摘要：本文以鄒城污水處理廠一級(jí)A升級(jí)改造項(xiàng)目為背景，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)整個(gè)污水處理廠10套PLC站的聯(lián)網(wǎng)，并集成到統(tǒng)一的監(jiān)控平臺(tái)上，采用C/S結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控管理平臺(tái)的擴(kuò)展及遠(yuǎn)程監(jiān)控。本文同時(shí)介紹了系統(tǒng)集成過程中所涉及的關(guān)鍵技術(shù)。
　　
　　一、引言
　　
　　為了引導(dǎo)城市污水處理及污染防治技術(shù)的發(fā)展，加快城市污水處理設(shè)施的建設(shè)，防治城市環(huán)境的污染，建設(shè)部國家環(huán)境保護(hù)總局對(duì)全國各大小城市的污水處理從政策上提出了更高的要求。鄒城市污水處理廠作為國家引淮工程的試點(diǎn)單位積極響應(yīng)國家號(hào)召，對(duì)廠內(nèi)污水處理進(jìn)行了一級(jí)A升級(jí)改造工程。改造的內(nèi)容包括原有一期、二期的故障維修，原有PLC系統(tǒng)的組網(wǎng)，中水回用系統(tǒng)的集成，厭氧池、濾池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，紫外線消毒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，中控系統(tǒng)的集成，關(guān)鍵視頻信號(hào)遠(yuǎn)傳以及本地監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程管理。本文重點(diǎn)介紹整個(gè)污水處理廠的PLC站聯(lián)網(wǎng)，監(jiān)控系統(tǒng)集成以及集成過程中的關(guān)鍵技術(shù)。
　　
　　二、污水處理工藝介紹
　　
　　2.1污水處理基本方法
　　
　　污水處理就是采用各種技術(shù)與手段，將污水中所含的污染物質(zhì)分離去除、回收利用，或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，使水得到凈化。
　　
　　現(xiàn)代污水處理技術(shù)，按處理程度劃分，一般分為三級(jí)處理：
　　
　　一級(jí)處理，又稱物理處理，主要是去除污水中呈懸浮狀態(tài)的固體污染物質(zhì)，經(jīng)過一級(jí)處理后的污水，可去除50%左右的懸浮物，BOD一般只能去除30%左右，達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)。
　　
　　二級(jí)處理，又稱生化處理，它是城市污水處理廠的核心，主要去除水中呈膠體和溶解狀態(tài)的有機(jī)污染物。經(jīng)二級(jí)處理后，BOD的去除率可達(dá)90%以上，污水中BOD值可降至20-30mg/L，有機(jī)污染物達(dá)到國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。
　　
　　三級(jí)處理，又稱深度處理，其目的在于進(jìn)一步去除二級(jí)處理未能去除的污染物質(zhì)，其中包括微生物未能降解的有機(jī)物和氮、磷等能夠?qū)е滤w富營養(yǎng)化的可溶性無機(jī)物質(zhì)。
　　
　　生物法具有凈化能力強(qiáng)、費(fèi)用低廉、運(yùn)行可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，是污水處理的主要方法，在污水處理領(lǐng)域中占有重要地位。我國現(xiàn)階段的城市污水處理以生物法為主，以物理法和化學(xué)法為輔。以生物法為主的處理工藝主要有活性污泥法、A/O法、A2/O法、SBR法、MSBR法、UNITANK法、一體化氧化溝法及DAT-IAT法等，它們均具有同步降解BOD5和脫氮除磷的作用。
　　
　　2.2本系統(tǒng)采用的工藝
　　
　　（1）奧伯爾氧化溝工藝
　　
　　奧伯爾氧化溝60年代在美國發(fā)明。奧伯爾氧化溝由三個(gè)橢圓形的溝道組成，來自沉砂池的污水與回流污泥混合液首*入外溝道，再依次進(jìn)入中溝道和內(nèi)溝道，zui后以中心島的出水堰排至二沉池。奧伯爾氧化溝采用轉(zhuǎn)刷或轉(zhuǎn)盤曝氣，盤面密布凸起齒結(jié)，盤片與水體接觸時(shí)，可將污水打碎成細(xì)密水花，具有較高的混合充氧能力，因此成為奧伯爾氧化溝的設(shè)備。
　　
　　（2）進(jìn)出水指標(biāo)
　　
　　鄒城市污水處理的進(jìn)出水指標(biāo)如表2.1所示
　　　　
　　本次改造的目標(biāo)主要是控制出水COD和出水氨氮的含量，使之達(dá)到污水處理一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。
　　
　　（3）工藝流程　　　　
　　鄒城市污水處理工藝主要包括污水處理和污泥處理兩個(gè)系統(tǒng)，如圖2-1所示。污水處理系統(tǒng)包括進(jìn)水井、粗格柵間、提升泵房、細(xì)格柵間、旋流沉砂池、厭氧池、氧化溝、二沉池、紫外線消毒、濾池等，污泥處理系統(tǒng)包括污泥回流泵房、脫水機(jī)房等幾部分。
　　
　　三、系統(tǒng)集成方案設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)
　　
　　整個(gè)污水處理廠自控系統(tǒng)由10套PLC站組成，其中7套用于主工藝流程控制，剩余3套（PLC104、PLC105、PLC106）用于中水回用系統(tǒng)。每套PLC站功能如表3.1所示。
　　　　
　　3.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
　　
　　整個(gè)系統(tǒng)由遠(yuǎn)程監(jiān)控室、中央控制室、分布式PLC站、現(xiàn)場(chǎng)儀表和控制柜組成，構(gòu)成四級(jí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。
　　
　　（1）儀表和控制柜級(jí)
　　
　　各現(xiàn)場(chǎng)控制柜具有兩部分功能，一是進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的手動(dòng)操作，二是與各個(gè)PLC站連接，將各設(shè)備狀態(tài)信號(hào)傳送到PLC的相關(guān)采集模塊。現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作具有比分布控制站和中央控制室更高的優(yōu)先權(quán)，只有將狀態(tài)選擇開關(guān)打到自動(dòng)狀態(tài)，遠(yuǎn)程控制程序才起作用。所以在進(jìn)行自動(dòng)控制調(diào)試前，首先要完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各控制柜的調(diào)試，在保證現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備安全的前提下才能進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。儀表系統(tǒng)用來連續(xù)測(cè)量污水處理廠工藝流程中的主要工藝參數(shù)，并將測(cè)量數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)。整個(gè)污水廠的過程檢測(cè)儀表分散設(shè)置于各個(gè)工藝處理構(gòu)筑物內(nèi)及工藝管道上。
　　
　　（2）分布式控制站
　　
　　現(xiàn)場(chǎng)PLC完成對(duì)各點(diǎn)信號(hào)的采集及控制，提高了系統(tǒng)的可靠性與可維護(hù)性。觸摸屏既可以顯示儀表數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)，又能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。現(xiàn)場(chǎng)PLC站通過工業(yè)以太網(wǎng)與中央控制室的工程師站連接。當(dāng)控制模式選擇置于“遠(yuǎn)程”位置時(shí)，操作人員將不能利用電氣控制柜或電控箱上的啟/停按鈕對(duì)設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行/停止操作，此時(shí)設(shè)備的控制權(quán)交給計(jì)算機(jī)控制，PLC將根據(jù)操作員站的控制指令，由PLC控制程序“自動(dòng)”或“手動(dòng)”控制設(shè)備的運(yùn)行。
　　
　　（3）中央控制室
　　
　　能完成系統(tǒng)組態(tài)、調(diào)試及控制參數(shù)的在線修改和設(shè)置等，又能完成對(duì)整個(gè)污水處理廠的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控，報(bào)表及打印等功能；操作員站主要完成對(duì)整個(gè)污水處理廠的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控，報(bào)表及打印等功能。在系統(tǒng)正常工作時(shí)，工程師站可兼作操作員站，方便了監(jiān)視與操作，并提高了系統(tǒng)的可靠性。DLP大屏顯示全廠工藝設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、工藝參數(shù)以及工藝流程，以便直觀的了解全廠的狀況并對(duì)出現(xiàn)的問題做出快速反應(yīng)。中控室監(jiān)控主畫面如圖3-1所示。　　　　
　　（4）遠(yuǎn)程監(jiān)控室
　　
　　供水集團(tuán)能通過IE遠(yuǎn)程訪問污水處理廠現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，并根據(jù)實(shí)際情況下發(fā)命令。
　　
　　3.2網(wǎng)絡(luò)組成

　　　　
　　整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（如圖3-2所示）涉及到的通訊方式包括光纖、以太網(wǎng)、ControlNet。鑒于光纖通信傳輸頻帶寬、傳輸容量大以及光纖環(huán)網(wǎng)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，整個(gè)廠區(qū)的分布式控制站都通過光纖環(huán)網(wǎng)連接。各個(gè)子站和主站之間的通信采用Rockwell公司的ControlNet（C網(wǎng)），保證數(shù)據(jù)通信的穩(wěn)定性。通過以太網(wǎng)光纖交換機(jī)實(shí)現(xiàn)光口與電口的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)各個(gè)PLC的連接以及PLC網(wǎng)絡(luò)和中控室監(jiān)控電腦的連接。
　　
　　四、關(guān)鍵技術(shù)介紹
　　
　　4.1報(bào)表制作
　　
　　傳統(tǒng)的報(bào)表制作一般是在組態(tài)軟件中借助腳本（VBA、C）實(shí)現(xiàn)，這種方式有一種致命的缺陷，那就是當(dāng)組態(tài)軟件不處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，報(bào)表程序無法運(yùn)行，導(dǎo)致報(bào)表中數(shù)據(jù)缺失；另外報(bào)表程序如果出現(xiàn)意外情況，比如某個(gè)時(shí)刻讀取變量時(shí)，由于網(wǎng)絡(luò)原因變量數(shù)據(jù)上不來，那么整個(gè)組態(tài)軟件將處于暫停狀態(tài)，特別是報(bào)表程序中有周期性執(zhí)行的任務(wù)情況下效果更差。本系統(tǒng)采用的獨(dú)立的報(bào)表制作程序，通過直接讀取OPC服務(wù)器中的數(shù)據(jù)，繞過組態(tài)軟件，讀取數(shù)據(jù)制作報(bào)表，這樣獨(dú)立性更好，穩(wěn)定性更高，而且可以借助可視化編程軟件的界面布局和數(shù)據(jù)處理優(yōu)勢(shì)，將報(bào)表制作的更加完善。
　　
　　4.2數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳
　　
　　考慮到組態(tài)軟件Web發(fā)布組件成本的昂貴性，本系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，自主開發(fā)客戶端和服務(wù)器程序，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問。
　　
　　（1）服務(wù)器端
　　
　　Ø可視化編程軟件：VisualBasic
　　
　　Ø后臺(tái)數(shù)據(jù)庫：SQLServer2000
　　
　　服務(wù)器端通過ODBC技術(shù)采集數(shù)據(jù)，并存于SQLServer數(shù)據(jù)庫中，借助SQLServer2000的安全管理機(jī)制，保證原始數(shù)據(jù)的可靠存儲(chǔ)。
　　
　　（2）客戶端
　　
　　Ø可視化編程軟件：VisualBasic
　　
　　Ø后臺(tái)數(shù)據(jù)庫：SQLServer2000
　　
　　客戶端采用微軟的ADO（ActiveXDataObject-動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)對(duì)象）實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫的訪問，利用VisualBasic強(qiáng)大的圖形化設(shè)計(jì)功能將采集到的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)顯示在客戶端軟件中。
　　
　　這種C/S架構(gòu)一方面保證數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性和易實(shí)現(xiàn)性，另一方面也為企業(yè)的信息管理層，如ERP系統(tǒng)留出了接口，為企業(yè)管控一體化打下了基礎(chǔ)。
　　
　　五、結(jié)束語
　　
　　統(tǒng)一化、規(guī)范化是企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化管理的要求，本系統(tǒng)從實(shí)際角度出發(fā)，實(shí)現(xiàn)污水處理廠所有分布式控制站連接，在中控室實(shí)現(xiàn)控制平臺(tái)的集成。并采用性價(jià)比較高的C/S架構(gòu)保證數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程功能的實(shí)現(xiàn)，為企業(yè)的管控一體化提供了。