一 引言
      隨著人民生活水平的提高和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的需要，污水處理越來越受到社會的重視。污水處理既可以起到環(huán)保作用，又可以實現(xiàn)水的重復(fù)利用，節(jié)約水資源。為了提高污水處理的質(zhì)量和效率，同時節(jié)省人力、物力，設(shè)計一套自動化監(jiān)控系統(tǒng)是十分必要的。本文以鄆城縣污水處理廠為例，介紹了中小型污水處理廠自動化監(jiān)控系統(tǒng)的整體設(shè)計方案。
二 本系統(tǒng)污水處理工藝介紹
      鄆城縣污水處理廠采用倒置A2/O處理工藝(如圖1)，A2/O工藝，是目前較為流行的具有一定代表性的污水生物脫氮除磷技術(shù)。該工藝的生化部分由厭氧（A1） 、缺氧（A2） 、好氧（O） 三區(qū)段組成。其中A1 區(qū)位于工藝的最前端,A2區(qū)、O區(qū)順居其后,形成所謂A1/A2/O布置形式。1996年張波博士首先提出厭氧/缺氧環(huán)境倒置的A2/O工藝，即A2/A1/O布置形式,并為該工藝在理論上做出了科學(xué)分析。經(jīng)過多年的系統(tǒng)研究，證實了該工藝不僅在脫氮除磷效果方面優(yōu)于常規(guī)的A2/O工藝，而且工藝流程更為簡捷；畢學(xué)軍博士在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善了已有的理論，同時探討了生產(chǎn)性規(guī)模運(yùn)用的可行性，確定了恰當(dāng)?shù)墓に囘\(yùn)行參數(shù)，指出各區(qū)段有效容積比：A2/A1/O為1:1:2。實踐經(jīng)驗表明，倒置A2/O工藝的氮磷脫除功能明顯優(yōu)于常規(guī)A2/O工藝，其CODCr去除能力則與常規(guī)A2/O工藝相當(dāng)。

 
污水處理總體工藝流程如圖2所示。

 
三 系統(tǒng)整體設(shè)計
      本系統(tǒng)以O(shè)MRON公司的CJ1M和SIEMENS公司的S7-300、S7-200 PLC作為數(shù)據(jù)采集及控制單元，配合各種檢測儀表和控制設(shè)備對污水的液位、流量、pH值、溫度及溶解氧濃度等控制量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，同時，按照控制要求對各個現(xiàn)場設(shè)備如粗細(xì)格柵、提升泵、鼓風(fēng)機(jī)等進(jìn)行相應(yīng)控制。本系統(tǒng)根據(jù)工藝流程和控制要求設(shè)立了5個分布站，各站通過以太網(wǎng)與上位機(jī)相連。上位機(jī)通過亞控公司的組態(tài)王和各站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，從而實現(xiàn)集中控制。
整個監(jiān)控系統(tǒng)分為三部分:一是現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集部分，完成數(shù)據(jù)采集功能；二是現(xiàn)場控制單元，分現(xiàn)場控制柜和PLC站，現(xiàn)場控制柜主要完成手動控制，PLC站主要完成數(shù)據(jù)處理、自動控制及通訊功能；三是上位監(jiān)控部分，主要監(jiān)視現(xiàn)場各工藝流程運(yùn)行狀況并實施遠(yuǎn)程控制功能。
四 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
      根據(jù)污水處理的工藝要求及現(xiàn)場環(huán)境，本系統(tǒng)主要采用了工業(yè)控制計算機(jī)（IPC）+可編程控制器（PLC）+現(xiàn)場檢測儀表的監(jiān)控模式。本控制系統(tǒng)通過現(xiàn)場檢測儀表采集工藝參數(shù)，PLC作為主要現(xiàn)場控制單元，根據(jù)污水處理工藝流程讀取現(xiàn)場儀表信號及各被控設(shè)備狀態(tài)信號，同時將控制信號傳至各控制設(shè)備。利用IPC作為上位機(jī)，進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理。通過工業(yè)以太網(wǎng)將各控制站、中央控制室的工程師站相連，形成一個完整的通訊網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)監(jiān)控。整個自動化監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)采集、處理、監(jiān)視及對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制的功能。
整個系統(tǒng)由中央控制室、各分布PLC控制站和現(xiàn)場儀表及電控柜構(gòu)成三級監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

 
圖3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

      本系統(tǒng)中，組態(tài)王通過網(wǎng)卡以TCP/IP協(xié)議與三種不同型號PLC--OMRON CJ1M，SIEMENS S7-300和S7-200通信。PLC的以太網(wǎng)口通過光纖連到以太網(wǎng)交換機(jī)，工控機(jī)通過普通網(wǎng)卡與交換機(jī)相連，從而實現(xiàn)各分站PLC與監(jiān)控計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)通訊，兩臺監(jiān)控計算機(jī)之間也可以通過網(wǎng)絡(luò)傳遞數(shù)據(jù)以及打印報表等。網(wǎng)絡(luò)通訊結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。
 

圖4網(wǎng)絡(luò)通訊結(jié)構(gòu)圖

五 系統(tǒng)軟件設(shè)計
      本監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包含PLC程序開發(fā)和上位監(jiān)控界面的開發(fā)。
1  PLC編程軟件
      PLC編程軟件采用歐姆龍公司的編程組態(tài)軟件CX-Programmer 7.0，適用于OMRON各系列的PLC，它可完成用戶程序的建立、編輯、檢查、調(diào)試以及監(jiān)控，同時還具有完善的維護(hù)功能，使得程序的開發(fā)及系統(tǒng)的維護(hù)更為簡單、快捷。能夠在Windows 2000或Windows XP平臺運(yùn)行，具備如硬件的配置和參數(shù)設(shè)置、通信的定義、編程、測試、啟動和服務(wù)、文檔/存檔、操作/診斷功能等基本功能，所有這些功能均有詳細(xì)的聯(lián)機(jī)幫助，以便用戶掌握。采用結(jié)構(gòu)化、多任務(wù)的編程方式，支持梯形圖（LAD）、語句表（STL）、結(jié)構(gòu)文本語言、功能塊（FB）等符合IEC的編程方式。圖5為系統(tǒng)硬件組態(tài)圖。 

 
圖5  硬件組態(tài)

2 上位監(jiān)控組態(tài)軟件
      目前流行的組態(tài)軟件很多，如INTOUCH、iFIX、WINCC、組態(tài)王等，其中組態(tài)王6.52性價比高，網(wǎng)絡(luò)通信功能比較完善，能夠很好地滿足本系統(tǒng)的要求，故采用它來開發(fā)上位監(jiān)控界面（如圖6所示）。
 

圖6 工藝流程上位監(jiān)控畫面 

六 結(jié)束語
      本文在分析了污水處理的基本原理的基礎(chǔ)上設(shè)計控制方案，并將先進(jìn)的智能控制策略應(yīng)用于污水處理系統(tǒng)，提高了污水處理廠的生產(chǎn)效率，降低了能耗。針對污水處理的自動化監(jiān)控系統(tǒng)的研究可以為污水處理廠的技術(shù)改造提供科學(xué)的方法和理論依據(jù)，也可以為污水處理設(shè)備的開發(fā)研制和創(chuàng)新提供理論基礎(chǔ)和研究方法。