Wonderware Intouch7.0软件在济南污水处理厂中的应用

1 引言 济南污水处理厂由上海市政工程设计院设计，设计日处理能力45万m3。一期工程引进AQUA公司污水处理设备及自动控制系统，日处理污水22.5万m3，已于1995年建成投运，有效地改善了小清河水系的水质污染状况，取得了良好的经济和社会效益.为确保污水处理工艺和设备能够长期安全可靠地运行，我们采用PLC可编程序控制器和常规检测仪表设计了一套运行可靠的自动监测和安全联锁系统。该系统集过程控制和科学管理于一体，具有可靠性高、控制性能优越、管理功能完善等优点，对指导工艺及设备的正常运行，提高自动化控制和管理水平发挥了重要作用。 2 污水处理工艺 AQUA公司针对济南市污水的水量、水质和处理要求，采用推流式射流曝气活性污泥法及污泥中温消化……脱水处理工艺，其流程如图1所示。 3 PLC、上位机的控制及监控软件的主要功能 PLC具有通信功能，PLC与PLC之间、PLC与上位机之间可以进行通信，PLC采集的数据及PLC的状态可传送给上位机，也可以接受上位机的指令进行重新组态，修改控制参数及直接控制现场执行仪表设备，对PLC参数的修改只能在与PLC直接连接的计算机上通过SSS软件修改。 主控工作站由上位机及标准外设组成。上位机采用PⅡ233，32Mb内存，3.2GB硬盘，该机负责全系统的管理和信息综合，利用Intouch7.0工程软件包提供的良好的人机对话界面，以查询方式从PLC获取的有关参数和设备状态信息，用棒图形式在CRT上直观显示出来，同时打印必要的数据，供主控及管理人员指导生产。同时上位机兼做编程器。 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。 监控软件的主要功能：①提供工艺过程参数检测流程图，模拟量显示图，模拟量棒图，趋势图等动态画面显示各主要设备运行时间参数和控制回路参数设置画面。据此操作人员或工艺员可 对整个工艺和设备有一个详细和形象有了解。②系统主要参数和报警信号登录。登录数据可供工艺人员和控制系统设计人员参考，以分析设备运行情况，进一步改进控制方案，提高系统的运行效率。并对故障设备及超越仪表设定值“报警”闪炼，提醒操作人员采取相应措施，确保了生产安全，同时给出可能的故障原因和解决办法。③可通过键盘（或鼠标）直接控制现场设备，如启动或停止各类泵、风机、阀、搅拌器、刮泥桥等。④进入和退出系统的口令保护，以免非工作人员进入系统或随意中断运行中的系统。⑤数据动态刷新和数据库维护：数据动态刷新对不同的静态画面，加上新的动态实时数据，构成了带动态显示点的工艺画面；数据库维护通过对存放历史趋势数据的环形队列进行移位，用新数据替代旧数据，使环形队列中始终保存着到当前时刻为止的一定时间内的历史数据。 4 PLC工艺控制流程 1） 系统控制模式 本系统采用三种控制模式即手动操作、PLC远方手动遥控操作、全自动操作三种方式。前两种方式一般只在设备调试或维修时使用，系统主要以全自动操作方式为主。在这种方式下，各类泵、风机等设备的开、停，各种工况的切换，都由可编程控制器按照预先编制的程序自动生成，不需要操作人员干预。每种工况的运行时间及各种测量参数均可以在线或离线调整，每台设备和每种工况的运行情况也都可以由PLC系统进行监视，并根据现场的各个工艺单元的框架，利用Intouch7.0软件在上位计算机上描绘出来。现场的泵类、风机、搅拌器等信号通过PLC的控制转化也在上位机上显示。这样，既能对设备开关量，如各类泵、风机、搅拌器等的开停进行控制，又能对现场的模拟量，如：曝气池内的溶解氧、消化池的泥温等进行调节，使全厂的工艺、设备运行得到全面的控制。 2） 曝气池单元溶解氧的PLC控制（因篇幅所限仅以曝气池为例说明）曝气池是全厂的核心构筑物，污水在池中通过微生物的净化作用达到去除有机物的目的。因微生物为好氧菌，如供氧量过少会造成细菌大量死亡，不利于微生物的生长，会直接影响处理效果，但供氧量过大，不仅使能耗增高，增大运行费用，而且会形成小而重的易沉淀絮体作用，使水质恶化。因此，控制水中的含氧量是污水处理过程控制中比较关键的任务之一。由于曝气池内溶解氧的浓度同进水水质、温度、压力、曝气量等有着非常密切的关系，这些外界条件发生变化时，溶解氧浓度也随之发生变化。如何控制曝气池中的溶解氧，是污水处理过程控制中自动调节系统的主要任务之一。 曝气池的溶解氧含量，是关系到污水处理质量的一个重要参数。溶解氧和曝气量之间存在着一个函数关系，计算机根据实时检测到的曝气池溶解氧含量的数值，自动调节鼓风机的送气量，衽闭环控制，但溶解氧与送风量的函数关系常随不同的曝气工艺而改变，迄今尚未建立可行的数据模型，故我国在污水厂中用计算机作曝气自动调节还在摸索之中。根据工艺要求，我厂设有9台鼓风机用于向曝气池供氧，每台鼓风机200kW，其中有2台变频风机。污水处理厂曝气池内的溶解氧含量通常控制在1~3mg/L范围内。我厂的曝气池供氧量由PLC根据池中的溶解氧自动调节。我们在曝气池的不同地点设有6块溶解氧测试仪（即DO仪）设定值为2mg/L精度（漂移）为1%（每月）测量池中的含氧量。通过计算机给这些DO仪设置一个测量范围（1~3mg/L）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。鼓风机的开启台数由PLC根据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。这样，我们便通过充分发挥自控系统的PID调节作用，既实现了曝气池供氧量的自动调节，又实现了鼓风机开启台数的调节；既避免了不必要的能源损失，又优化了运行工艺，同时对曝气池工艺调节提供了一定的参考模式。 5 结语 我厂PLC系统自1995年投入运行以来，其作用是非常显著的。PLC系统的采用同传统的人工控制污水处理厂相比，不仅大大提高了污水处理的质量，使排放有害物的量大大减少，而且创造了良好的社会效益；由于采用计算机PLC自动控制操作人员的工作量大大减少，其劳动强度亦随之大为降低；采用计算机进行数据处理和制作图表，使污水处理实现了管理上的科学化，现代化；PLC系统的采用减少了管理人员和操作人员的操劳，对能源和设备的合理利用，节约能源，降低能耗，取得了明显的经济效益。PLC系统应用于污水处理厂，在工艺、设备仪表及管理上采用了现代高新技术，极大地推动了本行业、本地区的科学进步，创造了明显的社会经济效益；为招商引资，促进本地区的经济发展，提供了良好的外部投资环境。