1 引言隨著我國的環(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之急。投資少、運行靈活的生物曝氣濾池技術得到廣泛應用。生物曝氣濾池是污水處理研究試驗的新技術。國外從20世紀初開始進行研究,于20世紀80年代末基本成型,近年來隨著自動化技術、設備及在線監(jiān)測儀表的發(fā)展,使得對污水處理的自動化成為可能。同時對污水處理工藝進行自動化監(jiān)測和實時控制是提高污水處理效率,降低加藥量、降低能耗的關鍵。一般采用以PLC為核心的工藝過程自動監(jiān)控系統(tǒng),實時控制鼓風機、水泵、電動閥等設備及反應段時間,曝氣時間、強度，反沖洗時間及強度等，使水質達到國家規(guī)定的排放標準。由此可見，污水處理是一個多參量(如液位，水質成份，溫度、壓力、流量)、多任務(如污水輸送、風量控制、反沖水量控制、水泵的啟停等)、多設備(如格柵機、水泵、鼓風機、閥門等)且具有隨機性、時變性和耦合性的復雜系統(tǒng)。因此污水處理應由一個智能監(jiān)控與綜合管理系統(tǒng)來進行現(xiàn)代化的管理，使之安全可靠地運行。
2 現(xiàn)場總線技術在污水處理廠中，現(xiàn)場控制設備分布范圍比較廣，如果采用傳統(tǒng)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。同時使系統(tǒng)復雜，可靠性降低。采用目前比較流行的現(xiàn)場總線技術,可以降低成本,同時提高系統(tǒng)的可靠性，使系統(tǒng)易于擴展和維護。InterBus是一種國際性的開放式的現(xiàn)場總線標準。目前世界上多數(shù)自動化生產(chǎn)廠家都為它們的自動化設備提供InterBus通訊接口。InterBus已廣泛地應用于加工制造、過程控制是一項成熟的技術。使用InterBus總線模塊用于分布式控制系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳輸可以取代昂貴的24V或4～20mA并行信號線,并解決車間級普通的通信任務,提供大量數(shù)據(jù)通信服務,提供中等任務的傳輸速度。
3 系統(tǒng)組成及功能設計現(xiàn)代化的污水處理系統(tǒng)需要實現(xiàn)管理與控制一體化、實現(xiàn)辦公自動化?？刂葡到y(tǒng)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(tǒng)集成的接口，同時具有可擴展性。所以現(xiàn)代化污水處理系統(tǒng)要求在底層采用現(xiàn)場總線或者工業(yè)以太網(wǎng)等技術,上層則選用優(yōu)秀的監(jiān)控組態(tài)軟件。為了加強系統(tǒng)的可靠性,使整個系統(tǒng)長時間無故障地運行,需要采用冗余和容錯技術。根據(jù)全集成自動化(Totally Integrated Automation)的思想,將污水廠控制系統(tǒng)分為管理級、控制級、現(xiàn)場級。
3.1 管理級管理級是系統(tǒng)的核心部分，完成對污水處理過程各部分的管理和控制，并實現(xiàn)廠級的辦公自動化。管理級提供人機接口,是整個控制系統(tǒng)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，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和共享。考慮到管理層功能結構的層次性和可分割性，采用客戶／服務器的體系結構。服務器選用大型的網(wǎng)絡關系數(shù)據(jù)庫，滿足開放、分布式數(shù)據(jù)庫管理方法的要求。由服務器、管理部門計算機等站點的計算機組成的計算機辦公局域網(wǎng)。中央監(jiān)控計算機及車間級現(xiàn)場控制站組成廠區(qū)工業(yè)控制網(wǎng)，完成對各車間范圍內的生產(chǎn)過程、儀表、設備的監(jiān)控與控制;本系統(tǒng)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。
3.2 控制級控制級是實現(xiàn)系統(tǒng)功能的關鍵，也是管理級與現(xiàn)場級之間的樞紐層,其主要功能是接愛管理層的參數(shù)或命令，對污水處理生產(chǎn)過程進行控制，同時將現(xiàn)場狀態(tài)送到管理層?？刂破魇钦麄€系統(tǒng)的核心，所以在控制級中采用菲尼克斯公司的ILC350控制器，該控制器本身具有一個TCP/IP通訊接口，并通過分支模塊與遠程I/O模塊連接,遠程分布式I/O模塊與現(xiàn)場設備和傳感器通信。
3.3 現(xiàn)場級 現(xiàn)場級是實現(xiàn)系統(tǒng)功能的基礎?，F(xiàn)場級主要由一次儀表、控制設備組成。其功能主要是完成其范圍內的生產(chǎn)過程、儀表、設備的監(jiān)視與監(jiān)測及并把監(jiān)測到的數(shù)據(jù)上傳;接受控制級的指令對執(zhí)行機構進行控制。分布式配置意味著控制器、遠程I/O模塊和現(xiàn)場設備通過現(xiàn)場總線的信號電纜連接。每個控制點比較集中的控制現(xiàn)場配置一個遠程分布式智能I/O模塊IBS IL 24 BK,現(xiàn)場I/O信號直接輸入I/O模塊,每個IBS IL 24 BK模塊具兩個InterBus接口。
4 軟件設計與選型
4.1 上位機系統(tǒng)要求上位機系統(tǒng)要求具有與多臺下位機系統(tǒng)通訊的能力，實時監(jiān)控多臺下位機的工作狀態(tài)，顯示生產(chǎn)過程中的工作曲線;具有遠程控制能力;向下位機采集數(shù)據(jù)，對歷史數(shù)據(jù)進行存儲、查詢、顯示、打印等。因此,在一個自動監(jiān)控系統(tǒng)中,投入運行監(jiān)控組態(tài)軟件是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集處理中心、遠程監(jiān)視中心和數(shù)據(jù)轉發(fā)中心，處于運行狀態(tài)的監(jiān)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。
4.2 組態(tài)軟件選型選用北京亞控公司研發(fā)的KingView6.5組態(tài)軟件,該組態(tài)軟件的功能及特點是:(1) 友好的人機界面,控制操作方便。(2) 實時畫面顯示功能:用設計或實地圖片的方法生成圖形，實時地顯示某參數(shù),顯示圖表包括:全廠平面圖，全廠工藝流程圖，各構筑物的平面圖,各部分主要的工藝及設備狀況的動態(tài)模擬圖,趨勢分析圖,數(shù)據(jù)棒圖，狀態(tài)表，報警表，日報表，月報表。數(shù)據(jù)處理:利用在線數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行分析、統(tǒng)計、計算、顯示。(3) 報警功能:當某一參數(shù)異常或設備故障時,可根據(jù)不同的報警類別，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音提示，同時顯示相應的提示信息和畫面，記錄在數(shù)據(jù)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(shù)報表。(5) 打印功能:各種報表打印、各種事件及報警實時打印。(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(shù)據(jù)交換。
4.3 控制軟件編程軟件編程的主要依據(jù)為生產(chǎn)工藝提供控制的控制規(guī)律，同一種處理工藝可能會有不同的控制策略，根據(jù)對該污水廠的功能劃分共分三個功能塊:自動加藥控制、澄清池自動排泥控制、生物曝氣濾池控制。(1) 自動加藥控制:是指根據(jù)在線測得的水質參數(shù)與設定參數(shù)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，備用泵自動投入運行，計量泵配變頻器，根據(jù)進水流量、進水濁度、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) 澄清池自動排泥控制:是指根據(jù)在線測的水質參數(shù)，澄清池泥界面及出水水質實時調整排泥時間和排泥周期。(3) 生物曝氣濾池控制:根據(jù)近年來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間控制法，其中以水頭損失來控制生物曝氣濾池的的反沖洗，當設有多格曝氣池時，配水平衡的準確度直接影響了反沖洗的效果，在實際運行過程中，要實現(xiàn)各池嚴格的配水平衡，難度較大，因此在實際工程案例中一般采用時間控制法。并通過上位機設置靈活的時間調整給定界面，是保證生物曝氣濾池高效運行很好的解決方案。
5 結束語在污水處理控制系統(tǒng)中采用現(xiàn)場總線改變了傳統(tǒng)的全模擬量傳輸方式，在現(xiàn)場總線級實現(xiàn)了數(shù)字傳輸，達到了提高信號傳送精度，增強了現(xiàn)場控制靈活性。該自動控制系統(tǒng)已在酒鋼集團榆中鋼廠污水廠、西北民族大學污水廠等投入運行，取得了良好的經(jīng)濟效益與社會效益。
