
12 4 |
|
| 16 | 控制输出 | DO | 25 |
PLC编程软件采用OMRON公司为其SYSMAC系列PLC产品开发的、在WINDOWS环境下运行的SYSWIN V3.1。SYSWIN编程软件与其它的PLC编程软件相比，能将整个控制程序分解为被称作任务的子程序。这种编程方式***突出的特点是以功能为目的，将任务以标准程序单元创建，可以反复调用，编写的程序容易理解，易于调试。
PLC控制程序分为10个标准模块：
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公用程序：包括寝化部分和提供秒、分、时等时间脉冲；
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顺序控制：协调控制各设备的运行；
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联锁保护：出现异常工况时，保护设备安全；
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水泵软启停：由1台变频器实现4台潜水泵的启停操作；
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PID调节：根据集水池水位、排放浊度控制流量；
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模拟量计算：将电量、流量、浊度、水位等转换为工程量；
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台时累积计算：累积各设备运行时间；
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设备均时控制：根据同类设备累积运行时间，启停操作时使之趋于平衡；
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日常工作：定时启动滤清器、出渣机；
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通讯处理：接操作员站发出控制指令和各类参数设置。
四、上位机控制软件
操作员站和调度站的用户界面相似，但功能有所不同。操作员站侧重于实时监控，而调度站侧重于监视和数据管理。
1、操作员站
操作员站上采用OMRON公司的SCS监控软件组态，其功能可分为监视、控制和参数设置等几个部分。
（1）监视功能及画面公用程序：
对整个污水处理工艺的过程变量和状态变量实时显示。
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生产过程：由总流程图、集水池及水泵、前池及隔栅、沉砂池及砂桥、后池及旋转隔栅等子画面组成。机械设备的状态以动画形式显示，有关模拟量以数值形式显示。
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电气：显示全站的电气接线图，以灯光形式表达电气设备的状态，以数值形式显示电气运行参数。电器设备包括主变压器、MCC1——MCC4、水泵及其它辅机等。
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成组显示：以数值形式显示所有的过程运行参数和电气运行参数。
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实时趋势：所有模拟量以曲线形式显示，由操作员选择子画面。
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报警：当有模拟量越限或联锁保护动作时，发出声光信号，并记录起始和恢复时间。
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登录：用户权限及身份的登记。
（2）控制功能及画面
监控系统具有手动控制、顺序控制、自动调节等功能，通过相应画面进行操作。
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手动控制：在生产过程画面上可对每台设备进行启/停操作，用于调试和事故工况。
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顺序控制：在自动工况下，通过一个控键即可完成整个工艺过程的启/停操作。
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自动调节：通过对进水量、水位、污水浊度等参数连续实时监测，调整水泵台数及转速，并对辅机等设备进行控制，使污水处理系统运行在***佳状态。