大涌水厂计算机控制管理系统北泵房子站监控软件编制
一 概况
涌水厂是深圳市经济特区西部最大的净水厂，始建于85年，于87年10月投产，其供水量为12万吨／日。91年11月，作为“东深三期供水配套工程”的一个子项，大涌水厂扩建工程动工，并于94年7月竣工投产，供水规模增至35万吨／日。新厂扩建同期，确定了“大涌水厂计算机控制管理系统”项目由深圳市自来水(集团)有限公司负责设计、施工，并于95年10月通过了建设部的鉴定。1997年9月实现全厂车间无人值守的集中监控方式，同年该项目获深圳市“科技进步奖”二等奖。
北泵房是大涌水厂扩建工程(新厂)的送水车间，为“大涌水厂计算机控制管理系统”中的一个子站，最大供水量达23万吨／日。主要设备有：5台单级双吸离心式28SA—10A型送水泵，其中：1#一4#送水泵为调速泵，配用YR630—8／1180型电机，另外还配KJF03—600／410—AF型晶闸管串级调速装置和ZCF—22型测速电机，5#送水泵为定速泵，配用Y630—8/l180型电机。每台送水泵配一台出水电动阀、一个吊水电磁阀；五台送水泵合用两台YTll2M—4型冷却风机；2台立式潜水泵(排水用)；2台真空泵(送水泵真空吊水用)。此外，设备还有28面高压开关柜、9面低压配电柜、2台315kVA变压器、1套GZKC220十20／220型直流屏装置，3台电磁流量计、1台PH计、1台余氯分析仪、6台压力式水位计、2台压力计等。
二 原工艺特征
离心式送水泵在清水池水位有效水深2.3米以上时，为自灌式；2．3米以下需进行真空吊水。水泵开停台数，根据配水管网对服务压力和流量的要求，由厂调度确定并电话通
知本车间；排水泵根据集水坑水位、真空泵根据真空吊水要求由本车间操作人员自行确定开停泵。所有开停泵操作均为机侧手动单机操作。在电气回路中，仅有风机和水泵设有联锁。高、低压开关柜倒闸均为人工操作，电量和仪表读数需值班人员定时抄表记录。
三 现本站实现监控功能
本站具有独立计控系统配置，运行本站监控软件。通过设备就地操作箱转换开关可选择设备工作方式(计控或手动)；通过键盘可控制设备动作、修改控制参数、选择不同计控方式(自动、联控或单步);通过显示器可监视设备实时工况、运行参数和故障报警。如其他子站一样，通过通信网络厂站可以对本站进行监测和控制，在厂站显示器上可显示本站全部监控画面和重要报警信息。本站定时(每30分钟)向厂站报送一批历史数据，提供给MIS系统使用。
1、控制功能
在计控工作方式下，设备控制又分自动、联控和单步三种方式，它们是向下兼容。目前，送水泵因条件未成熟，尚缺自动方式，只有联动和单步二种控制方式，其他泵均具有三种控制方式。具有自动控制方式的泵，在转换开关处于计控位置时，便立即进入自动控制状态。如排水泵根据集水坑水位、真空泵根据真空吊水要求自动进行开停控制。送水泵开停控制则需从键盘进行激活。另外，对两路高压进线可通过键盘进行倒闸控制操作。
2、监测功能
不论设备处于哪种工作方式下，即使在手动方式下，系统具有对设备的状态和参数实时监测功能。监测信号的设置是根据设备控制流程需要、保护设备安全需要、生产管理需
要和提供设备故障查询而选定的。
在本站中，监测信号包含有：
(1)开关量信号
设备状态——如：泵开／停状态，开关柜台／分闸；
控制条件——如：二次回路电源，计控／手动位置；
到位情况——如：阀全关到位，泵顶满水；
故障报警——如：高压过线短地，变压器瓦斯报警。
(2)模拟量信号
设备参数——如：泵电流，泵有功;
生产参数——如：出厂水压力，出厂水流量;
控制参数——如：真空度，清水池水位；
配电参数——如：进线电压，进线电流；
用电计量——如：提升泵房有功，家属楼有功。
3、通信功能
作为一个节点机，本站通过以太网同厂站实现通信，通信采用422—485串行通信方式，波特率为9.6K，站内数据刷新时间为1秒。
本站368个I／O信号(近800根导线)在完成接线后，经检验全部连接正确。187个开关信号的逻辑正确，与现场设备状态完全相符。98个模拟量信号，用标准信号检测，
其精度优于0．1％。电脑显示读数与数字式二次仪表读数比较，误差优于0．5％；与指针式二次仪表读数比较，误差优于1％。
四 监控软件编制
1．开发环境
北泵房监控软件是在SCADA应用开发环境SADE上开发的，SADE提供类似于逻辑控制图的图形语言作为监控应用软件的开发工具。“功能块”是SADE的最小构成模块，提供了包括信号采集、控制逻辑、数值运算、计时、报警、历史记录等功能块。块中含有反映其执行特性的参数定义。根据应用要求，实现块与块之间的“连接”(某块的输出点连接下一块的输入点)，其执行顺序从上游块到下游块，多个执行某些特定应用功能的”功能块”可组合构成独立运行于一个站的基本单位——“进程”。为了充分发挥SADE支持“集散型”监控结构模式的特点，全厂所有执行监控功能的进程集成为一个软件包(13— 3AUTO)在厂站监控机上定义，同时又分散地将进程分派到有关车间站的计算机上实际执行，以实现功能的分布处理与集中监控。
2．本站的进程设置
北泵房监控软件由四个进程组成，它们是：6SSB1—2，6SSB3—4，6ZPl2SS5，6GDYPD。
进程6SSB1—2主要执行对1—2号送水泵的定速及串级调速运行监控及故障报警；
进程6SSB3——4主要执行对3——4号送水泵的定速及串级调速运行监控及故障报警。
进程6ZP12SS5主要执行对1—2号真空泵、排水泵、及5号送水泵的监控及故障处理。
进程6GDYPD主要执行对两段高压进线倒闸的监控和部分高压配电信号的采集和监测。及超限报警。对低压配电和部分现场数据的采集、监测及累加。
2．1 送水泵监控软件编制
每台送水泵设有48个信号，其中：
数字输入量28个：泵机组就地电源指示
泵出水阀打开应答指示
泵出水阀关闭应答指示
泵出水阀全开到位指示
泵出水阀全关到位指示
泵出水阀过力矩指示
开机继电器(1KT)吸合指示
停机继电器(ZKT)吸合指示
控制台转换开关处于计控状态
串调柜触发回路电源指示
泵电机启动运行指示
串调相冷却风机启动运行指示
串调装置处于故障状态指示
串调柜交流接触器(1JLC)吸合指示
串调柜交流接触器(1JLCa)吸合指示
串调柜交流接触器(2JLC)吸合指示
串调柜交流接触器(3JLC)吸合指示
串调柜交流接触器(4JLC)吸合指示
泵顶吊水到位指示
泵电机运行高温报警
电机高压柜高压合闸信号指示
电机高压柜电流速断信号指示
电机高压相过负荷信号指示
电机高压相阀门拒动信号指示
电机高压相通风机故障信号指示
逆变高压柜高压合闸信号指示
逆变高压柜电流速断信号指示
逆变高压柜过负荷信号指示
数字输出量10个：开／关泵项吊水电磁阀
开泵出水阀
关泵出水阀
紧急停泵电机
逆变合闸控制
逆变分闸控制
全速投入控制
调速投入控制
开送水泵机组
停送水泵机组
模拟输入量9个： 泵电机高压侧电流
逆变高压侧电流
泵电机有功功率
泵电机无功功率
逆变有功功率
逆变无功功率
串调装置逆变低压侧直流电压
串调装置逆变低压侧直流电流
串调装置电机调速运行转速
模拟输出量1个： 串调装置调速给定
送水泵监控软件逻辑框图见图(1)。
2．2 排水泵监控软件编制
每台排水泵设有8个信号，其中：
数字输入量6个： 泵电机电源指示
泵电机运行指示
泵计控指示
集水坑高水位
集水坑中水位
集水坑低水位
数字输出量1个：开／停泵电机
模拟输人量1个：泵电机电流
排水泵监控软件逻辑框图见图(2)。
2.3 真空泵监控软件编制
每台真空泵设有7个信号，其中：
数字输入量3个： 泵电机电源指示
泵电机运行指示
泵计控指示
数字输出量2个： 开／停泵电机
开／关泵灌水电磁阀
模拟输入量2个： 泵电机电流
真空罐真空度
真空泵监控软件逻辑框图见图(3)。
3．监控显示画面
在SADE环境中，经组态定义的监控显示画面，是人一机交互的界面。它们通过各自画面上的图符、值域等与监控进程中功能快的输入一输出点的连接，向值班人员直观展现了应用软件的监测、控制、通信和故障报警处理功能。
本站组态定义了监控显示画面22幅，定义中，注意了图符、色彩的合理使用、动画效果的点缀与主体词汉化等，增加了人机界面的友好性。本站在操作画面上设计了中文主菜单选择画面，通过该中文画面可直接进入各操作画面，操作起来直接、明了。
4．故障报警及处理
北泵房站监控软件在应用开发根据采集的数据及监控过程可能产生的故障安排了42种报警，报警监视点多达106个。报警对象主要分为：
1)重大设备的运行故障：如送水泵电机运行电流超限；调速过程故障报警；各高压线
段电流、电压超限及出厂水指标超限等。
2)一般设备的运行故障：如真空泵、排水泵运行电流超限及各低压线段电流超限等。按故障紧急程度与影响面等因素，将上述对象分成两类。一类为“一般报警”(级别在80以下)，如2)；一类为“紧急报警”(级别在80以上，含80)，如1)。
“一般报警”的手段有：画面上相应图符的闪烁或变色；画面右下方出现报警信息行并伴有鸣响。后者是SADE内部机制产生的英文信息行，不太直观，但由于信息行中8位代号可由我们介入编制，使之具有一定的规律性，值班人员对照“清单”中相应的含义，经过一段时间实践，可以逐步熟悉。实现车间无人值守时，这两种手段同样可在厂站监控机上实现。“紧急报警”除了具有上述两种手段外，再加上向厂站专门的中文报警机发送报警信息，伴有灯光闪烁和较强的鸣响，以获得厂调度员的快速响应。
对于监控中发生的报警处理方式大致分为两类：一是应用软件自身能做出处理的，如送水泵电机运行电流超限时的自动停泵电机保护；集水坑水位达高水位时启动两台排水泵等；二是，目前还只能通过报警提示，由人工介入进行键控操作(例如：出水压力超高报警，则由调度根据生产情况决定是否要停送水泵)。 5．功能测试
完成全部软件设计后，对所有被控设备的控制功能进行了准确性与可靠性测试，最后全部设备的控制功能测试通过。
6．与MIS分系统的信息交接
本站的监控应用软件，在运行期间采集了大量的模拟量和开关量数据，按应用要求的记录频率，加上记录时的日期、时间，数据代号，数据值等，形成一笔笔信息记录，记载
在本站的界面文件上(共有三个模拟量界面文件和一个事件／报警界面文件)，由MIS分系统中的“信息交接软件”扫描存入其相应的数据库，以支持MIS分系统中各类统计、处理、相关性分析等应用功能，提高全厂的生产管理水平。
本站提供的模拟量信息主要有：备送水泵有功功率瞬时值及每半小时累计量；各高、低压线段有功功率瞬时值及每半小时累计量；出水流量瞬时值及每半小时累加量；各高、低压线段电流、电压：各送水泵、电流、清水池水位及出厂水压力等。
同时，报警一旦发生，相应的信息记录也记载在事件／报警界面文件中，提交给MIS分系统，以支持其相应的应用功能。
SBR工艺的自动化控制
SBR法是序批式活性污泥法［Sequencing Batch Reactor］的简称。该工艺在1914
年就面世了，但是由于该工艺的操作过程比较繁琐，与其它工艺相比较SBR所需控制的参变量较多，对仪表的精度和可靠性有较高的要求，而当时的自动化控制水平很低，也不可能有精度和可靠性都较高的仪表，限制了SBR工艺的发展和推广。随着科学技术的迅猛发展，特别是自动化水平的提高，对污水处理过程进行全自动化的管理和监控成为可能，所以SBR法近年来得到迅速的推广。在国内，SBR工艺的应用还不多见，其工艺过程和原理并不十分复杂， 但对过程控制的各种参数要求很高，对仪表的稳定性和准确性有一定的要求。
天津经济技术开发区污水处理厂采用SBR工艺中的DAT-IAT法，日处理污水十万吨，它是一种连续进水、间歇曝气、间歇排水的工艺，整个污水厂实行集中控制，分散管理的方式。它把管理层和控制层分开，降低误操作对整个工艺的影响，增加了系统运行的可靠性。
开发区污水处理厂在控制方面实行三级管理。第一级为互为热备的两台主机，确实保证整个控制过程的连续性和安全性。两台主机的基本任务是对整个工艺过程进行实时监控，
显示设备的运行状态，修改部分工艺参数，对报警和各种报表的自动记录和打印，关健数据的历史记录的保存，各种参数的瞬时和历史曲线的显示，第二级为现场控制站，它是由水区、泥区、模拟屏三个PLC构成，分别对水区、泥区的信号进行采集和控制。第三级为就地控制级，是分布全厂的四个马达控制中心。
污水流入厂内的第一道工序是粗格栅，对粗格棚的控制有两种方式，一种为时间控制，另一种为液位控制，通过粗格栅前后的超声波液位计计算差值，运行方式的选择在上位机进行。与粗格栅相配合动作的还有螺旋压榨机，把粗格栅清除的污物压挤打包，与粗格栅同步起动，但停止时间滞后于粗格栅半分钟。污水经由格栅进入进水泵房，进水泵房有六台潜水泵，由于开发区污水厂地处工业区，水量的供应极不平衡，变化系数比较大，这就需根据进水泵房超声波液位计反馈的水位信号来起动进水泵的台数，按照先开先停，后开后停，优先起动累计运行时间最短的原则来控制进水泵的起停，并设有液位超高报警和泵的干运转保护。为了避免进水泵的频繁起停，每台泵起停前均有两分钟的延时，以消除瞬间干扰，并且单台每小时起动次数不得高于五次，每台泵都有温度和湿度的保护，信号直接传给PLC。污水经提升后进入细格栅，对于细格棚的控制与粗格栅完全相同，这里不再赘述。
污水经由细格栅进入对称的两座钟式沉砂池，每座钟式沉砂池内置一带变频装置的搅拌器，通过调节变频器，改变搅拌的速度，以达到工艺要求的最佳点。钟式沉砂地采用旋流方式清除大的无机颗粒，由安装在沉砂池底部的砂泵打出。上面的污水则由巴式计量槽进入配水井，在计量槽上安装有PH计、温度计、流量计，当测得的PH值低于5.5或高于8.5时，立刻关闭进水阀门，以保护反应池中的活性污泥。在配水井前有六个淹没式配水堰，控制进入各组反应地的水量。我厂共有六组SBR反应地，每组又分为两段，即DAT池和IAT池，如下图所示：
在DAT和IAT的地底设置微孔曝气器，DAT池内装有溶解氧仪、污泥浓度计，IAT池有溶解氧仪、污泥回流泵、剩余污泥泵，在DAT和IAT池上的空气支管分别装有空气调节阀。其工艺控制过程如下：DAT和IAT的曝气由空气调节阀控制，而空气调节阀的开起度与溶解氧仪反馈的信号有关，溶解氧的设定根据水质、水的温度等情况在上位机设置。当DAT污泥浓度低于设定值时，回流污泥泵起动，把活性污泥从IAT打到DAT池，当高于设定值时，剩余污泥泵起动，把活性污泥从IAT打到储泥地中。回流污泥泵、剩余污泥泵均在IAT曝气时起动，对它们的控制分为时间控制和仪表控制两种，仪表一但有问题就改成时间控制。滗水过程是由气锁虹吸式滗水器完成的，由安装在滗水器排气管上的电磁阀来控制排水和结束。DAT为连续爆气过程，IAT有三个周期，即曝气、沉淀、滗水各一个小时，由于受到进水的不规律性和出水泵能力的限制，影响反应周期的正常运行，这些问题在PLC编程中得到充分的考虑。正常情况下，六组池子日处理污水十万吨，为了避免六组池子同时滗水，把它们分成三组，间隔为一小时，即1-4、2-5、3-6相互间隔一个周期，对应每一组反应池，都设有一个软开关，控制该组反应地是否投入运行，用以根据水量确定投入的池子数和利于以后对池子的检修方便。以上的设置在上位机完成。同时我们还考虑到对一些特殊情况的处置，假如进水水量过小或断流，虽到了滗水周期，但由于反应池水位低而无法进行滗水，则这组池子的滗水自动延时二十分钟，同时在上位机上作出滗水延时的报警。若延时二十分钟后仍没到滗水水位，滗水周期取消，改为继续沉淀，等待下一个周期的到来。若到了滗水水位，则执行滗水程序，延长的时间计算在下面的曝气时间内，即缩短了下一个周期的曝气时间，使以后的周期能够正常进行。这样就会出现另外一个问题，随着污水的不断流入或许没到下一个滗水周期，但对于这组池子而言已到了滗水水位，则部分污水由溢流管排出。在任一时刻，只允许两个池子滗水。以上的控制由水区PLC完成。通过以上的控制确保生产的连续运营，同时增强了自控对一些特殊情况的应变
能力。
出水泵的控制与进水泵的相同。在出水之前还有最后一道工序——加氯消毒，一般仅在夏季，由于细菌、病菌的增多，需对处理完的污水进一步消毒，加氯是由加氯机自动完成，其本身自成一套系统，只对外传送状态信号，并有漏氯报警和漏氯吸收装置。
鼓风机是污水厂的心脏，我厂共有四台丹麦HV-TURBO产的KA22S—GL225型鼓风机，单机的能力为18000立方米/小时。每台单机都有一小型PLC，对单机的运行环境、运行状况和准备工作进行监控，并能自动报警停机。此外还有一主控盘，负责四台联机时的控制。主控盘的作用可以分为两部份，一是负责设置鼓风机的起停顺序，另一部份为PI调解器，可以在其上设置所要求的空气管道压力值。每台风机的操作可分为手动和联动，手动时，可手动调整出口导叶的角度；当四台联机时，由主控盘依据先前设定好的次序起动鼓风机，根据需要起动鼓风机的台数。通过在鼓风机主控盘上的PI调节器，对设定压力值和空气主管上的压力计反馈信号进行比较，调节出口导叶片的角度，以确保压力的均衡。当压力不足需再起动鼓风机时，在起动过程中，先将前一台的开起度降低，同时起动后一台，待后一台完全起动后，出口导叶片的开起度自动打到零位，根据需要增加前一台的开起度，假若打到全开还不够，则再增加后一台的开起度，以防止压力波动太大。鼓风机自成一套系统，无须人为干涉，并对外传送鼓风机的状态信号和报警信号。
对于泥处理其自动控制相对于水的就简单多了。剩余污泥泵把活性污泥从IAT打到储泥地，储泥地内有大孔振动曝气器，防止活性污泥的厌氧。储泥地有起落式滗水器，当活性污泥达到要求液位，停止曝气开始沉淀，一小时后，起落式滗水器根据污泥界面计的值下潜，滗掉储泥地的上清液，滗水完毕拉起滗水器。由潜水污泥泵打入脱水机房，在脱水机房污泥与高分子絮凝剂混合进人脱水机。机房内共有三台德国ROEDIGER公司产的脱水机，经过旋转预脱水和带式滤布传送，圆辊的挤压，把泥浆压挤成泥饼运出厂区。
整个泥区由泥区PLC控制，剩下的都由水区PLC完成。泥区共有模拟量四点，数字量二百多点，水区共有模拟量近八十点，数字量五百多点。水区的为SIMATIC的S7-400，泥区和模拟屏的为S7-30O。模拟屏PLC只是接收水区、泥区的信号，并输出给模拟屏。PLC具有很强的抗干扰能力和很高的稳定性，水区、泥区在上位机或总线出现故障时，仍能完成各自的任务，确保工厂的运行。
各现场控制站和中控室的上位机用通讯缆连在一起，构成总线型的拓扑结构，采用SIMATIC的SINECL2组网方式。上位机通过SINECCP5412通讯处理器与总线相连，它是上位机与L2通讯的接口。上位机采用美国Intllution的FIX32数据监控和采集软件，一台为运行版，一台为开发版。Intllution公司是世界知名的工业控制方面的专业软件公司，其设计理念十分贴近工业自控的实际。FIX是以WINDOW NT为操作平台，其以DRAW、VIEW、DATABASE三个部分为核心，用DRAW设计工厂的工艺流程和所需控制的设备仪表等人机界面，它有丰富的图集以共使用；用VIEW完成数据连接，显示工艺流程、仪表数据和设备的实时状态，各种数据的存取以DATABASE为中心。其中对于整个工艺而言部分经常需改动的参数直接可在上位进行修改。围绕上述功能块，对报警进行打印和储存，通过DDE SERVER，使用EXCEL对重要的数据进行记录和生成日报表，并打印所需报表。
通过对全过程的监控，实现了整个工厂的全自动化运行，大大提高了生产的稳定性和连续性，减少了由于人为的因素而带来的干扰，大大地减轻了劳动强度。
随着计算机和网络的飞速发展，自动控制的技术也正在迅猛发展。在我们所引进的自控仪表中，有部分额外附带具有HART协议的智能化仪表，HART［Highway Addressable Remote Transducer］协议最初由美国Rosemount公司开发，HART协议采用FSK技术，它在模拟信号上叠加数字信号，使用OSI的1、2、7三层。如今除了HART之外，还有PROFIBUS、CAN、FF等几种应用范围较广的影响较大的现场总线技术。这些智能仪表都
带有微处理芯片，这就使它们有了一定的计算能力，同时还具有通讯能力，它们不再依靠控制室的计算机或PLC的控制，不仅能输出4-20mA的模拟信号，还能输出数字信号，这就能使之直接连入网络，成为一个节点。这种网络就是目前自动控制领域现在和未来的发展趋势——现场总线。现场总线控制系统是把各种控制仪表用双绞线连在一起，按照标准化、公开化的通讯协议，形成的一个底层的控制网络。它是继DCS系统后的新一代控制系统，打破了集散系统专用的闭锁的框子，在标准化、公开化的通讯协议下，把不同厂家的不同设备连在一起。极大的提高了系统的分散度，简化了系统的结构，提高了系统的安全性，最大限度的降低故障的影响范围。随着社会的发展，几种应用范围较广影响较大的现场总线技术必将会有一个统一的规范和标准，从而真正形成一个高度开放的互连系统。
随着科学技术的发展和社会对环保的重视，必将有更多的新技术广泛地应用到污水处理行业，使污水处理行业有更大的发展。
莲花味精集团污水处理厂SBR自控系统
河南莲花味精集团污水处理厂采用厌氧加好氧处理工艺，其中好氧部分采用SBR法处理。SBR是处理高浓度有机废水的理想途径之一，该法克服了常规好氧法处理高浓度有机废水能耗高、稀释水量大、占地面积大等缺陷，可实现高浓度进水、高容积负荷、高去除率，具有污泥性能好、耐冲击负荷、出水水质好、污泥产率小、氧利用率高、运行费用低、减少占地等优点。
该厂采用8个SBR池，处理污水量为7450t/d，尺寸为L×B×H＝25m×21m×5m。以12h为一个运行周期，其中进水、搅拌1 h，曝气8.5h，沉淀1h，排水1h，待机(闲置)0.5h。8个池子按依次滞后1.5h的时间间隔顺序进行。
1 系统硬件结构
SBR自动控制系统由监控管理计算机(上位机)、可编程序控制器(PLC)、电气控制柜、现场执行机构及现场监测仪表组成。控制系统如图1。
8个SBR反应池严格按照一定的时间顺序依次完成进水→曝气→沉淀→排水→(排泥)等一系列过程，对应于不同的工段每个池子分别设有进水阀、进气阀、搅拌泵、滗水器、排泥泵以完成不同的功能。对于这样一个顺序性、周期性很强的逻辑操作系统，使用PLC是最明智的选择。
PLC以继电器逻辑控制为基础，逐步发展成为既有逻辑控制又有计时、计数、分支程序、数值计算等功能。其工作稳定、可靠、抗干扰能力强、控制灵活、编程容易、体积小、质量轻、功耗低、安装简单、运行方便、性能价格比高，且可与现场信息输出直接联结，广泛应用于污水处理系统。
根据PLC以上特点，考虑到工艺控制要求及SBR控制系统中开关量输入/输出多、模拟量较少和整个系统的运行速度，选定OMRON，C 200 HS可编程序控制器，这种控制
器指令丰富，处理速度快，柔性好，功能多，且可提供多种多样的智能I/O单元，能适合本系统的应用。
PLC系统的硬件配置见表1。
表1 PLC基本配置
名称
规格及型号
数量
CPU单元
C200HS-CPU21-E
1块
底板
C200H-BC101-V2
3块
电源
C200H-PS221
2块
连接电缆
C200H-CN311
2块
16路继电器输出单元
C200H-OC225
8块
16路输入单元
C200H-ID212
16块
8路模拟量输入单元
C200H-AD002
3块
编程接口
SSS
1块
存储器单元
C200HS-ME16K
1块
手持式编程器
C200H-PR027-E
1块
编程器电缆
C200H-CN222
1块
本系统PLC控制柜与上位机在同一控制室内，通讯距离＜10 m，对于这种通讯距离较近的情况，双方可直接采用RS--232C标准进行通讯，理论上当波特率为9 600时，通讯距离在15.23 m之内，其误码畸变率按4%考虑。实际应用中的通讯距离达120 m,使用RS--232C标准通讯非常可靠。
PLC在某种意义上讲只是一种控制器，换句话说在SBR时序控制系统中它是一种功能更强的集成化高速继电器控制装置，故其虽有灵活的一面，也有死板的一面，特别是在人机操作界面方面显得无能为力。
随着4C技术(computer、control、communication、CRT)及监控软件的发展，使用上位机监控管理系统已成为大中型控制系统的流行趋势，以PC机作为上位机应用于控制系统中能提供一种良好的人机界面，减轻操作人员的负担，提高管理水平。
PLC全部I/O模块的馈线都来自电气控制柜，每个SBR池对应一个电气控制柜，每个电气控制柜包括相应池内6台设备的一次回路和二次回路的全部器件，直接采集现场电气设备的信号。手动/自动的切换通过电气柜盘面的主令开关来完成。
在电气控制柜中，对PLC的输入均为AC220 V中间继电器的无源触点，PLC向电气柜输出DC24 V电压控制信号，实现对各电气设备的控制，保证各输入、输出的相对独立，使控制系统长期安全运行，而开关量的信号电源由PLC柜内DC24 V稳压电源提供。
反映工艺设备的开关量信号主要分为以下三类：第一类是运行信号，由主回路中接触器的分、合状态决定，并由相应的中间继电器的常开触点给出；第二类是自动/手动状态信号，由手动/自动转换开关决定，并由相应中间继电器的常开触点给出；第三类是正常/故障信号，为综合故障信号，包括过载、过流、超限及水泵超温等。对电动阀门和滗水器又
增加了开(上升)到位、关(下降)到位，对滗水器增加一个步进排水信号，这些信号均由设备的故障触点串联后由一个中间继电器的常闭触点给出，使中心控制室的操作人员对现场设备的运行情况一目了然。
SBR工艺的关键是时序控制，仪表主要用于系统的监测。在SBR好氧段的重要工艺段设置了流量仪表、液位仪表和溶解氧测量仪。鼓风机管道出口空气流量的测量采用插入式涡街流量计。
2 系统的软件设计
SBR自控系统的软件设计是整个系统正常运行的核心，一套理想的软件不只限于满足工艺要求，而且要考虑到现场出现的各种特殊情况，因此必须可靠、实用、易修改。
2.1 软件编制
软件编制的主要依据为工艺提供的控制时序，对于进水时间、曝气时间、沉淀时间、排水时间均可由上位机任意设定，但四个工艺段的时间之和必需介于7～11.6 h，否则所设定的工艺时间无效，PLC仍按原设定执行。8个SBR池的各段工艺过程及其执行时间均严格按时序进行，每个池子的任何设备在任何时刻均可通过电气柜上的手动/自动转换开关改变其状态，但均不能改变PLC所设定的工作时序，且一旦切入自动状态后便进入PLC所设定的时序。
滗水器的工作周期完全由PLC按时间控制，在第一次下降一个大行程(时间为23 s)，以后每次下降4 s，停留排水时间15 min，直至下降到位。如果在一个周期(12 h)结束时仍没有下降到位或无下降到位信号，且滗水器处于自动状态，PLC将在周期结束前驱动滗
水器上升复位。
控制柜上的8个切换开关仅限用于全部复位重新启动时决定由哪个池子开始投入自动循环，平时不可轻易扳动，一旦扳动某一开关，其对应池子的工艺过程将全部停止，只有等到下一次进水周期方可重新进入PLC自动控制的行列。
现场电气设备的工作状态均送上位机显示。
2.2 软件的特点
① 本控制系统严格按照时序，按顺序工作。
② 允许以任意一个池子作为重新启动的开始，所有参加复位的池子(在复位时其电气柜相应的手动/自动开关处于自动位置)在复位时各设备将自动恢复到复位状态(进水阀、进气阀关闭，搅拌泵停止，滗水器上升)。
③ 允许在工作过程中任意进行手、自动切换且不影响工作时序。
④ 具有动作超时、过载报警等功能，具有断电时自动保护断点，在重新上电时由断点继续执行程序的功能。
2.3 软件的设计思想
编制软件时，要从用户的实际情况出发，尽量作到功能全面，画面简洁易读，操作方便，使操作员易于掌握。
上位机的软件编制采用MS-DOS环境下的GOOD-HELPER通用组态式工业控制软件包，该软件包提供了从组态到显示、操作控制的整套功能，支持通用键盘，采用后台通讯的方式保证了数据的实时性，前台运行图形及报表程序、全汉化的工作界面、“所见即得”的控制组。
整个监控软件包括以下的组态过程：系统设计→系统参数组态→通讯组态→图形菜单组态→图形编辑→图形动态→文本编辑→报表显示→故障报警组态→同类数据存在盘组态→历史报表组态→标度变换组态→定时打印组态→报表统计等。整个系统主菜单包括流程图A，汇总表B，超势图C和设定参数D，查询菜单下可进行故障记录、历史趋势等的在线查询，报表菜单可定时打印各班的报表，文件管理菜单中可进行文件的列表、拷贝、打印、删除等工作，变量表中列出了所有四种(公式变量、模拟变量、开关量、字符串变量)类型变量的当前值，可在系统调试时起帮助作用。
3 SBR系统的抗干扰措施
3.1 电源系统
为阻止空间电磁干扰，在设计系统时将PLC安装于铁质的仪表柜中，起到一定的屏蔽作用。?
本系统独立供电，直接从低压配电母线供电，在电源进入SBR控制系统之前加2 000 W的稳压电源，具有双向抗干扰功能，能滤除电网各种脉冲和浪涌电压，稳压范围达120～300 V。并将UPS(2 000 W)与上位机联接，一旦供电系统中断，UPS电源的电池组经逆变输出交流电，使上位机有一定时间进行数据处理，以便得电后正常工作，提高了整个系统的可靠性。
3.2 设置阻容吸收回路
在SBR控制系统中，由于现场电气设备较多，而且PLC的I/O信号均由继电器的无源触点给出，大量的继电器被用于控制系统中，加上现场条件较差，灵敏度较高(吸合电压较低)的继电器本身受到线路布线的影响而产生误动作。为此，考虑在继电器线圈两端并联RC吸收回路(如图2)，其中电阻值可在100～1 000 Ω之间，电容在0.03～1 μF之间选用，但须注意电阻的阻值和电容耐压要有余量。实践证明这是一种简单有效的方法。
3.3 过程通道的抗干扰
过程通道指前向接口和后向接口与PLC之间进行信息传输的路径。在过程通道中长线传输的干扰是主要因素，当系统的主频为4 MHz，传输线长度＞0.3m时，即成为长线传输。为保证长线传输的可靠性，采取的措施有光电耦合隔离、电流传输和双绞线传输等。
4 结论
莲花味精集团污水处理工程自动控制系统已完成从设计到施工、安装、调试直至最后投入正式运行的全部工作。该系统不仅按污水处理工艺要求达到了自动控制的目的，而且保证污水达标排放。总结起来具有以下特点：
① 系统设计合理，PLC、上位机、电气柜、仪表的选型注意从先进性、稳定性、可靠性出发，同时兼顾经济性，使整套控制系统在保证长期安全运行的基础上，价格达到最低。
② 本系统以PLC为核心，完成对SBR反应池的自动控制，在软件编制方面严格按工艺时序要求，全面考虑了现场在出现特殊情况下程序连续运行，与以往污水厂自控系统以监测为主的情况有本质的区别。
③ 监测管理计算机实时监测整个系统，工艺流程图生动形象，操作人员一目了然地了解现场工艺、电气设备的运行状况，并根据工艺情况随时在线修改参数。
④ 系统具有很强的抗干扰性，无论从计算机电源系统还是硬件的选择到电缆的敷设接地等都充分考虑此问题，因此稳定性好、可靠性高，大大减轻了工人的劳动强度，每班操作人数从5人降低到2人。
污水处理改扩建工程---自动化监控系统
一、系统概述
本工程自控系统的控制级别设置为三层：
第一层 现场手动控制
在各电气站点设置现场手动控制箱，可单独启停各测试设备及各执行机构。
第二层 PLC逻辑联动控制
由PLC根据现场各测试设备采集的数据及系统设备运行逻辑关系，自动控制各站点内的电气设备运行状态。
第三层 中央控制
计算机监测、修改PLC控制参数、上位机点动控制，实现实时监控。
手动控制及自动控制可以分别通过机房或中央控制室的“手自动转换开关”进行切换。这样的控制方式能最大限度地保证污水处理装置安全操作的需要。
中央控制计算机能对整个系统的污水处理过程进行实时监测与控制，随时跟踪接收PLC的数据信号，能对各种类型模拟量进行巡回检测，对各种类型故障进行报警或不达标报警。
并具备实时数据和历史数据的分析及处理能力，对主要工艺流程进行动态模拟、趋势分析、制表打印、绘制曲线；对主要数据永久性保存。且在CRT上显示整个工艺流程或局部环节的直观动态彩色画面，并通过嵌入式大屏幕，动态显示工艺流程各主要部件的运行状态。
借助电话线路及MODEM卡可实现远程监测，监视整个系统的运行状态，便于快速解决问题排除故障。
二、硬件系统配置
现场总线技术
本系统采用最先进的现场总线技术（PROFIBUS），它可将现场所有的分布式自动化设备，包括自动化智能仪表、传感器、执行机构和变送器，通过公共总线直接构成网络。其最大优点是：
1、尽管现场的仪表、传感器、执行机构总数多至数百点，也只需要铺设一根通讯电缆就能将所有的测点数据传送到目的地。这就大大地减轻布线工作量，降低线缆成本，便于安装和便于维修保养。
2、在过程控制中具有更高的可靠性和透明性，更快的数据交换速度，即使距离远至数公里，所有信息也能在毫秒级时间内传送到目的地。
3、实现开放式现场总线后，系统内所有自动化设备（PLC机、PC机、人-机接口系统、以及传感器和执行机构）都可以经过统一的总线进行数据交换和通信。
4、连网及扩展性能超群：可通过SIMATIC网络能将企业管理层、污水处理控制层、现场自动化设备层天衣无缝地集成为一个网络系统。今后如需要增加现场测点或控制点，可直接挂接在总线上，也不必更改原来的系统结构及布线框架。
监控内容简介
根据用户提供的控制仪表清单：
· 超声波液位计（PROSONIC FDU81） 8台；
· 在线氨氮仪（PHOX625/100/01） 1台；
· 氨氮仪过滤装置（PHOX750-665） 1台；
· 电磁流量计（IFM4100 DN250） 2 台；
· 在线溶氧仪（CYH101-D） 4 台；
· 在线流量计（LZB-50） 3 台；
· 在线PH/T计（CPM152） 3 台；
· 电磁流量计（IFM4100 DN25） 2 台；
· 电磁流量计（IFM4100 DN32） 2 台；
上述仪表数量可大致确定输入模拟量约为21点，输入与输出开关量分别约为32点，输出模拟量约为21点。
在线实时工艺控制
内容包括：
磷盐加药量控制 根据电磁流量计输入量，由PLC的输出模块，控制调节池的磷营养盐加药量（控制定量投加泵），构成闭环控制。
pH值控制 由PLC根据在线PH计测定的输入量，控制纯碱加药量，构成闭环控制。
甲醇加药量控制 根据电磁流量计输入量，由PLC的输出模块，控制缺氧池的甲醇加药量（控制定量投加泵），构成闭环控制。
纯碱加药量控制 根据电磁流量计输入量，由PLC的输出模块，控制氧化池的纯碱加药量（控制定量投加泵），构成闭环控制。
进水氨氮浓度控制 由PLC根据在线氨氮仪输入量，控制甲醇加药量，构成闭环控制。
好氧池溶解氧控制 由PLC根据在线氧气流量计输入量，控制供氧泵供氧量。
进水温度控制 由PLC根据水温测定探头输入量，控制进水温度。
污泥泵启仃控制 由PLC输出控制污泥泵的启仃开关。
加药泵液位控制 由PLC根据超声波液位计输入量，控制水泵启停时间。
二沉池排泥程序控制
主要设备运行参数监控等
声光报警
可实时显示最新报警点的报警信息，同时伴有声光报警，按下消警按钮后，可消除报警声音。并按时间顺序排列，自动记录在计算机的报警数据库中。
报警级别可分三级：一般报警；严重报警；致命故障；
一般报警时，仅给出警告，以供参考，设备仍旧按即定程序进行。
严重报警时，系统除报警外，该部分设备自动切换到备用设备，其余设备仍旧按即定程序进行。
致命故障时，系统除报警外，自动将系统切换到手动状态。
三、软件系统编制
操作系统软件包（Intouch 5.6 组态软件及动态链接库）
1、Intouch 5.6 组态软件
InTouch 的设计支持建立独立式和分布式应用程序。独立式应用程序指的是每个监视的系统只使用一个操作者界面（OI），如污水处理控制，独立式的应用程序通常更容易配置，小到没有网络，只需要简单的维护。而分布式应用程序复杂得多，常常有好几层网络。典型的分布式应用程序有一个中央控制室计算机，集中式数据存储和一群与中央控制室计算机互相作用的客户站， InTouch 提供许多建立和维护分布式应用程序非常便利的功能。最强有力的一个是网络应用程序开发（ NAD ）。NAD 允许许多客户站共同拥有一个应用程序的备份而不限制对这个应用程序的开发。InTouch NAD 在应用程序变化时也提供向这些客户站的自动通知的功能。
InTouch 5.6包括以下功能：
· 分布式报警系统:
新的分布式系统可同时支持多个报警服务器或“报警供应器”。使操作人员可以同时观察、了解多个远程地点的信息。
· 分布式历史记录:
分布式历史趋势系统使你能动态地给趋势图表的每个笔确定不同的历史文件数据源。
· 动态分辨率转换
可以在一种分辨率下开发应用程序，而无需改动应用程序就能在另一种分辨率下运行它。应用程序还可以不按显示分辨率而按用户定义的分辨率运行。
·动态引用定址
可以通过改变数据源的引用字段来动态地寻址标记名的多个数据源。
·网络应用程序开发
新的远程开发功能提供了大型、多节点的安装，包括从一个开发工作站上修改网上的所有节点的能力。
2、动态链接库
PLC与PC机的I/O通讯编程：
数据的更新通过通讯模块传送到各个数据处理输入输出接点上，实现各个数据库的数
据共享与数据刷新，当通讯发生故障应具有故障判断和故障恢复功能，要考虑数据库系统的安全保证措施，即提供“冗余（redundancy）”存储方式。
动态链接库可供各种应用程序调用动态链接库中的过程，完成窗口与图形的显示、内存管理等任务。应用程序编程接口（Application Programming Interface）使操作系统能支持并供应用程序对设计窗口、设计控件进行控制。
3、运行及监控软件包（过程指令模块）
运行及监控软件的模块功能：
a) 提供对模拟数据量及开关量读写，允许用户设置报警极限并确认报警；
b) 将模拟输入量与用户自定义值进行比较，调节过程变量接近设定值；
c) 根据各路模拟量值或操作员输入，输出相应的数字式开关量；
d) 提供动态过程仿真，包括根据数字近似值或经验值产生提前或滞后量；
e) 从不同的数据源采集数据，并将数据转换成数据库需要的格式；
f) 执行逻辑控制，检测事件，根据需求对数据库进行写操作；
g) 可以根据报警定义检测数据产生报警，读取网络报警启动队列并使用报警汇总。
4、编制应用程序显示界面
利用InTouch 5.6 组态软件及VB 5.0 应用软件编制以下动态显示界面：
a) 污水处理监控系统总图；
b) 污水处理装置动态工艺流程图；
c) 污水处理装置自动控制系统图；
d) 污水处理装置动力配电系统图；
e) 各主要设备运行动态图；
f) 各主要单体工艺运行动态图；
g) 历史纪录显示表图；
h) 报警记录显示表图；
i) 系统自诊断图等。
5、编制数据库：调用数据库对象链接接口（ODBC）
a) 根据用户测点表编制数据字典，定义各类变量及其作用域；
b) 创建表结构和查询方式，运用SQL语言，支持ODBC；
c) 编写和调试表单、报表、菜单、报警界面、趋向组图界面及工具栏；
d) 为维护数据库的安全性，创建类库（包括：应用程序级、表单级、控制级）；
e) 定时处理数据流，并设定不同层次操作员的权限。
6、PLC编程
在PC机上，根据工艺运行流程的逻辑关系，可借助SYSMAC支持软件及CVM1系列梯形图支持软件的程序和数据进行再次开发与编程。
临江水厂生产实时监控自动化系统概述
一、简况
上海市自来水浦东有限公司临江水厂，是”九五”期间上海市利用国外贷款和国内资金新建的自 动化程度较高的水厂，于1997年7月建成通水，设计供水量为40万吨／日。主要机电、阀门设备和 生产实时监控自动化系统由国外引进。
水厂制水工艺流程如图一：
二、水厂实时监控自动化系统结构及功能：
临江水厂实时监控自动化系统，采用的是“集中管理、分散控制”的集散控制系统。即DCS(Distributed Control System)系统。设备的PLC可编程程序的编制由西班牙INGELECTRIC—TEAM 公司设计，设有中心控制室一个及PLC子站6座，包括加氯加氨、加矾、Ⅰ滤池、Ⅱ滤池、二泵房、 高配间，整个系统结构由以下几个层次组成：
一) 监督管理和操作层：(中心控制室)
建立在SISTEAM OPERATOR MT系统上。由以下的设备组成：
●二台个人电脑(CPU PⅢ733和CPU赛扬433)
●二台20”显示器
●二台打印机(一台Epson Fx—870，用于打印生产系统设备运行的报警记录另一台HP DeskJet 690C，用于打印生产系统设备运行的曲线记录)
●一台型号为SIEMENS A3000的后备电源
●Window NT 4.0的操作系统
该部分的主要功能是：显示生产设备在运行过程中的不同状态，允许操作者在系统中执行指令。 同时，2台个人电脑用于对系统进行监控和管理的同时，可打印报警记录及历史曲线。
二)通讯层：(中心控制室)
由以下的设备组成：
●一台个人电脑(CPU Pentium 120 MHz)
●一台20”显示器
●一台打印机(HP DeskJet 690，用于打印生产系统设备运行的报表记录)
该部分的主要功能是：生成一个数据库，该数据库从上一级的监督、管理层中搜集生产设备在运行过程中的信息，建立报表，通过打印机进行打印。一台便携式个人电脑(PⅢ650)，内部装有 程序单元系统，可用来连接到通讯系统部分，对不同的控制程序进行安装。
三)局域网层—以太网
这一层包含了建立在交换式以太网基础上的通讯网。局域网是由安装在每个控制设备里的特有的以太网通讯处理器和相应的通讯软件组成的。这个 网络允许从监督管理层和操作层向自动层的数据传送，以便取得实时数据。
四)自动层(PLC子站)
这一层次是由一组自动控制设备群组成的，它们是建立在SISTEAM M TBX和SISTEAM TEMPRO设备基础上的。
SISTEAM M TBX是按国际通讯平台Multibus Ⅱ组成的多处理器控制系统，配有32位微处理器。
每个SISTEAM M对和它有联系的处理过程的作用实行控制。列举如下：
●加矾PLC子站
●加氯、加氨PLC子站
●Ⅰ滤地PLC子站
●Ⅱ滤池PLC子站
●二级泵房PLC子站
●高压配电室PLC子站
另一方面，Ⅰ滤池系统(1#—10#)滤格和Ⅱ滤池系统(10#—20#)滤格带有20个就地控制台，每个控制台都包括一台智能化的输入／输出信号处理单元，可以执行就地逻辑工作并向各自的SISTEAM M 子站输送数据。
这些就地智能系统是建立在SISTEAM TEMPRO之上的。SISTEAM TEMPRO包含一个提供双串行口的处理器。
每个SISTEAM M子站单元都有一个界面快速控制板操作的就地单元，它只受就地处理过程 的限制。也就意味着：这些界面快速控制板通过PLC不但能显示设备的工作状态，也能在系统 上工作。
该系统的网络拓扑结构为总线型结构，网络为以太网，数据传输速率是以10Mbps(每秒10兆 字节数)，通讯线采用同轴电缆。
三、MMI控制系统
出于对制水系统运行的可靠性考虑，本公司的设备控制系统设有三级控制方式，即：就地手动、 现场监控和远程监控。MMI控制方式为远程监控的一种。
1、概况
临江水厂的上位机监控系统设置于本厂的中心控制室，采用的是INGELECTRIC—TEAM公司的MMI(人机界面)技术，OPERATOR MT是其软件产品。它由以上介绍的监督管理和操作层中的二台计算机构成互为备用的主控计算机(称为l号主机和2号主机)，具有生产实时数据的采集、画面监控、报警信息和历史趋势的显示功能等。同时由以上介绍的通讯层中的一台计算机(称为l号副机)负责生产报表的统计和打印。OPERATOR MT软件基于实时应用平台，这种平台具有较强的网络能力及一批图形配置工具。它支持下列硬件和软件标准：
1)Windows NT操作系统
2)PC工作站操作平台
3)以太网IEEE802.3网络拓扑结构
4)TCP／IP网络传输切、议
5)客户服务器结构
6)面向对象的系统
2、网络结构
在网络配置中被定义的网络设备是计算机和PLC.MMl分布于三台计算机：
1号主机，它可运行所有的系统服务器模块，RTDB(实时数据采集及更新)、报警服务器及历史数据服务器、图形面板、报警页及历史数据页面。该计算机是一个网络服务器，当它运行在主 机形式时，对另外的计算机提供所有的设置。
2号主机，它只运行RTDB，作为1号主机的后备形式。它也为图形页、报警页及历史过程数据运行客户模块。这个计算机是一个网络服务器，当它运行在主机形式时，对另外的计算机提供所有的设置。
1号副机，只运行最小模块，为了产生过程报表及数据库文件，而能提供其他程序所需的数据。
1号及2号主机、1号副机与PLC控制器之间的通讯基于以太网技术，遵循TCP／IP网络传输协议。
3、图形面板监控系统(GMS)
中控室上位机的画面监控功能是由OPERATOR MT的图形面板监控系统(GMS)提供的，图形面板的监控系统模块展示了生产设备的图形显示，它是从控制单元采集到实时数据使画面产生动态。 数据通过网络服务(DSBUS)被实时更新，应用程序使操作人员能通过在控制器上设置点与外部环境相互影响。同时，操作人员通过对系统键盘、功能键盘、鼠标等的外部设备，对自动层中的各PLC 子站中的设备的运行进行MMI控制。
3.1 图形面板的监视系统
图形面板的监视系统由3部分组成：
1)图形面板的顶部显示为系统运行的日期与时间
2)图形面板的中间显示为系统运行流程图
3)图形面板的底部显示为系统运行的菜单
其中，通过图形面板底部菜单可在不同的图形面板、报警页、历史过程数据中进行切换，以求查看所需显示的各PLC子站的工作情况。
3.2 图形面板的控制系统
根据图形面板的中间显示的系统运行流程图及底部菜单的切换功能，能对以下的图形页面进行监控：
1)全厂设备页面：此页面的显示，可观察全厂设备的运行情况，包括全厂任一设备的控制。在该面板菜单显示中，可分别对PLC网络、排水池和回收池、沉淀池、加氯、加氨、加矾、加助凝剂、2组滤池系统、二泵房、高配间、系统报警、历史曲线的12个页面进行切换。
同时，根据设备运行情况的需要进行监控。
2)PLC网络页面：在此页面中仅显示通讯状态。
3)排水池和回收池部分：此面板显示了排水池和回收池的水位、加氯系统的增压泵运行状态和它们相应的压力信号。此页面不提供设备运行的控制功能。
4)沉淀池页面：此面板显示了原水和滤前水的有关信号。例如：原水的进水流量、压力、溶解氧、氨氮、浊度、电导率、PH值、温度。进水阀门开启度，沉淀池的水位。沉淀池出口 浊度和余氯值.唯一的控制功能是调节沉淀池进水阀门的开启度。这个控制功能仅当控制模式选择在“自动”位置时才有效。
5)加氯页面：此面板显示了整个加氯系统设备运行状态，加氯机加注量的显示等等，但没有控制功能。
6)加氨页面：此面板显示了整个加氨系统设备运行状态，加氨机加注量的显示等等，但没有控制功能。
7)加矾页面：此面板显示了整个加矾系统设备运行状态和矾液的配置，加注泵运行时的变频、冲程、絮凝体粒经实测值及矾液密度的数据等。可对原液的浓度及配液的浓度进行设置，同时，对该系统的PLC内部报警进行复位。
8)加助凝剂页面：此面板显示了整个加助凝剂系统设备运行状态，但没有控制功能。
9)2组滤池系统页面：滤池采用的是V型滤池工艺，采用均质滤料、恒水位、恒滤速过滤。气、水反冲洗加表面扫洗。系统包括两个页面，每个页面对应一组滤地。每组滤池分别又有10格滤格，每格滤格又有各自的控制页面。在每组滤池页面上，可对滤池反冲洗三阶段的时间参数及反冲洗出水总阀进行设置，对该组中的滤格在冲洗中发生的故障进行复位。在每格滤池页面上，可对每格滤池的恒水位液位、连续的运行时间、水头损失、PID等参数进行设置，同时，又可对正处于半自动状态运行的滤格进行强制冲洗的设置。
10)二泵房页面：此页面显示了整个出水系统，对出水系统只监不控。出水系统包括7
台出水机泵，有各自的控制页面，在这些页面上可进行出水机泵的开、停操作。同时在出水系统页面上可显示出厂水的有关参数(如出厂压力、流量、余氯、浊度、pH值等)。以及出水机泵等设备的有关参数(如清水池及吸水井水位，出水机泵的运行状态及运行小时数，出水机泵出水阀门的开启度等)和报警信号。
11)高压配电页面：分为35／6KV、6KV两个面板，均为只监不控。主要监视配电系统的进线、主变、厂变、高、低压开关柜等的有关数据(如电压、电流、有功功率、功率因素等)和状态(如开关和断路器位置和状态)，各种故障记录和报警等。
12)报警页面：包括两个主要窗口，一个活动在屏幕的底部，能显示最新的没有被确认的报警。另一个窗口又有两个部分：左边的是历史曲线，而右边的是实时报警。最新的报警是窗口中的第一个报警。
13)历史过程数据页面：此窗口以图形形式(趋势图)出现。
4、报警信息
报警信息由报警数据库模块和报警数据显示模块组成。
报警数据库模块是服务器模块，它根据在设备管理上的标准的事先定义好的次序存储着关于报警信号的逻辑变量的状态变化。它可读报警单元记录且把它们写在文件中，管理动态报警次序及它 的确认，接受及应答客户模块的请求。
报警数据显示模块用来观察现场报警，它显示生成动态窗口结构，确认和打印历史报警。它们可以在屏幕上随意被指令，并且与相应的点结合起来。
5、过程数据库
过程数据库允许通过历史数据图象以图形的方式存储过程变量数据。可迅速修复以前存储的信息且通过网络装置使之能为所有的应用和组成OPERATOR MT环境的模块所利用。过程数据显示模块能够以图形形式产生窗口。这些窗口能显示存储在历史数据库模块中的过程变量。
四、存在问题及改进措施
临江水厂生产实时监控自动化系统，经历了从最初的生产设备的手动运行→PLC半自动运行→PLC全自动运行→中控室的MMI控制运行。目前系统的运行状态已趋向稳定。
由于我厂自投产以来已有三年多的时间了，在这三年多的时间里，PLC自动控制系统的外围设备增加不少。并且结合目前供水行业减员增效，考虑到水厂自动化系统设备如何来适应新岗位、新人员编制的要求，必须对存在的问题进行改进，具体有以下几点：
1、改进目标：根据目前的设备运行情况来看，排水池提升泵、沉淀池排泥行车运行的远程监控，必须接入PLC网络系统.PLC参与出水泵变频调速装置的监控和滤池单格浊度的监测、PLC实现全厂所有用于积算的流量仪的累积功能等等。
2、硬件部分：为达到改进目标，必须新铺设信号电缆及增加信号接口。
3、软件部分：为达到改进目标，必须修改PLC和MMI数据库的I／O点数的配置。同时增加PLC操作屏和MMI监控画面的组态.对PLC程序进行修改。
萧山水厂自控系统的设计
杭州萧山自来水公司从20世纪80年代开始先后完成了管网检测无线调度系统和第一、二水厂自控技术改造以及第三水厂的全自动控制，且均采用PC+PLC方式构成集散型自动控制系统，自控网络为AB公司的DH+网络。总体上该网络是安全、可靠、经济适用的，但也存在一些严重的缺点：?
① 系统不开放、可集成性差，不同厂家的自控设备难以链入DH+网络，即使最常用的PC机入网也必须采用AB公司的专用通讯适配卡。?
② 网络传输速率低、信息集成传输能力差，致使水厂的工业电视监视系统和电话通讯系统只能各自独立，无法实现管控一体化。
③ 总公司与各水厂之间只有数据量很小的无线通讯而没有网络通讯，总公司无法监视水厂的实时运行状况，水厂也无法获取管理信息。
④ PC+PLC自控系统只是将控制分散到若干工段，而未能将危险充分进行分散。大量I/O电缆、视频电缆的敷设施工，不仅增加了成本还会造成相互干扰，使整个自控系统的可靠性下降。?
⑤ 缺乏网络管理系统，网络的可管性、可操作性差。?
⑥ DH+网络缺乏远程诊断及维护的最基本环境。?
1 工业控制网络?
1.1 以太网?
① 以太网络以其统一的TCP/IP协议和CSMA/CD多路访问方式使得Internet网络迅猛发展，这一成功经验使一直受不同协议的兼容问题困扰的工业界看到希望，许多PLC生产厂家均 开发、推出以太网通讯模块，使其PLC控制器能方便地链入以太网络。?
② 以太网络以其廉价、高速、简易、方便的特性被引入工业控制底层网络中，即使最底 层的I/O采集器也已集成有以太网络功能，从而使现场生产层、控制层和管理决策集成为具 有统一TCP/IP协议的工业以太网络，使水厂自控网络具有了管(经营)控(生产控制)一体化功能，产供销始终处于最佳状态。?
③ 以太网络以其传输速率高、信息量大、兼容性强、编址灵活方便、网络管理功能完善等显著优点而受到许多工业控制现场总线开发机构的高度重视，他们正致力于开发Ethernet/IP总线网络，而工业以太网络很有可能成为最终统一的工业控制现场总线标准。
1.2 现场总线
① 现场总线的本质特征是使用有现场总线通信能力的智能现场设备、智能仪表，由这些设备所构成的网络节点不仅具有竖向(系统)同时也具有横向(节点之间)的通信能力。?
② 该技术一直是当今世界自动化领域中的热点，人们期待由一种现场总线标准协议来规范现场总线产品。目前有8种总线成为IEC现行的现场总线技术标准，因此比较实际的做法是选 择具有可靠性高和冗余功能强的智能I/O现场总线，以便甩掉大量的控制电缆、节省投资和增加自控系统的可靠性。?
③ 目前具有现场总线通信能力的智能仪器、仪表及阀门、泵、加氯机等总线型设备在市场上已有供应，但总体上价格较高。
2 光纤通讯技术
光纤通讯技术的特点是：
①具有传输频带宽、速率高的显著特点，被现代网络通讯广泛使用。
②具有较高的抗电磁干扰和抗雷电袭击的能力，被广泛地应用到工业自动控制场合。
③具有数据、图像、语言三网合一的传输功能，常被企业局域网采用，水厂的工业电视监视系统和自控系统也可合并成一个光纤通讯网。
④ 交换机、HUB和光电转换设备均已成熟可靠，且价格有较大幅度下降，是目前性价比最优的设备之一。
3 萧山南片水厂的自控网络
为克服已建水厂中存在的不足，利用目前先进、成熟的网络技术构成了南片水厂的自控网络。
① 采用10/100兆工业以太网络作为主网络。
② 采用光纤为网络通讯媒体并构成光纤环网，使之具有冗余功能。
③ 采用全双工的光交换机，构成全双工光纤以太环网。
④采用图像、数字技术和视频服务器将工业电视监视系统和自控系统合并建成一个光
纤以太环网。
⑤ 配有以太网通讯模块的PLC可直接链入光纤以太环网中，成为以太网络节点。
⑥ 选择具有智能I/O现场总线通讯功能的PLC作为现场控制器。
南片水厂自控网络拓扑图见图1。
由图1可见：
① 该自控网络属于光纤以太网与现场总线相结合的多层网络，其最高层是管 理层为10/100兆星形交换式以太网；主控制层为10/100兆全双工光纤工业以太环网 ；现场层是PLC的智能I/O现场总线。
② 网络中的3#PLCV型滤池控制站采用双机热备份自动切换的PLC和冗余型现场总线，构成V型滤池自控系统。
③ 现场的实况摄像机联接到视频服务器，后者将图像数字化处理后，链入10/100兆光纤以太网络中实时传输并采用多媒体技术，由视频PC机完成监控。
④ 网络中所有的PLC控制器、PC机、视频服务器、光交换机和远程Modem均遵循TCP/IP协议。
⑤ 通过网络中的Modem，自控网络可实现远程诊断和维护。
4 结语
① 南片水厂采用10/100兆全双工光纤工业以太环网，克服了已建水厂自控系统中存在的传输速率低、数据信息量少、协议不统一、不兼容和不能与总公司联网进行数据共享等不足。
② 在还没有统一的现场总线标准的情况下，采用目前主流的以太网络并结合PLC的现场总线来建设水厂自控网络是比较先进和实际的。
污水处理成套设备综合智能自动化系统简介
1 概述
近年来，各地相继利用外资建设了一批城市污水处理厂，将先进的工艺及设备引进国内，在提高工艺设备技术水平的同时，控制系统和管理水平也有了很大的提高。结束了以
往污水处理全部用人工或简单的电器控制的落后局面。
唐山市西郊污水处理厂建于80年代中期，日处理能力3.6万吨。受历史条件局限，全部采用的国产设备，工艺设备为人工操作或简单的电器控制。运行中的工艺参数调整大多凭经验，这种低水平的运行管理状态在很大程度上影响了正常运行。
污水处理成套设备综合智能自动化系统开发研制目标是对污水处理运行过程的全面控制及全厂管理系统进行研究开发 ，实现污水处理全过程的自动化控制和现代化管理。
针对自动化系统的发展趋势及西郊污水处理厂的现状，将现场总线技术，智能控制，故障诊断及常规DCS和PLC技术作为开发的重点。
系统按纵向分层，横向分站的原则构造，纵向分为远程终端，计算机集成生产系统，控制网络和现场设备及各层面。横向则根据污水处理工艺划分为若干个控制站，用户可根据自己的实际情况，合理地选择系统的配置。
考虑到污水处理厂的改造与发展，系统可扩展性和兼容性比较强。
针对污水处理工艺过程，开发了智能化控制软件，实现污水处理工艺运行参数以及运行过程的自动控制。
开发了相对独立的车间单元级设备及控制系统，并按照污水处理工艺过程和DeltaV系统的配置要求，将控制功能分配在2台DeltaV控制器上，其中1号控制器主要监控预处理工序生产过程。包括三索格栅，污水泵等设备，由于沉沙池和一沉池的工艺设备属于开关量控制，且与1号控制器距离较远，因此选择1台PLC控制这些设备的运行。PLC和
1号控制器通过RS--485总线连接，按相关协议进行数据通信。2号控制器监控二级处理工序生产过程，包括曝气池，二沉池，鼓风机和回流污泥泵等。在污泥脱水工序开发了一套PLC控制系统，通过RS--485总线和2号控制器连接，亦通过相关协议将运行数据上传到中央控制室。（附图一）
全厂工艺运行的控制系统可划分为污水泵及三索格栅自动化控制、预处理工序自动控制、曝气池溶解氧与鼓风曝气自动控制、曝气池混合液浓度与污泥回流自动控制、二沉池泥水界面检测及排泥自动控制、污泥脱水工序自动等六个控制单元。
2 各单元控制系统
2.1 污水泵及三索格栅自控系统
污水泵单元设有4台污水泵，其中2台通过变频器控制。2台自耦启动。正常情况下，2台污水泵同时工作，即：1台由变频器控制的泵和1台自耦启动的泵（恒转速），根据集水井液位和总流量要求，在1台恒速泵工作的同时对变频器控制的泵进行调节，以使之达到运行需要。中控室DeltaV控制污水泵运行。
三索格栅是系统实施过程中新开发的设备，为满足系统控制的要求，在电气控制部分增加了远程控制功能，在远程控制状态时，DeltaV控制其运行。
三索格栅的运行间隔根据进水量的大小确定。
2.2 污水预处理工序自控系统。
1、旋流沉沙池和砂水分离器控制系统
该系统在项目中新开发的设备设施包括：2座旋流式沉砂池；3台罗茨鼓风机，1台无轴螺旋砂水分离器，11个电磁阀。
该系统电气控制元件多，动作复杂，为此采用PLC做主控制器，控制方式为自动，中控，手动三种，在这种控制方式下，可分为单独工作或同时工作，该系统输送给中控室DeltaV系统的信号有：
故障信号：电机出现故障时，中控室DeltaV系统报警，当班人员可及时准确处理故
障。
中控信号：将现场控制旋钮旋到\"中控\"位置，中控室得到中控信号，即可合上中控触点进行中央控制。
电机运行信号，提砂信号，洗砂信号，便于中控室进行监控。
本系统还设有2台闸板启闭机，1台PH计，2台阶梯格栅，（新开发）1台皮带输送机，其控制检测信号由MODBUS通讯传输到中控室的DeltaV系统，分为中控/手控方式，分别依据污水处理工艺的数学模型进行控制。（附图2）
2、一沉池自控系统
该系统共有沉淀池4座，在每个沉淀池增设4台电动排泥阀和1台刮沫机。
电动排泥阀具有现场手动和远程操作功能，反馈到上位机的信号分别为运行，停止，手动/自动，开阀到位，关阀到位，阀门故障等信号。
刮沫机的控制信号也同样反馈到上位机的PLC中，主控制器按工艺要求分别对刮泥机，电动排泥阀门按时间函数进行控制，并将相关的反馈信号由MODBUS通讯传输到中控室的DeltaV系统进行检测。（附图3）
2.3 曝气池溶解氧与鼓风曝气自控系统
该系统由鼓风曝气装置（鼓风机，供风管，曝气管）电动调节阀，溶解氧传感器及DeltaV控制器组成。
各曝气池溶解氧含量的控制由溶解氧传感器，控制器，综合参数流量控制器，电动调节阀构成串级控制回路，通过调节阀门开度使溶解氧保持在工艺要求的范围之内，鼓风曝气总量控制回路由溶解氧传感器，综合参数流量控制器和变频调速器构成。通过调节风机转速控制鼓风总量的大小，在满足曝气池供氧量的前提下，降低鼓风机电耗。
对于鼓风总量控制回路，使用综合考虑溶解氧均值，进水量，MLSS等工艺参数的控制算法。在鼓风机出口没有安装流量计，只安装了用来检测鼓风机出口压力的现场总线型压力变送器。因此。流量调节是按照鼓风机的性能曲线进行的。（附图4）
2.4 曝气池混合液浓度与污泥回流自控系统
该系统有4个串级控制回路组成，每个回路中包括混合液浓度传感器和控制器，回流污泥流量传感器和控制器以及电动调节阀等。
在混合液浓度控制系统的内环，由于执行机构-电动调节阀和检测仪表-多普勒流量计均有一定的纯滞后时间，对于这种控制现象使用常规控制效果较差，所以采用了采样值PI
控制作为串级控制系统的控制器。（附图5）
活性污泥法污水处理过程是一种生化反应过程，它对控制系统的要求是使混合液浓度保持在一定的范围内，为使回流污泥调节阀的动作不至太频繁，混合液浓度控制系统的控制器采用?quot;采样-保持式增量控制\"方式，这种控制方式是模拟人工控制的方式进行的，控制器每隔一段时间采样检测一次混合液浓度，将该值与前一次监测值进行比较，得到在区间内的变化量，再根据当前混合液浓度与混合液浓度控制范围的中值的差，计算出主控制器对从控制器的给定流量。
2.5 二沉池泥水量界面检测及排泥控制系统
该系统由泥水界面计，无线数据传输装置和工业控制机组成。采集的二沉池泥水界面值通过无线发射模块送到无线接收模块，再通过RS--485总线传输到中控室的工业控制机，该机对泥水界面的数字信号纠错处理后，利用工厂控制网络将实时的泥水界面交给DeltaV系统。
排泥控制系统中的DeltaV系统，污泥回流泵变频器，排泥电动阀等作为系统的控制和执行单元，完成对二沉池泥水界面值的控制。（附图6）
2.6 污泥脱水工序自控系统
作为一个相对独立的控制单元，开发本系统的目的在于，根据污泥量，污泥浓度调节絮凝剂的投入量，使污泥脱水过程在最佳絮凝状态下运行，改变污泥脱水工序无计量，无检测的人工经验式的工作状态，实现污泥脱水工序生产过程的自动控制，建成运行过程主要工艺参数的在线监测及参与实时控制的自动化系统。
根据污泥脱水工艺流程和需要控制的设备的数量，仍以PLC做为控制计算机。控制方式分别采用手动和自动。
手动运行方式下，可按照工艺要求，根据现场设备状况及污泥和絮凝剂的反应情况，进行手动操作。阀门控制器和定量控制器，也设为手动/自动两种工作方式，在手动工作方式下，由面板上的按键直接操作。
在自动运行阶段，关键是控制阀门开度和定量泵加药量，定量泵转速，和给泥阀的开度。但由于加药量和阀门开度控制都有一定的延时，所以，关于给泥阀和加药泵的控制是一个带有滞后的多因素的非线型控制，为使控制准确，需增加智能控制，选择专家系统对阀门开度和定量阀进行控制。阀门开度控制在0～100%之间，定量泵的流量控制在0～300m3/h之间，由PLC的模拟量的输出对阀门开度和定量泵的转速进行控制。
专家系统模型的基本思想是：在确定某一加药量的前提下（即确定定量泵的转速下）根据污泥浓度的检测在某一浓度范围内，确定阀门的开度。如果在一定阀门开度的基础上污泥流量偏小，可确定污泥管道或阀门有堵塞现象，这时可把阀门开到100%，用中间罐的污泥进行冲洗，处理完堵塞问题后，再把阀门开到相应的度数。通过控制柜面板上的显示仪表，可以对阀门开度进行微调，同时对加药量也可以调整。在另一加药量的前提下，同样可利用专家系统在某一污泥浓度下对阀门开度自动调节。
在全厂整个控制系统中没有考虑中控室对污泥脱水单元工序进行控制，只设置了该单元与DeltaV系统的通讯方式，使中控室操作人员对污泥脱水单元运行情况能够掌握。
3 故障诊断专家系统
本系统针对污水处理工艺这样的物理和生化变化为主的诊断对象，故障发生的特点，提出了面向工艺故障诊断的总体方案。
由于污水处理是一个较为缓慢的物理和生化变化为主的工艺控制过程，产生的故障绝大部分是参数性故障，而且污水处理工艺运行过程属于少品种大量连续生产类型，生产过程是连续的，物流和能量流持续不断进行，工序先后次序紧凑严格，工艺流程基本不变，缓冲余地小生产均衡平稳，并伴随着一系列物理生化变化，整个过程又存在着突变性和不确定性因素，对管理，控制的协调性，实时性和可靠性要求较高，设备运行的环境比较复杂，故障停车损失大，往往故障的发生是以连锁的形式出现的，这样故障停车造成的损失巨大，因此故障诊断是确保安全运行的必要手段。
根据污水处理工艺的故障诊断特点，提出了一个检测诊断和决策支持的系统。
故障诊断系统的数据采集是通过现场总线和网络来实现的，其体系结构分为工厂级、车间级、现场级。通过现场级与车间级自动化监控集成系统主要完成底层设备联机控制，通讯联网，在线设备状态监测及现场设备运行和生产数据的采集，存储统计等功能。在现场级网络，通过控制器与现场设备之间的I/O连线或现场总线的数字化通信网络将传送到控制器的在线数据再通过预订的协议传送到上位机，并存储在数据库，这部分的功能是通过数据通讯部分实现的。
诊断系统中，数据采集，数据检查和故障诊断之间的控制信息和在线数据的交互是通过相关部件和数据库的查询技术实现的。
下面介绍一下系统中采用的离线诊断和在线诊断两部分的一些特殊功能。
诊断模型采用层次分类方式，根据层次分类的方法构建为工艺链-故障树诊断模型，借鉴了当前较成熟的结构树-故障树诊断模型。将污水处理工艺流程划分为若干个彼此不相干的线性链表，每条线性链表就是一条工艺链，它表现的是在处理同一物质的过程中，各工艺环节之间的关系应该是“图”，即有些环节有多个输入和输出，但是对于在工艺流程中出现的两个工艺链交叉的环节，另一个链表的物质流，可作为控制参数或状态参数对待。
污水处理厂的在线故障诊断，就是要根据通过传感器获得的某个输出参数的状态（是否超标）以及其它的一些在线数据判断是哪个输入参数对应的设备出现故障。在污水处理工艺过程中，由于生化反应需要时间，在线参数的变化不是阶越而是连续的。因此某些输入参数发生了某种变化后，输出参数的变化会有一个滞后，而不是同时跟随输入参数发生相应的变化，由于这个原因就要求该系统不仅需要根据当前的输出参数的数据判断出是哪个输入参数超标，也就是哪个输入参数对应的设备出了故障。该系统的故障诊断不仅是依照当前数据进行诊断，更重要的是要根据历史数据判断出故障源。根据输出参数而不是直接判断输入参数是否超标进行诊断主要基于以下原因：
（1）增加报警的准确性，由于对产品（即所处理的污水）的质量起决定作用的是输出参数的值，也就是说，有时即使某些输入参数代表的工艺参数超标，但是如果它对产品的质量指标不产生过分的影响（既不是产品的质量指标超标），那么对于输入参数的这种超标状态，可以不予考虑，只对确实应报警的工艺状态报警。
（2）增加系统的智能化，根据诊断可以直接判断是那个工艺参数（指输入参数）发生了问题。
（3）减少误报警次数，由于干扰等原因造成的输入参数的瞬时超标不会对输出参数产生影响，因此这样的报警就能够剔除。因为经常是几个输入参数影响一个输出参数，所以
因对输入参数干扰引起的误报警次数可以大大减少。
（4）在线参数都是通过组态软件获取，而对于参数的超标的报警在组态软件中已经做得相当完善。
本系统以污水处理厂工艺流程控制智能诊断为主要内容，实现了实时性要求不高的在线，离线智能故障诊断。其主要特点如下：
（1）采用面向对象的思想分析，设计和实现了诊断模型。
（2）采用实时方式传送在线数据，轮询方式征兆提取的在线诊断机制。
（3）实现了对多故障分组并以此诊断的多故障诊断。
（4）应用层次分类的方法，建立了工艺链，故障树模型及按照多对多关系组织故障树知识库。
（5）实现了在线和离线两种诊断方式的诊断系统，其中故障树推理实现两种诊断策略。
（6）实现了系统管理模块，可以进行用户管理，数据库维护和对在线诊断参数和界面参数进行设置。
4 小结
污水处理成套设备综合智能自动化系统作为西郊污水处理厂的改造嫁接工程项目，已于2000年3月份通过了专家鉴定验收，结合前段的运行实践，作如下小结：
4.1 运转状况：
（1）工艺设备
通过项目开发了GGS型三索格栅，旋流沉沙池，无轴螺旋砂水分离器，JTS1110型阶梯格栅，一沉池刮沫机，DQY2000-C带式压滤机，电动阀门执行机构等新设备，新设施，提高了西郊污水处理厂的装备水平。
（2）仪器仪表
引进一批国内国外先进的计量检测仪器仪表，可完成对污水污泥的流量，液位，PH，鼓风量的测定，并实现了曝气池溶解氧，混合液污泥浓度，二沉池泥水界面等关键工艺参数的在线监测与控制。
（3）智能化控制系统
系统主控制器采用国外公司新近推出的DeltaV控制系统，项目研制开发的智能化控制系统界面友好，操作方便。各工艺环节运行良好，并实现了曝气池，污水脱水系统的智能化控制，项目研制开发的管理软件，控制软件，故障诊断软件功能完善。
4.2 预期效益
（1）在高电耗设备上采用了变频调速及系统控制等项技术，合理匹配机泵，节能降耗，全年可节约电费17万元。
（2）通过选用高效的DQY2000-C带式压滤机和增设污泥脱水生产工序自动化控制，
使污泥脱水过程在最佳絮凝状态下进行，不仅可大大增加脱水污泥量，而且可降低运行成本11万元。
总之“污水处理成套设备综合智能化自动化系统”项目工程的实施不仅提高了西郊污水处理厂生产运行的管理水平和科技含量，同时也希望能对中小型污水处理厂的改造与建设提供一些经验。
温州新阳岙水厂自控系统的运行调试
1 自控系统概况
温州浦东(新阳岙)水厂供水规模20×104m3/d。自控系统的主要检测仪表、注泵以及滤池气动阀门和大口径针形调节阀等均采用国外进口设备。
1.1 工艺流程及其特色
新阳岙水厂有两条制水生产线，均采用图1所示的自控工艺流程。
、加PLC
水厂自控系统的特色主要表现在两个方面：①进水采用针形调节阀自动调节，使回流水充分利用；②在实现全厂自动控制的同时，与远程提升泵站、老水厂和公司调度系统联网，实现了数据共享和实时生产调度。
1.2 组成及特点
自控系统的组成见图2。
自控系统的特点有：①全厂设有三级网络，即管理层以太网、厂级冗余型工业实时控制MB+ 网和滤池工业实时控制MB+网，使得网络职责分明，便于各自的扩展和维护；②水厂与远程 提升泵站采用有线方式联网；③水厂与公司调度系统采用无线联网；④厂级控制网采用冗余型MB+网，提高自控系统的可靠性；⑤滤池系统实现分布式控制。
2 自控系统的优化运行调试
浦东(新阳岙)水厂自控系统于1999年7月交工验收后正式投入生产运行，经过8个
月的正式运行，积累了大量的生产数据和控制运行经验，于2000年3月进行了一次系统性的运行调试 。现仅介绍加矾系统和滤后加氯系统的运行调试。
2.1 自动加矾系统的优化调试
2.1.1 自动加矾控制原理
原理框图如图3。
加矾控制采用多参数复合环控制模式。
源水流量、源水浊度进行前馈控制，根据模拟斜管浊度反馈进行复合环控制，从而既能迅速响应源水的变化，快速调整投矾量，又能自动跟踪模拟浊度并进行适当调整，在保证沉后水 浊度达到指标的前提下，节约矾耗。
2.1.2 源水流量、浊度的前馈控制数学模型
源水流量和源水浊度为加矾控制参数：
Q矾=Q源水·Fi矾耗·Ki
式中?Q矾——投加矾流量，L/h
Q源水——源水流量，m3/h
Fi矾耗——矾耗(源水浊度的分段线性比例参数由运行调试确定)，kg/ kt
Ki——矾浓度参数(由运行调试确定)
2.1.3. Fi矾耗参数的确定?
Fi参数和Fi参数曲线的确定，分4步完成。
①?Fi参数的历史档案打印和数据整理。在监控计算机和服务器中，已存有将近1年时间的Fi参数实时运行档案，以及与之相关的源水浊度、源水流量、源水pH值、模拟 斜管浊度、沉后水浊度、出厂水浊度、出厂水pH值等的运行历史档案。对上述历史档案进行 整理和优化出一组Fi参数曲线。
②由水厂中心化验室做加矾絮凝试验，得出一组Fi参数曲线。
③将两组Fi参数曲线进行分析和计算，得出一组准Fi参数曲线。
④将准Fi参数曲线输入1#PLC和监控计算机，进入实时运行调试。其时，通过控制回流水的浊度来模拟源水浊度的变化，用20 d的时间对Fi参数进行实时运行调试，得到一组优化Fi参数曲线，如图4所示。
调试过程中，还对低浊度水库水的Fi参数作了重点调试。在矾液浓度为1.0波美度(波 美度的测定采用波美度仪表，波美度Y与质量分数X的对应公式在采用聚合铝为絮凝 剂时为Y=0.6946X-0.489 6；在采用硫酸铝为絮凝剂时为Y=0.69X-0.03)、源水流量为5 000m3/h、源水浊度≤10 NTU、加矾泵冲程为80%的条件下进行试验，运行结果见表1。
表1 低浊水库水不同Fi值运行结果
Fi(kg/kt)
条件
模拟斜管浊度（NTU）
出厂水浊度（NTU）
1.2
无回流水时
≤10
≤0.5
有回流水时
≤14
≤1.0
1.4
无回流水时
≤8
≤0.5
有回流水时
≤10
≤0.8
1.6
无回流水时
≤8
≤0.5
有回流水时
≤8
≤0.5
从表1中可以看出，对低浊度水库水而言，Fi＜1.2 kg/kt时，难于保证出厂水浊度≤ 1 NTU，故Fi参数选择1.4～1.6 kg/kt为宜。
2.1.4 Ki参数的确定
Ki矾浓度参数的计算公式：
Ki=1/｛［(b+0.489 6)/0.696 4］×10｝
式中 b——矾液的波美度
在源水浊度≤10 NTU、源水流量为5 000m3/h、pH值为6.9～7.2之间、加矾泵冲程为80%、Fi=1.6 kg/kt的条件下进行试验，矾浓度分别为0.5、0.7?、1.0 波美度，均跟踪运行12 h，试验运行效果详见表2。
表2 不同浓度矾液处理水库水的运行结果
矾液浓度(波美度)
条件
模拟斜管浊度（NTU）
出厂水浊度（NTU）
0.5
无回流水时
≤8
≤0.5
有回流水时
≤15
≤1.2
0.7
无回流水时
≤8
≤0.5
有回流水时
≤15
≤1.2
1.0
无回流水时
≤8
≤0.5
有回流水时
≤8
≤0.5
从表2中可以看出，对低浊度水库水而言，矾浓度＜1.0波美度时，难于保证出厂水浊度≤1 NTU，故矾液浓度采用1.0波美度为宜。
2.1.5 模拟斜管浊度的反馈控制参数
模拟斜管浊度是多参数加矾控制的重要反馈参数，该浊度值和滤前水浊度有对应关系。加矾絮凝的工况需1.5～2 h后才能在滤前水浊度仪上反映，采用模拟浊度则在20 min左右马上反 映加矾絮凝工况，使系统可以较快速度调整矾的投加量，保证滤前水浊度≤8 NTU。
反馈控制参数P(运行比例参数)、I(运行控制周期，min)的运行调试和确定分5步完成：?
①P、I系统的历史档案打印和数据整理。在服务器和监控计算机已存有P、I参数的实时运行历史档案，以及与之相关源水浊度、源水流量、源水pH值、模拟斜管浊度、沉后水浊度、出厂水浊度、出厂水pH值等的运行历史档案。对上述档案进行整理，从而得出二组P、I参数。
②将第一组P1、I1参数输入1#PLC，并进行5d的跟踪调试，同时详细记录和保存源水浊度、源水流量、源水pH值、沉淀水浊度、出厂水浊度、Fi参数、Ki参数等实时运行数值。
③将第二组P2、I2参数输入1#PLC，进行与②相同的操作。
④将两组P、I参数的运行效果进行分析和计算，得出一组参考性较强的P、I运行参数。
⑤将这组参考性较强的P、I运行参数输入1#PLC投入运行，并由计算机详细记录和保存与之相关的实时运行数据，作为下一次运行调试的依据。
用了15 d完成P、I参数的运行调试，确定P为90，I为18 min。
2.2 滤后自动加氯系统的运行调试
①滤后自动加氯控制采用PLC和加氯机控制器互为备用的方式(冗余型)，运行调试是针对P LC自动加氯控制。
②PLC滤后自动加氯控制采用余氯反馈控制模式，其运行调试的主要内容是P、I参数的调试，调试分5步完成，基本类同于加矾系统中的模拟斜管浊度反馈控制参数的运行调试。
③用20 d完成本次滤后加氯的P、I参数优化调试。
3 运行调试结果
从运行调试后一年的运行效果看，水厂的出厂水浊度长期稳定在0.2～0.5 NTU、余氯在0.6～0.8mg/L、pH值在6.8～7.2范围内，矾耗、碱耗、氯耗比运行调试前下降了20%左右。2 001年6月平均产水量为22×104m3/d，最高产水量达28.5×104m3/d，超过设计能力42.5%。所以，采用自动化控制的现代化水厂在投产运行后半年到一年的时间内，进行一次运行调试是十分必要的。
污水泵站控制系统的设计与实现
1 系统概况
镇江市污水截流工程是江苏省苏南环保项目之一，是利用世界银行贷款兴建的市政环保工程，包括：古运河截流系统、内江截流系统、泵站、过江管道、中试氧化塘以及污水排放口等工程，这一系统远期(2010年)所能接纳的污水量为30×104m3/d。其污水外排工程采用多级泵站串联形式，利用地下管道逐级加压提升的方法进行排污。
控制系统主要由Intellution FIX人机界面、高速数据通讯网络(DH—485和JSPAC)及PLC系统三部分组成。系统组成的概念建立在一个开放式、模块化结构的基础之上，并使系统可以 灵活、方便地实现复杂的编程和组态工作。
系统设中央控制和现场监控两级，即中央控制室和七座泵站(PLC1～7)。中央控制室内装有一台SLC—500系列PLC0系统、模拟屏一面及二台工控机(一用一备)，PLC0实时采集各泵站的现场信号，并在模拟屏及上位计算机屏幕上显示出来。
2 系统设计
2.1 系统设计原则
根据控制系统设计规范，其设计原则为：
①模块化。各系统自上而下逐层分解，直至完成所要求的功能，并在设计中尽量减少模块间数据、控制参数的传递，以减少相关性。
②可靠性。采用双机热备用方式。
③实时性。自动地控制泵站各个设备，如阀门和水泵等的正常自动运行，在出现异常时迅速处理并报警。
④可维护性。采用模块化设计以方便维护。
⑤可读性和可扩展性。
2.2 系统设计思想
截流工程采用分级分布式计算机控制系统，对截流工程的工艺过程进行集中管理、分散控制。
①采用分级、分布式结构
系统设中央控制室和泵站现场监控站两级，由中控室统一管理。每座泵站为相对独立的监控站，能实现就地控制的各种功能。系统功能还包括能实现手动控制、就地控制和远程控制 的相互切换，当系统出现故障时，各监控站仍能实现就地控制。
②系统具有高可靠性
中央控制室设置成双机系统，采用双机热备份方式。自动化仪表驱动执行机构均选用可靠设备。
③故障诊断实时性
在一个控制周期内实现对系统内的各种I/O模板的自诊断，发现故障立即进行切换和
报警。
④系统扩展灵活，重组容易。
⑤模块化兼容的应用软件。
泵站SCADA主站计算机系统采用开放式体系结构，有利于将来系统的升级。中心控制室计算机系统、管理大楼计算机系统、七个现场泵分控站及检测仪表，通过DH—485通讯网(PLC0与PLC1间)和江苏省公用分组交换数据通信网(PLC0与PLC2～PLC7间)构成了一个先 进的管理控制和数据采集系统(SCADA)，实现了对整个镇江市城市污水截流工程的集中管理及分散控制。 控制系统构成如图1所示。
2.3 系统的硬件设计
根据设计任务书统计各数据量，并进行分类，由此来决定所需的模块类型与数量。模拟屏控制机(PLC0)通过DH—485网和分组交换数据通信网(JSPAC)与各分控站通讯，从分控站获得所需数据并向分控站发送命令和信息。PLC0还通过KF3和中控室计算机传递命
令和数据，并控制模拟屏。模拟屏显示各现场分站设备的状态和相关数据。
系统中的七个泵站PLC控制系统均由A—B公司提供的基本模块化控制器组成，它包括机架、电源、处理器(CPU)、各种输入/输出(I/O)模块和一个编程用的操作员接口设备。根据现场采集信号与被控信号的类型与数量确定所使用模块的类型与数量。本系统中PLC所用模块为：
①处理器模板(SLC5/03)；
②离散型I/O模板(1746—IB16、1746—OW16、1746—OB23模板)；
③模拟量I/O模板(1746—NI4、1746—NO4I模板)；
④电源模板(1746—P2)；
⑤操作员终端(PanelView550,2711—K5A2)。
所以，为一个实际的系统配置PLC硬件时，要根据以下的次序来选择相应的硬件产品：信号采集点数→I/O模板→处理器→电源→框架。
2.4 系统的软件设计
系统采用二级结构，由上位机、下位机和检测仪表组成，需要采集35个模拟量、803个开关量。模拟量包括液位、液位差、流量、压力、pH值等；开关量包括各种设备的运行状态与保护装置的动作状态。系统软件设计分为IPC软件和PLC软件两种。
①IPC以Intellution FIX为开发平台，采用可视化开发技术进行图形界面的过程处理，实时显示图形，用户界面清晰，在上位机和大型模拟屏上显示整个截流工程的工艺参数、工艺流程及设备状态，操作人员可以清晰、直观地监视系统的运行状况。各种操作均以按钮、下拉菜单、列表框来实现，紧急情况下能在IPC和PV550上对各泵站的水泵进行控制。另外，系统还采用了数据完整性保护技术、动态交换技术、文件共享技术等，能从网络上的任何一个节点上直接访问数据库、图片以及其他文件，实现了人机绘画及监控、数据采集、数据管理、数据完整性、开放式结构、历史趋势曲线、报表打印等功能，满足了污水截流工程的实际需要。
a.过程数据库是软件的心脏部分，是由过程控制逻辑而形成的一种过程描述，是由块和链组成。一个块(也称点)是一组过程控制指令代码，它执行规定的动作。系统中共创建了模拟输入/输出、数字输入/输出、模拟量寄存器、布尔、设备控制等数据块。在创建并使用数据 库后，可调整链的扫描时间或修改其相位来提高数据库的效率。
b.使用动态数据交换技术，把过程信息传送给其他应用程序，如SPC(过程控制统计)程序等；在画面和过程数据库中插入来自其他应用程序的数据和另一个SCADA节点的信息，将该数 据放入链中并且进行报警和趋势处理；在Excel中快速地建立标准的报表，并能根据实时数据进行更新。从Excel工作薄中获取数据时使用下列语法：=EXCEL1［FILE.XLS］SHEET1!R1C1。同时，在Excel工作表中增加链接。链接用于工作表中显示数据，并能显示历史文件、报 表标题或文本中的静态数据和连续变化的数据，如实时数据、当前数据和时间。
c.对所有不能存储在数据库中而又要用这些数据进行趋势显示的数据，如水泵运行时间、质量测试等，在Excel文件中创建了实验数据文件，每行代表一行实验数据，这样就可以在同一个趋势图中显示历史数据和实验数据。另外，从关系数据库中提取所需的时间
是可以调整的，这取决于信息量和数据库的大小，采用把关系数据库存储在簇中并创建簇索引的方法，来提高数据提取的速度，达到优化数据提取的目的。
d.为了防止非授予权写入数据库块，确保数据的完整性，在定义数据块时，定义了安全区域。一旦数据库节点有了安全保护，操作员必须首先进入注册程序，并且输入相应的名字和口令字。登录后，操作员才可以使用被授权的功能。
②PLC梯形图软件是以RSLogix500为开发平台，软件的使用可另外配置编程终端，也可以在上位机上进行，通过KF3将微机中所编写的梯形图程序下载到PLC0的内存中，也可将PLC 0内存中的梯形图程序上载并存储在上位机上。
下位机控制主程序包含初始化、遥控、自控等8个子程序(其中泵站自控子程序流程如图2)，其特点是集数据采集、通讯、遥控、自控于一体。菜单功能齐全，可完成各种参数的自动巡回检测，进行数据整理、运算、存储、输出报警信号，与上位机通过X.28分组交换构成广域通信网，实现远程通讯和控制。具体功能如下：
a.采集泵站压力、水位、水位差、流量、pH值等八个模拟量。
b.采集水泵运行、故障、电动闸阀全开、全关、运行、故障，启闭机全开、全关、运行、故障，格栅运行、故障等126～320个开关量(各泵站不等)。
c.与中控室保持联络，实时传送数据。
d.解释、执行中控室的遥控指令。
e.自动控制水泵的运行，并保证泵与阀的联动。
f.自动对故障源定位并报警。
g.与中控室自动校对。
2.5 系统通讯
由于PLC1(江滨泵站)与PLC0站之间距离较近，故直接利用SLC500的CPU模板固有的DH— 485通讯口，通过专用通讯电缆简单地组成DH—485网络。采用这种通讯方式，不仅有效地提高了通讯效率和可靠性，而且大大地降低了系统的运行费用。
PLC0与各泵站PLC2～7之间采用江苏省公用分组交换数据网络(JSPAC)，通过MODEM 进行远程通讯。
分组交换技术是面向连接的数据通信技术，它具有差错控制功能，保证高质量的传输，
网内全程误码率＜1×10-10，通信资源(信道、端口)利用率高，允许不同类型、不同速率、不同编码方式、不同传输规程的终端和计算机之间进行通信，分组多路通信可实现一点对多点同时通信，可建立发送数据优先权，便于分散设点的用户共享资源，信息传输安全、可靠、保密性高，能与公用电话网、低速数据网及其他专用网互连，通信费用低等优点。分组交换网是面向连接的数据通信网，联入分组交换网的计算机可以和网上的其他计算机系统或终端建立联系，互相传递数据、交换信息、共享资源。能进行快速可靠的数据通信是选 择这一网络进行远程通信的原因。
如何利用JSPAC的X.28业务实现PLC之间的通信，这是本系统技术难点之一。X.28建议定义了ASCII终端与PAD(PAD为分组拆装设备)之间的命令语言和命令状态以及数据传送状态 的工作条件。当用户与PAD通信时为命令状态，通过访问PAD可以完成对参数的修改，或向JSPAC发送各种命令。当用户终端与JSPAC上的主机进行通信，即进行数据通信时，为数据传送状态，此时的网络对用户来说是透明的。通过X.28建议可以完成ASCII终端与JSPAC上主机间的通信，具体通信如图3所示。
由于该系统除各泵站采用可编程序控制器进行实时监控外，还通过X.28分组交换构成广域通信网，调试人员在电信部门的协助下，经过多次反复，使系统顺利实现了远程通讯。
JSPAC通信系统采用主—从结构，中控室里的PLC0为主站，泵站(PLC1～7)为从站，采用Polling通讯方式，信息传送采用全双工方式。中控室中的工控机通过KF3与PLC0进行通讯，PLC0与PLC1间通过内备DH—485通讯口进行通讯，PLC0与其他各分站均
选用相同型号(Codesx3265v.34)的调制解调器(modem)，传输速率为9600bps，传输系统误码率＜1×10-6。
主站与从站之间的通讯问题是整个计算机系统能不能协调运行的关键问题。在实际运行中，上位机与下位机之间有两种通讯方式。
①上位机主动
其中又有两种方式：一是上位机对下位机进行写命令操作；二是上位机主动读取。在机组启动时，下位机监测启动过程，对大量的启动数据进行处理。发送中断，告知上位机启动的机组号，上位机接到信号后读取启动数据，绘制启动曲线。正常运行后，上位机间隔10min读取下位机中的数据。
②上位机被动
当有事故或故障发生时，下位机发送事故或故障代号，上位机根据下位机的通讯协议进行特殊的处理。
中控室通讯功能：双串行口，可与有线信道、网络、模拟屏及泵站SLC500可编程序控制器进行通讯。
3 系统接地问题的考虑
由于系统所控制的设备功率较大，以及环境条件比较复杂，强大的电场和磁场干扰不容忽视。为了使系统能够可靠地运行，采用了“半浮地”技术，即外壳接地，系统通过一只2～4μF的电容接至安全的接地点。
4 结论
污水泵站控制系统采用了国际上最流行的、可靠的多任务监控软件Intellution FIX和RSLog ix500高级编程软件，以实现建立稳定、可靠、实时的泵站监控和管理系统。通过几年来的运行表明，该系统的设计是成功的，它实现了对整个污水截流系统的控制操作、数据采集和信息的实时性、准确性、完整性和统一性。
污水处理厂SBR法工艺自动化管理系统
1 前言
污水厂的管理目前大都停留在经验决策阶段，因此污水处理质量极大程度上受管理人员素质的制约。随着污水处理水质要求的日趋严格，污水处理工艺过程更趋复杂，控制要求越来越高，管理水平将是污水处理事业进一步发展的障碍之一。近年来从国外引进设备的污水厂基本上都采用计算机管理，一般都取得了较好的效果。本文就污水处理厂SBR法工艺自动化作些探讨。
1.1微机自动化管理系统的设计
目前国际上普遍采用的自动化管理系统一般都采用这一模式：
人←→计算机←→PLC←→现场设备
PLC是这一模式中的关键设备，PLC中事先已输入工艺运行的程序，PLC可以根据工艺参数按运行模式自动监控、运行设备。计算机在这一模式中起三个作用：①实时显示运行工况。②实时向PLC传送调整设备运行状态的指令。③建立数据库，储存记录运行中各
参数、指标等资料。人可以通过计算机随时改变工艺运行的模式。PLC根据工艺运行的模式自动调整设备的运行，并对工况运行的数据库加以整理保存。
1.2微机自动化控制系统的特点
1.2.1将分散在工艺流程上各控制点的监测数据经处理后作为PLC控制的依据。
1.2.2将监测的数据作为计算机选择运行模式的依据，实现PLC对各设备有效的、自动的控制。
1.2.3计算机实现对全厂运行情况有序的、集中的管理，保证操作人员对整个系统的监控。
2 SBR法工艺流程
SBR工艺是一种间歇(批式)处理污水的工艺技术，它采用单个反应池通过时间序列来完成进水、反应、沉淀、排水、闲置等功能。
在SBR池进水阶段，利用污水进水中所含有机碳源，将上一批反应排水后残留在池内
污 水中的硝酸盐氮予以还原，经过一段时间后，开始曝气，在含碳有机物被氧化的同时，先后进行氧化和硝化反应，曝气结束后进行沉淀，然后将上部澄清液排出，并保留部分处理后污水供下一 周期反硝化反应。
对于SBR污水处理工艺，管理控制可分为两个层次，它与连续流不同，处理操作需要开、关反应池进水阀门，在预定的进水时间内，根据反应池的充满程序，确定启、停鼓风机、滗水器等一系列操作，这些均需PLC来控制。另外，由于季节变化污水量少、水质浓度的变化，处理效 果需要通过调整周期内时间配置来调节。如出水氨氮过高，则需延长曝气时间，出水NOX-N过高则需增加反硝化时间等，一般可以在PLC内预先设置几套周期配置模式，以便根据实际水量 、水质、水温等因素，在一段时间内选用一种周期模式，或昼夜用不同的周期模式。此外，PLC内还具有意外情况下的处理对策，如突然停电一段时间后，应以何种措施过渡恢复等，这些均是SBR法有别于连续流工艺控制管理的方面。
3 PLC硬件的配置
污水处理厂进行自动化控制、管理的主要手段是可编程序控制器(PLC)和计算机。自动化管理系统一般都采用分散控制集中管理的模式，即按工艺要求将全厂的控制系统分成若干个单元，每个单元由一台PLC控制，PLC与PLC之间可由专用通讯电缆连接，构成主、 从PLC模式。主PLC与计算机之间有通讯线相连。
PLC的配置，首先应当结合工艺、土建解决好PLC的单元布置，主要解决集控室与PLC、PLC与PLC之间的距离问题。各控制单元之间的距离应尽量短。如果各控制单元的距离不大于200米，可采用主、从PLC控制模式，主PLC设在集控室，可通过通讯口与计算机直接连接，从PLC采用专用通讯线与主PLC连接。这种模式较为经济。如果PLC与PLC之间的距离较大，则通讯干扰大，可靠性差，不宜采用上述模式。可以采用具有网络功能
的PLC，PLC之间构成一个网络结构并与计算机相连。每个PLC独自控制一个单元，但这一模式的工程造价较高 。
4 SBR法工艺自动化控制管理系统
4.1设计规模及处理目标
进水水质：BOD5=150～3O0mg/l，
CODcr=250～500mmg/l，
NH3-N=25～40mg/l。
出水水质：BOD5≤20mg/l，
CODcr≤7Omg/l，
NH3-N≤15mg/l。
日处理量 5000m3/d。
4.2 设计原则
4.2.1适用于规模较小的城市污水处理，昼夜水量变化大；
4.2.2流程简洁，日后水量增长时可改为连续流常规活性污泥法工艺；
4.2.3具有较好的脱氮除鳞功能(本例子未考虑脱磷)；
4.2.4控制、管理实现自动化，降低能耗，减少运行费用和劳动强度。
4.3设备及仪表配制
设置二个控制单元：进水泵房单元(PLC1)；鼓风机房单元(PLC2)。集控室与进水泵房单元合在一起。鼓风机房单元电机运行状态可以通过PLC1在模拟屏上显示出来。
PLC采用OMRON产品：PCC20OHS。
PLC1：D1=128DO=128A1=16AO=0
PLC2：D1=128DO=48A1=16AO=0
控制室配计算机一台、打印机一台。
4.4 工艺操作系统
污水厂的进水泵房部分一般包括入流总闸门及放泄道、格栅、集水池和提升泵。进水总闸门是为了部分进行维修需要而设置，一般情况下不操作，所以一般采用电动阀门就地操作，其工况集中显示。格栅一般采用电动清捞，根据定时或格栅前后的液位差自动运 行。此外，还需配制垃圾皮带输送机或压榨机，整个格栅除污系统采用现场联动操作，集控室显示。在集水池内设浮球开关及液位计，进水泵的开启台数根据集水池液位升降由PLC控制启停。一般SBR不设初沉他。反应池假设为三组，每组容积1600m3，每组反应池设鼓风机二台(30m3/min；20m3/min)，设置浇水器二台(每台流量450m3/h)，设置搅拌机四台。周期设计为进水2小时，曝气4.5小时，沉淀0.75小时，排水0.75小时，整个周期为8小时。
1.首先第一组进水，开启第一组进水电动阀门，同时给出信号，进水泵准予启动；
2.第一组反应池液位上升至某一设定值时，启动水下搅拌器；
3.第一组反应池内液位达到设定最高值时，关闭进水电动阀门；
4.鼓风机开启受二个因素制约，一是时间，时间控制主要是反硝化搅拌反应需一定时间；二是液位，进水后反应池充满到一定程序再开鼓风机。二个条件必须同时满足。开启鼓风机的同时，关闭搅拌机；
5.鼓风机启动台数需根据反应池溶解氧数值来确定。一般有如下三种方案：方案一 、方案二采用先同时开启两台风机，当溶解氧到达某一设定值后，可改为一台，继续曝气，直到设定曝气时间结束再停机。方案三采用大小风机交替使用，使溶解氧到达某一设定值；
6.第一组反应池进水结束后，如第二组反应池已做好进水准备，则打开第二组电动进
水阀。如第二组不能进水，则给出信号，停进水泵，等到第二组反应池允许进水时打开电动进水阀，同时启动进水泵；
7.在曝气结束前，根据时间设定，打开排泥阀，排反应池混合液，排泥量可通过时间或反应池液位由工艺设计根据泥龄来确定，并可调整；
8.停机后开始计时，即反应池进入沉淀阶段。一般沉淀45分钟后即可滗水；
9.沉淀阶段结束时，给出信号，开启滗水器。滗水器开启时间主要受液位控制(即排水量要求)，滗水总量(以液位反应)到达后，给出信号关闭滗水器，此时进入闲置期待命，再转入进水期；
10.第二、第三个反应池操作也相同；
11.当发生停电或其他意外事故使反应池中断工作，再恢复时，由于外管道内积存污水较多，需及时抽送，可选改为人工操作，待正常后再切入自动运行。或由PLC按照事先设定的应急程序操作，再过渡到正常运行；
12.由于冬季、夏季水质水量水温的变化，需要调整曝气时间、排泥量、污水排出比等，因此可按照设计要求，形成多套运行周期程序，根据排水水质来选择合适的周期；也可在一天中采用不同周期运行。图四是其中一种运行周期程序。
4.5计量监测系统：
4.5.1集水池内设上、中、下液位开关及液位计，并设上、下限报警；
4.5.2SBR反应池内设上、下液位开关；
4.5.3进出水流量，显示瞬时值及积算值，并在计算机内存放，提供日处理量供打印报表；
4.5.4在集水井监测进水PH及进水温度，其日最高值和平均值供报表打印；
4.5.5鼓风机空气量需计量积算，提供日报表打印；
4.5.6SBR池溶解氧供日报表打印；
4.5.7排泥量积算并提供日报表打印。
5 PLC过程控制
本系统采用两种模式来实行控制。
5.1 手动，现场“手动/自动”选择开关切换到手动，可由现场开关直接控制设备，
这是最高优先级的控制，在这一模式下，PLC仅对运行状态作监视。
5.2 自动，现场“手动/自动”选择开关切换到自动，在这一模式下PLC能根据测量参数自动控制设备的运行。自动模式又可分为2种控制方式，我们在PLC的运行程序中设置了上位机控制方式与PLC控制方式。
5.2.1 上位机控制方式：在计算机上，可以将控制方式切换到上位机控制，这时PLC接收上位机发出的指令，也即我们可以通过计算机直接遥控现场设备。
5.2.2PLC控制方式，PLC按上位机设定的运行模式自动控制设备运行，出现故障会及时报警。
(1)格栅单元
进水闸门现场控制，PLC监视。格栅装置：现场设置格栅、皮带转送机、压榨机联动
控制系统，可由现场控制，也可由PLC控制。
(2)集水井单元
PLC根据液位仪测量值及上、中、下液位开关自动控制泵。关闭泵后须等待10分钟才能启动，以保证泵不频繁启动(紧急启动不受此限制)。在启动、停止过程中，PLC自动检查泵的运行状况，判别是否出现故障并报警。计算机自动记录各泵的运行时间，并使之尽量相等。进水 流量、PH值、温度测量信号经PLC的Ato转换后送计算机显示、存储。
(3)SBR池单元
溶解氧测量值及上、下液位开关信号送PLC，PLC根据设定的时间参数、上下液位开关信号启闭进水电动阀门和滗水器，计算机自动记录进水、出水时间。
(4)应急措施
突然停电：计算机会自动检查停电时刻设备运行状况，提示用户紧急处置的步骤、停电时期的注意事项及复电开机的步骤。
6 监控及管理界面的开发
监控及管理界面采用人机界面(MMI)软件包二次开发而在。我们采用了用于控制系统数据采集、图形组态监控和管理的通用软件包—FAGM，该软件在Microsoft Windows3.2/95中文环境中运行，运用软件设计了SBR法工艺总流程图和相应的各个控制单元的图形界面，控制及管理软件具有如下功能：
6.1 工艺流程图监控、仪表面板；
6.2 数据记录和统计报表；
6.3 数据保存、分析和数据记录追忆；
6.4 报警显示、保存和打印；
6.5 设备工作状态控制和工艺参数设定；
6.6 用鼠标点动控制设备输出。
本系统已在太阳岛污水处理工程、吉化丙烯腈废水预处理工程、金玉兰广场污水处理工程中实现，控制效果良好。
唐家水厂自控系统的设计特点
唐家水厂的自控系统，其功能定位如下：
①值班员在中控室通过电脑监控水厂主要设备和工艺、水质参数，并进行数据管理。
②配水、加药、滤池恒水位过滤及反冲洗等过程均自动进行，值班员在中控室也可进行干预操作。
由于设计组同时承担了水厂的电气设计及机电设备选型任务，因此充分考虑了自控系统 、配电系统及机电设备的相互配合衔接，使其合理结合且不重复。在设计过程中，既借
鉴了国内外先进水厂的成功经验，又充分考虑了本水厂的特殊情况，并将多年的运行管理经验融合于自控系统设计中，力求使系统具有先进性和实用性。
1 系统组成
根据上述功能定位，选取了现场PLC+中控楼的计算机组成网络控制系统。PLC采用A-B公司产品，系统按加药、过滤及变配电功能设置了3个PLC站，送水泵房的4套送水泵组各采用1台小型PLC进行监控。这样，共9台设备(7台PLC加上中控楼的2台计算机)挂在DH+网络构成同级通讯链网。
目前对于滤池控制比较流行的做法是设置一个主从网络，每格滤池用1台小型PLC控制并构成低层网络由滤池工作站主机管理，主机作为低层网络的上位机并管理滤池的公共设备。唐家水厂没有采用上述配置是基于以下原因：
①滤池的恒水位控制没有采用出水阀，而是采用了虹吸钟罩装置，它是一种机械控制装置，无需PLC干预，这就大大减轻了PLC的负担，也消除了过于集中控制的危险性。
②滤池管廊全部采用气动蝶阀，控制极其简单，且占用的PLC输入、输出点数较少，用一个按钮并且联在PLC的输出触点上便可进行阀门的手动控制，同时不存在电动阀的过力矩或烧马达等问题。
③风机、反冲洗水泵及气源系统之所以没有考虑常规手动控制是因为这些设备每天运行时间较少，即使PLC损坏也有足够的时间修复。
因此，滤站的PLC负担较轻，也不会因为PLC的损坏而影响运行，故设1台PLC已
足够。
送水泵房是自控的重点，除采用4台小型PLC负责水泵的控制外，另设1台PLC负责配电系统(10 kV)的监控，保护采用分立继电器。由于泵组的一步化启停、冷却水、抽真空系统、液控阀等所有控制功能都由PLC实行，故取消了其他继电—接触控制系统。当然PLC的故障将 导致停水事故，然而设计时考虑到PLC的可靠性及自诊断系统使其故障率较小，且检修的时间也较短，只需一定的备品便可放心使用，无需采用多重控制系统。唐家水厂最大限度地取消了常规的继电控制系统和仪表调节系统，即便是现场手动功能 也是通过PLC来完成，这对完成自动与手动功能的切换或在手动状态下诊断被控对象的故障十分有利。常规的继电控制系统若要实现远程监视，必须有大量的信号送到中控室，这使控制系统庞大复杂。唐家水厂由于配备了1台PLC管理配电系统而取消了传统的中央信号系统，PLC将采集到的信号送回中控室计算机，启动多媒体功能形成真正的声光报警，并且同时完成打印和记录。
加药部分采用1台PLC管理，控制加矾、加氯、加石灰、进水量、机械搅拌、排泥等，这样的功能划分主要是基于地理位置的关系，即就近控制、跨站联锁。加药控制方案的选定直接影响被控设备的成本，如采用10 kg/h挂墙式加氯机，其附带的复合环控制器的成本占加氯机总成本的一半，且其控制自成体系，中控楼的干预控制较难实现。若采用PLC控制加药，复合环控制器便可省去，且操作更加简单、方便。
2 调速系统
唐家水厂调速系统是技改项目，水厂刚建成时，供水量较小且昼夜变化较大，故富余扬程较大且水泵工作点严重偏离高效区，而采用调速系统则克服了上述缺点。由于采用了网络控制且取消了常规的继电器控制，因此改造进行得非常顺利，只需将一次线路作一些
改动，二次控制改动的工程量微乎其微。在选用变频器时，购买了能与PLC通讯的产品(带DEVICENET接口)，因此只需在变频器和PLC之间连接一对通讯线便可在中控室完成对变频器的任何操作，PLC也可通过预定程序调节电机转速，从而进行出厂水压的闭环控制。
3 系统的智能性
自控系统的实用性实际上要求系统有较高的智能度或容错能力。开发大型的专家系统是比较困难的，但可以将平常的运行经验加入控制程序中，即加入若干个智能点。譬如可以通过出口压力信号或电机电流判断反冲洗水泵是否出水(因离心水泵空转时的电流比正常运转时的电流小得多)；又如当程控打开某滤池的排水阀时，其全开行程开关未动作，但此时滤池水位突然下降，由此判断排水阀已打开而不必终止程序执行。这些智能点的加入使系统的适应能力大大提高，PLC通过分析有限的信号量可以发现被控设备的故障。再譬如，可以通过计算液控蝶阀前后补油的时间间隙来判断其是否漏油，这种将运行人员经验化为智能控制的方法是传统继电控制或单回路调节仪表所无法比拟的。
4 过程控制及远程手动操作
水厂过程控制(如对加氯、加矾、恒水位控制等)具有惯性大、纯滞后时间长等特点。理论证明，对于具有Ke-τ/(1+T1)(1+T2S)特性的控制对象，PID是一种最优控制，但当其纯滞后时间τ大于数分钟时，采用PID控制的效果不佳。对于加药系统来说，纯滞后时间由其投加点及采样点的距离决定。作为一个特例，滤后水加氯较为复杂，为了达到自动控制的目的，要求氯气经充分混合后立即检查余氯值作为复合环控制的反馈信号。但有的工艺设计将混合接触时间定得太长，尤其在建厂初期因制水量远小于额定产量，水流速度慢，造成混合接触的时间更长，对控制系统来说，即意味着纯滞后时间的延长。在这种情况下，滤后水加氯即便采用复合环控制，效果也不太理想。唐家水厂的滤 后加氯采用了采样PID
控制，通过控制其采样周期来补偿系统的纯滞后时间，效果很好，真正做到了自动投加。当然也可以利用PLC所提供的PID指令构成串级控制系统，其目的都是为了克服或补偿系统纯滞后时间太长对控制带来的影响。
对于惯性大、纯滞后时间长的系统采用手动控制是很有效的，一个熟练的操作工人并不需要频繁的操作就能将余氯、清水池水位等控制得很好。如果中控室有人值班并可通过网络进行手动操作，则该方式至少可以作为自动控制的一种后备或补充，使系统更加可靠、实用。这里的关键问题是怎样实现两种控制方式的方便切换。譬如，对于采用SCD仪控制加矾的投加系统，一般都采用仪表本身自带的复合环PID控制器进行控制(如图1a)，中控室电脑只能对控制系统的参数进行监视而无法参与控制，切换到手动方式时，必须到现场进行操作。最好的方式是直接利用PLC提供的PID指令进行控制(如图1b)，这样一方面可取消仪表的PID控制器，大大节约了费用；另一方面，利用PLC的功能指令，能方便地实现自动和手动控制的无扰动切换，利用中控室电脑的图形界面，值班工人可以很方便地执行这些操作。
5 功能扩展及联网
对水厂而言，如果只是本地扩展，采用PLC网络就能提供足够的范围和容量，但涉及远程监控时，需要综合考虑各种因素，选择一个较好的方案。考虑到珠海市供水总公司已建立了一个局域网，为实现与该局域网交换数据，采取了一个简单、低成本的方法，即通过挂在局域网的电脑实现和远方PLC对点的通讯。该PLC预先收集控制网络的所有信息，通讯采用无线频道，在线采集的数据存放在指定格式的数据库里。与采用现成的基于Internet的方案(一般的大型工程控制软件都有类似的软件包)相比较，上述方案成本低，软件开发的工作量小，数据刷新的速度快。
唐家水厂的自控系统通过近两年的运行，证明了该系统实用可靠，完全达到了预定的功能和目标。
米铺水厂的控制系统
海口市自来水公司米铺水厂担负着向海口中心地区供水的重要任务。二期扩建工程利用德国政府贷款，进口全套水处理工艺、设备。二期扩建后，米铺水厂的供水能力从一期的7.5×104 m3/d提高到24×104m3/d，大大改善了海口市的供水状况。水厂工艺流程如下：
1 控制系统组成原理
主控制器为西门子S5系列可编程控制器，其原理见图2。
根据工艺设计选择的要求，米铺水厂采用了比较流行的PLC+PC控制系统，将水处理中全部工艺参数由采样处理到调节过程全由微机实现三级监控，即：现场设备手动控制、各站PLC独立控制、中央控制室集中监控，由此构成了先进可靠的集中监视、分散控制系统。采用集散型控制系统，能使控制功能和任务分散，分散出现故障的危险性，提高系统的可靠性。全厂控制系统由泵站控制中心MCC1、滤站控制中心MCC2、加药加氯控制中心MCC3、中控室、模拟屏PLC4组成。
1.1 加药、加氯控制中心(MCC3)
从龙塘水源厂过来的源水进入流量分配井，在此通过在线仪表检测源水的浊度、pH值、温度、余氯、流量、PAC投加量等，其中源水浊度、源水流量、PAC投加流量作为加药控制的重要参数，在线仪表将其转换为PLC可识别的4～20 mADC信号，并调用专用PID控制功能块对变频加药泵进行控制。由于源水基本没受到污染，水质符合《地面水卫生标准》，只有在台风或暴雨季节出现浊度偏高的现象，因此在控制程序设计时选用根据浊度投
加的方法。程序能够根据源水的浊度选取不同的投率，分为浊度＜10 NTU、10～50 NTU、＞50 NTU三档，经过一段时间的运行证明，此控制能够满足工艺要求，沉后水浊度为5 NTU左右。此外为了保证系统的可靠灵活以适应不同的情况(如浊度偏大偏小，或药液浓度改变等)，专门在中控室PC机上设计了一窗口，用来改变投加率，在保证工艺要求的前提下，起到节能降耗的目的。另外，加药车间贮药池装有液位计，可随时了解药池情况，每个药池装有搅拌器，定时自动搅拌，以防止药液沉淀影响浓度。
加氯系统采用真空加氯机，由于加氯机本身为一个控制器，只需送入所需的流量和余氯信号，再通过相关的参数设置，加氯机即可自动投加。加氯机所需的流量信号由PLC送来，余氯信号由余氯分析仪在线检测。考虑到源水加氯主要消除藻类等，对出厂水余氯影响不大，所以采用比例投加；后加氯对出厂水余氯影响比较大，所以采用复合环控制以稳定出厂水余氯。加氯车间还可检测到氯瓶组重量、氯库泄漏及其吸收等信号。
1.2 滤站控制中心(MCC2)
滤站控制中心根据工艺要求控制12格普通快滤池的过滤、反冲过程及相关的参数。每个滤池都装有一超声波液位计，用于检测滤池水位。滤池出水阀为一0～100%无级可调比例阀，由4～20 mADC控制PLC程序，根据液位、阀门的开度信号控制阀门开度，从而保持滤池水位恒定在80%。如果水位为100%，同时阀门开度为100%，PLC即判断为反冲条件，从而调用相应的反冲程序。反冲方式有三种：①水头损失，②定时，③强制放冲。滤池的操作方式有三种：①就地控制柜操作，设于每个池旁，每个柜装有5个阀门控制按(旋)钮及LED显示的开/关、故障信号；2台鼓风机、3台反冲泵开/停、故障信号及水池水位、风机压力、流量、反冲水压力、流量、空压机压力等信号较为直观，易于操作。②滤池控制室控制，由OP37通过画面显示每个池及相关设备的信号、参数以及操作。③中控室控制，由于每个池控制所涉及的开关量较多，而现场距滤池控制室较远，因而12
格池的开关及量信号由PLC扩展模块与PLC通讯，从而节省了大批量电缆，简化了系统。另外，滤池控制程序为模块化结构，过滤、反冲等每一步骤只需调用相应的功能块并赋于相应的参数即可。
1.3 泵站控制中心(MCC1)
泵站控制中心主要监控6台高压电机、水泵的运行工况以及相关的参数。泵站的控制原理主要根据二路出水管压力，同时根据吸水井水位、相关的电机桂、管道上的阀门情况相结合来开停电机。此外，每台泵都装有压力、流量传感器，二路出水管装有余氯分析仪、压力、浊度、流量传感器以检测水厂的生产和卫生指标。泵站的操作也由三级组成：①机旁操作箱控制；②泵站控制箱控制；③中控室控制。
中控室各站的现场数据通过PLC的通讯模块及RS485与2部PC机组成一个L2-Pro 总线网络，同时2部PC通过网卡联机，实现资源共享。各站的OP37除了对该站设备进行操作显示外，还可了解其他站的情况。所用的监控软件为INTOUCH，通过DDE(动态数据交换)与L2-Pro总线进行数据交换。INTOUCH软件人机界面好，能够根据需要进行动画链接，生动、直观。主要窗口有：①进水窗口，②加药车间窗口，③加氯车间窗口，④滤站窗口，⑤泵站窗口，⑥高压配电柜窗口，⑦实时报警窗口。每一窗口显示相关的生产工艺参数，并能进行相关设备的操作。中控室的一部打印机用于实时故障打印，一部用于画面打印。另外INTOUCH还具有实时、历史趋势功能，能够了解生产参数的动态情况。中控室还配有一大型马赛克模拟屏，由PLC4驱动，用于显示整个水厂主要设备的运行状态(手动/自动/开/停/故障等)及主要工艺参数，使人一目了然，便于生产调度管理。
2 几点看法
① 采用分散控制和集中监视的控制方式，各站之间独立操作，包括采用了手动/自动的控制方式，能够消除相互之间的影响。
② 如何对自动化设备的维护和保养自然是一件重要的任务，在使用过程中我们遇到以下一些问题：
a.PLC模块和仪表损坏。分析原因，主要有电压偏高、过电压、或安装时没有按照要求正确接地。
b.设备误动作。如滤池误反冲，电机误跳闸，余氯，浊度超标报警等，分析原因一般为仪表故障所致。仪表作为自动控制的“眼睛”，必须按要求定期清洗、校验，才能保证系统的正常运行。
c.常因外线路故障而造成停电，恢复送电时出现设备的误动作情况。原因为主机判断失误所致，没有严格按照先外而后的顺序操作；许多仪表刚送电时都有一个自检过程，此其间会送出不正确的信号，从而引起主机判断失误，或引起PLC诸如超时等故障，造成系统死机瘫痪。
d.由于二期建的接触池加氯管线较长，还有流量信号取自源水流量，造成接触池余氯变化很大。发现后，在该接触池计量堰板旁加装了流量计，结合超声波液位计算接触池流量，流量信号通过L2—BUS传输到加氯机控制器，从而稳定了接触池余氯。
e.原先设计时没有报表打印功能，为提高管理水平，利用电子表格的DDE功能，每小时记录主要设备、仪表及工艺的参数，每天打印出一份完整的生产报表，弥补了原先设计上的不足。
③ 要充分利用现有的PLC接口资源对已有的设备进行自动化改造，以提高整厂的自动化水平。
④ 由于泵站选用6台定速电机，还有受到源水、城市管网等因素影响，泵站的自动化运行还需进一步优化。
南通市狼山水厂工艺自动控制实施方案
一、概况
我公司在30万m3/d狼山水厂建设过程中，利用奥地利政府贷款引进了一整套水厂自动控制系统。
该系统由奥地利ELIN公司负责提供全套硬件设备和软件设计。该系统由中心控制室的PDS计算机系统和在控制现场的4套ELDATIC 2000 PLC装置，组成水厂的集散控制系统。
中心控制室为数据处理控制中心，设有3个PDS单元。其中2台并行对整个水厂进行监测遥控，1台用作数据处理、运行分析和报表打印。每一PDS装置由下列硬件构成:
Tandon 386-20个人计算机；
Winchester 40 Mbyte/35ms硬盘；
1.2Mbyte 5.25″软盘驱动器；
SALORA 445A 20″彩色显示器；
游动定位器(鼠标器)和标准键盘(控制用的2台PDS配有2只功能键盘)；
DL 3400彩色打印机。
4套ELDATIC 2000 PLC装置分别安装在以下现场:
一级泵站:对一级泵站、污水泵站的运行进行监测控制；
中心控制室:对总降变电所、二级泵站的工作进行监测控制；
加药间:对投加三氯化铁和斜管沉淀池的运行进行监测控制；
加氯间:对移动冲洗罩滤池运行及加氯进行监测控制。
每套PLC装置有以下配置:
ELDATIC 2000工业控制机；
Tandon 286个人计算机；
Winchester 40 Mdyte/35ms硬盘；
1.2 Mdyte软盘驱动器；
14″彩色显示器；
标准键盘。
整个系统共采集信号、数据1700多个。数据采集周期为60s。整个系统可完成以下主要功能:
1.对整个水厂生产过程进行运行、监测；
2.根据生产情况调度一级泵运行；
3.调节加药、加氯量；
4.综合18种生产资料，可绘制19种47 条曲线；
5.记录变电所及所有生产设备故障。
中心控制室与4套ELDATIC 2000 PLC 装置之间采用高速母线(同轴电缆)联接。
整个水厂由该系统进行自动控制，除三氯化铁倒入冲溶池、更换氯瓶和发布二级泵站调泵指令人工外，其余生产过程全由计算机完成。操作人员在中心控制室可通过计算机键盘或专用键盘(功能键盘)对全厂所有电气、机泵设备、加药、加氯设备、沉淀、过滤设备等进行人为的干预操作和控制，只要将操作密码输入即可开始进行自己职权内的操作运行。操作人员将显示屏幕上的光标移至相应模拟图上的操作开关或设备位置后，再连续按动3个按钮，对应的开关或设备即行动作。亦可在现场的ELDATIC 2000 PLC装置上就地操作设备，并可调看全厂的生产运行情况和数据。水厂所有设备均可脱离计算机系统，进行人
工手动操作。
整个系统设计合理，构思严密，使用直观，操作方便，数据收集完整，并能按要求进行数据分析处理。只是为了保证设备的可靠性，配置选用了一些性能较高的设备，显得有些保守。但这也为我们今后扩展功能提供了有利条件。
二、水厂工艺控制方案
水厂工艺控制方案由我公司提出，经中奥双方技术人员讨论确认后，奥方即根据此方案编制软件。水厂工艺控制方案主要内容如下:
1.取水工程
(1)引水虹吸管控制
与从长江引水虹吸管相联的真空罐内水位低于下限时，真空泵启动。当真空罐内水位达到上限，则真空泵停止运行。罐内水位处于低限达15min还不上升，则报警。真空泵在一天内启动2次以上，应予报警。原水水位与一级泵站吸水井的水位差大于0.6m，说明引水虹吸管出现故障，引水发生困难，也应报警。
(2)一级泵站原水潜水泵控制
潜水泵的开停由以下因素决定:
a.清水池水位低于下限时必须有1台潜水泵运行；
b.清水池水位未达到上限警戒水位，至少保持1台潜水泵运行；
c.潜水泵的运行台数所进的水量应与二级泵站出厂水量相对应。出厂水量与单台潜水泵流量之比的整数值，即为一级泵站潜水泵的运行台数。而出厂水量与单台潜水泵流量之比整数以后的小数点尾数，则根据清水池水位的高低、清水池的水位上升或下降速率以及高低峰供水时间等，与相应的设定值对照，进行逻辑判断，决定潜水泵的开或停。总之，既要尽可能保持清水池经常处于高水位，又要保证潜水泵不能频繁动作。每启动一台潜水泵，运行时间不少于1h；
d.一级泵站出水量超过在用斜管沉淀池的最大负荷时，则减少1台潜水泵运行，以保证斜管沉淀池出水水质；
e.每次增开潜水泵时，以运行累计台时少的泵投入运行；减少运行潜水泵时，则以运行累计台时多的泵投入运行。
2.加药系统
(1)冲溶三氯化铁
固体三氯化铁称重后，由人工倒入冲溶池，然后用键盘向计算机系统输入三氯化铁的重量。这时控制系统发出指令，将压力水电磁阀打开，开始冲溶三氯化铁。所冲溶的三氯化铁药液流入贮液池。计算机按已输入的冲溶浓度(一般在30%以上)和投入的三氯化铁重量，计算出的稀释量，待流量计达到该稀释量时，发出指令，关闭压力水电磁阀，打开搅拌空气电磁阀，搅拌3min后关闭搅拌空气电磁阀，则冲溶完毕。最后由化验室测定冲溶后贮液池的三氯化铁药液浓度，并输入计算机待用。
(2)配制药液
投加三氯化铁溶液的溶液池共有2只，1用1备。当在用的溶液池液位达到下限时，则关闭出流电磁阀，停止工作。同时备用溶液池的出流电磁阀打开，投入使用。
根据计算机指令，打开与需要配液的溶液池所对应的贮液池出流电磁阀，向该溶液池补充药液。计算机根据已置入的药液实际浓度、投加溶液浓度、溶液池容积，计算出补充液位值，当池内液位达到该值时，关闭贮液池出流电磁阀。然后打开压力水电磁阀稀释配制溶液至溶液池的液位上限为止。然后再打开搅拌空气电磁阀，搅拌3min，完成配液工作。两只溶液池交替循环互为备用。贮液池、溶液池非正常的液位升高或下降，均会报警。
(3)加药控制
由于狼山水厂的原水取自长江，相对来讲水质较好。因此，影响加药量的因素也少。
加药前馈控制采用按流量正比例投加；浊度、水温按实测资料绘制成曲线，由计算机在运行时对照，取值投加。
斜管沉淀池反应室内设有模拟斜管，取样测定浊度(模拟沉淀池出口水浊度)，对照设定的沉淀池出水浊度标准值(5～30NTU可调)士3NTU，来调整实际投加量。当模拟沉淀水浊度超过设定的标准值±5NTU时，则应报警。另外，加药泵吸不到溶液或加药管道堵塞，加药泵上的阻尼器压力下降或超限，也需报警。
3.斜管沉淀池运行控制
(1)排泥控制
控制排泥有两种方法可供选择:
a.定时排泥:设定排泥时间(0～8h可调)，按周期排泥。
b.按原水进水量、原水浊度、单位药耗、滤后水浊度等参数的变化，调节排泥周期。运行过程中在不断计算排泥水量，当达到设定值时，则进行排泥。
由于滤池采用了通过斜管沉淀池回收反冲洗水技术，反冲洗水的污泥已在斜管沉淀池中回收，所以计算参数不取沉淀水浊度，而取滤后水浊度。
排泥水量可按下式计算:
Qn=Qy(YNTU-LNTU十1.31527FeCl3/(1-98%)×10-6
式中n——排泥水量(m3)；
Qy——斜管沉淀池进水量(m3)；
YNTU——原水浊度(NTU)；
LNTU——滤后水浊度(NYU)；
1.31527——三氯化铁重量换算系数；
FeCl3——单位三氯化铁耗用(kg/km3)；
98%——排泥水含水率。
当排泥水量达到沉淀池设定排泥阀排泥时间(0～10min可调)的流量(按水力条件计算或实测)时，则进行排泥。
由于狼山水厂斜管沉淀池底部构造复杂，底部呈锅底形，有中心传动刮泥机、钢筋混凝土稳流板、UPVC斜管等，因而无法安装泥位测定装置，所以不能采用按池底积泥情况决定排泥的方法。
排泥历时则根据设定的每次排泥水量、排泥系统的水力条件计算定值。
刮泥机故障、超设定排泥时间、未关闭气动排泥蝶阀，则报警。
4.移动冲洗罩滤池控制
(1)过滤周期控制
根据滤池池面水位变化情况和滤后水浊度，采用对比判断的方法，决定增减冲洗间隔时间，调整过滤周期。当池面水位超过上、下限极值，则报警。滤后水浊度超过设定值，进行报警。
(2)冲洗罩工作程序控制
根据冲洗罩冲洗程序按顺序执行。当冲洗罩未能按程序工作时，相应发出；桁车行走不停、不冲洗、冲洗不良、冲洗不停、桁车不走等故障报警信号。运行过程中还经常核对冲洗罩所在位置是否与计算机计数的格数相吻合，否则，说明冲洗过程中出现跳格不冲的
现象，应立即查清，将故障排除。
(3)滤池表面排除飘浮物控制
狼山水厂的移动冲洗罩滤池设在室外运行，夏季极易繁殖藻类，成块的水藻飘浮在滤池池面上，既有碍观瞻，又影响水质。所以设置了排除飘浮物的运行程序。
当需要排除飘浮物时，由人工发出指令，桁车在走到滤池溢流槽对侧放下刮网。滤池仍正常冲洗运行。当桁车走到滤池溢流槽一端时，滤池出水虹吸管上的进气电磁阀打开，滤池水位上升，开始排除飘浮物。同时，由于滤池水位升高，通过刮网上的浮筒自行托起，并由机械锁住，不容下落。飘浮物排尽后，电磁阀关闭，滤池仍按原有程序继续运行。
5.加氯控制
(1)供氯系统控制
8只氯瓶分为2组，每组4只氯瓶并联使用，其中1组备用。当一组氯瓶液氯用完时，氯压下降，氯瓶电磁阀关闭，发出氯瓶用完信号。同时，备用氯瓶电磁阀打开，投入运行。该加氯系统采用负压抽吸方式加氯，一旦加氯管漏气，氯瓶电磁阀自动关闭。如氯瓶间或加氯间漏氯，则发出声光报警。同时，引风机启动，将漏出的氯气送到清水池，由池内流动的水将其吸收。
(2)原水预加氯控制
原水预加氯按人为设定值对照原水进水量正比例投加。
(3)滤后加氯控制
滤后加氯按滤池出水量正比例前馈投加，并按设置的滤后余氯控制值反馈调节。为了防止水源水质变化引起出厂水余氯变化，我们又采取用出厂余氯定值(0.5～1.5mg/L可调)来调整滤后余氯控制值的方法，以达到无论源水水质怎么变化，出厂余氯均能保持在一个稳定的数值上。
6.二级泵站控制
(1)水泵调度
水泵调度由自来水公司中心调度室发出调度命令，水厂中心控制室值班人员通过计算机发出指令进行操作。当出厂水压瞬间大幅度(0.1～0.15MPa)下降时，说明出厂输水总管爆裂，立即关闭对应的闸阀和水泵。如发生突然停电故障，恢复供电时，二级泵站所有水泵锁定，然后再逐台启动，直至恢复到停电前的水泵运行台数。
(2)水泵开停控制
当开泵指令发出后，首先辨别清水池水位高低，以决定是否需要启动真空泵。水位超过规定值，水泵则直接启动，并打开对应的出水电动蝶阀。若水位低于规定值，应打开对应抽气电磁阀，启动真空泵。当真空信号发生器发出信号，说明引水成功，关闭电磁阀，启动水泵，打开对应出水电动蝶阀。水泵若未能按程序动作，则报警。水泵电机发生故障，自动停泵，并发出故障信号。同时，备用泵自行投入运行。
接到关泵指令，先关闭对应出水电动蝶阀，水泵再停止运转。
每次增开水泵时，以运行累计台时少的泵投入运行；减少运行水泵时，则以运行累计台时多的泵投入运行。
地下式泵站集水坑水位达到上限，启动排水泵。水位达到下限时，关闭排水泵。未能按时排出积水，则报警。
7.污水泵站控制
当污水池水位达到上限时，启动污水泵，对应出水气动蝶阀打开。如若30min内污水池水位未下降到全池水位的70%时，则再启动备用污水泵。当污水池水位达到下限，关闭污水泵，待10min污水管道内的水倒流完后，再关闭出水气动蝶阀，以防污水管道内积泥。2台污水泵互为备用，交替使用。
地下式污水泵站的集水坑水位达到上限，启动排水泵。水位达到下限时，关闭排水泵。未能按时排出积水，则报警。
8.总降变电所控制
(1)两路电源控制
整个供电系统在设计时，两路电源可同时供电。当一路电源发生故障时，可保证70%的供电负荷，不致引起全厂停水。除两路电源的进线总闸刀为人工操作外，其余35kV、6.3kV开关屏和部分主要设备的0.4kV低压开关均可电动操作。整个电气系统由1台ELDATIC 2000 PLC装置控制，并作为中心控制室计算机集散控制系统的终端联用。操作人员只要将自己的操作密码通过键盘或功能键盘输入计算机，即可开始进行操作。操作人
员将显示屏幕上的光标移至电气系统模拟图上的操作开关位置，认定后连续按动两个按钮，对应开关即行动作。非责任工作人员操作，或违反电气规程的操作(将会引起重大电气事故)均被锁定，不予执行。
(2)所有电气故障均立即在屏幕上显示，并发出声光报警信号。部分影响正常运行的故障则自动跳闸保护或切换开关。电气故障显示内容有:
a.主变压器系统(35kV/6.3kV 4000kVA):过压跳闸、欠压报警、过频跳闸、欠频报警、差动跳闸、短路跳闸、过流报警、温度报警、温度跳闸、轻瓦斯报警、重瓦斯跳闸；
b.厂用主变压器系统(6.3kV/0.4kV 100kVA):温度报警、温度跳闸、轻瓦斯报警、重瓦斯跳闸、短路跳闸、过流报警；
c.厂用变压器系统(6.3kV/0.4kV 400kVA):短路跳闸、过流报警；
d.6.3kV 800kV电机:过流报警、短路跳闸、过压欠压保护、堵转保护。
狼山水厂的自动控制系统刚投入运行，以上的方案有待于实践的检验，特别是方案中的调泵、加药、加氯、排泥的数学模型和许多设定值，必须通过一段时间的运行，取得比较翔实的资料，经过综合分析，再进行方案调整，使之更加完善。
深圳市下坪渗滤液处理厂的自控系统
1 工程概况
深圳市下坪垃圾填埋场是一座处理城市生活垃圾的大型卫生填埋场，其渗滤液处理厂
设计规模为1600m3/d，分两期建设，工艺流程见图1［1］。
该工艺流程中的氨吹脱、SBR工艺对控制程度要求较高，因此自控系统是实现整个工艺的关键，其结构见图2。
2 总体设计
2.1 设计目标 ?
根据工艺流程及构筑物的地理分布，依据“实用、可靠、经济、先进”的原则，采用“集中管理、分散控制”模式建立了一套经济可靠的现场监测、过程控制和计算机管理一体化的系统，它按工艺流程将生产区域分为两个不同的现场控制单元，全厂设立一个中央监控管理站，利用网络通讯实现了信息、资源的共享和“现场无人值守、总站少人值班”的目标。
2.2 设计思想 ?
随着自动控制技术和设备的飞速发展，控制方面的选择也在增加，由于可编程序控制器(PLC)具有可靠、灵活、易学、易用、功能齐全等优点，适用于包含逻辑控制、顺序控制和批处理控制等许多复杂算法的系统，故在污水处理厂得到了广泛运用，因此该厂自控系统也采用了PC+PLC模式。整个自控系统按三级结构设计，包括现场设备级、现场监控级和中心监控级。全厂网络系统有基于TCP/IP协议的高速以太网信息管理级和控制网络的过程监控级，其中过程监控级的控制网络由各个现场控制站组成，主要任务是进行过程数据的采集及处理，然后将生产过程的各种数据送到中央监控管理站，借助于监控软件和PLC内的控制程序完成数据统计、分析和计算功能，从而实现对工艺过程的连锁保护及整个生产过程的监控；建立在信息管理基础上的以太网管理级由主控计算机和管理计算机组成，对整个系统的数据信息进行管理，它把生产过程控制网络与全厂管理系统连接在一起，在完成数据交换、数据共享的基础上实现了测、控、管一体化。
2.3 PLC设备选型
设计中采用了美国Rockwell Automation公司的ControlLogix系列PLC。从处理器到I/O模块、从硬件到软件，整个产品的结构具有开放、可靠、灵活和易于扩展的特点。独特的背板结构、先进的通讯技术、丰富的通信接口使ControlLogix系统具有无缝连接、快速传输、可组态的特点。此外，ControlLogix系统将离散量控制、运动控制、相互协调的变频控制、批量控制以及过程控制综合在一个集成式结构中，而且可耐受震动、高温及各种工业环境下的电气干扰，使其具有工业化、集成化、结构紧凑的优点，可以满足用户的多种需求。
3 控制方案
3.1 控制方式
根据所完成的控制功能，系统采用三级控制层：手动、自动控制和中央监控管理站远程监控。手动控制具有最高控制优先级，由配电屏或控制柜旁的按钮控制；自动控制是指由各现场控制站的PLC控制器按照所编制的程序对设备进行自动控制(控制级别高于中央控制)；中央监控管理站远程监控是指通过中控室对生产过程进行调度，调度指令通过控制网络由现场PLC控制站实施。
对于某台具体的设备，根据控制信号的来源分为手动、远控两种控制方式，手动控制的信号来自设备旁的按钮，远控的信号则来源于PLC现场监控站输出的控制信号；中央监控管理站层的监控信号先通过网络传送至相应的现场PLC站，然后由PLC对设备发出控制信号达到监控的目的。
这样，控制系统在保证现场设备自带小闭环控制系统相对独立的前提下，使监测系统、电气系统、小闭环系统与计算机控制系统协调，保证现场控制站能按工艺要求和操作规程实现设备运行自动化，通过中央监控管理站实现对整个生产过程的监控、统计分析及管理，达到无人值守的目的。
3.2 现场控制站
按照地理位置和工艺功能的不同设1#、2#两座现场控制站。1＃控制站设在泵房，负责对加药间、石灰投加系统、硫酸罐、一级和二级反应沉淀池、泵房、吹脱系统等工段内的工艺运行参数和设备运行状态进行监测和控制；2＃控制站设在加药间内，负责对厌氧生物滤池、A段好氧反应池、SBR进水调节池、SBR池和污泥浓缩池等工段的工艺运行参数、设备运行状态等进行监测和控制，同时这两座现场控制站还将采集的数据通过全厂控制网络送至渗滤液处理厂中控室进行集中监控。
3.3 系统配置
1#、2#现场控制站均以LOGIX5550处理器模块为核心，配上相应的输入输出(I/O)模块、机架、电源模块、Control Net通讯模块以及远程I/O模块等组成。根据所控设备需要的I/O数量并考虑一定的余量，配置相应数量的I/O模块、扩展机架、通讯模块和电源模块等。
3.4 系统软件
3.4.1 组态软件
PC+PLC控制模式下的PLC主要完成数据采集、执行生产过程的控制、实现连锁保护等功能，而作为操作站的PC机除提供友好人机界面外，还需要有实时处理数据的能力以及提供各种复杂的控制算法、趋势分析、报警管理及报表生成功能。这些功能的实现依赖于组态软件的选择。经过综合比较分析，采用了美国Rockwell Software公司的RSView32中文版组态软件。由于ControlLogix PLC控制器与之自然集成，为由ControlLogix PLC组成的控制系统提供了极大的灵活性。
3.4.2 编程软件
采用的RSLogix5000，是一个32位的、与Windows2000/NT兼容的编程软件包，编程设计简单、直观、具有高级诊断功能、可靠的通信能力、通用的用户界面和设置、灵活易操作的编辑器、文件处理和打印、通用的梯形图指令集、点击即可组态及可靠的通讯功能，适合具有任何层次、经验、知识的开发人员。
3.5 系统功能
①功能组显示?
功能组显示包含过程输入变量、报警条件、输出值、输入值、设定值、回路标号、缩写的文字标题、控制方式、报警值。功能组显示画面包含所有调节回路及顺控回路。
②细节显示
利用细节显示可观察以某一回路为基础的所有信息，其细节可与用户协商。
③标准画面显示
包含报警、趋势、成组、棒图显示等。
④其他显示
包含班组、系统状态、通讯状态显示等。
⑤报表打印?
使用指定的格式将所有历史记录制成打印表格。报表包含交接班记录、日报、月报、操作记录、设备运行记录等。
⑥ 历史数据的存储和检索?
对重要的过程数据和计算数据进行在线存储，并至少可保存48h，当发生事故时可以立即调出相应的趋势画面。可定期将这些数据转存成历史数据以及根据数据的组号、测点号、测点名称、时间间距等任一项目来检索所存储的历史数据。
⑦ 控制功能?
在中控室对现场设备进行控制操作便于实现顺序控制、批处理控制。同时提供具有二阶以上的PID控制方法以保证根据现场设备实际运行情况实现完善的控制。
4 结语
① 在整个工艺流程中，氨吹脱是处理的关键。这是因为垃圾渗滤液中含有高浓度的氨氮(2000mg/L)，如不进行脱氨处理则后续的生化处理难以进行，而在氨吹脱工艺中的控制参数(pH值、气水比、水温、水量负荷)中最重要的是pH值，其他控制参数因设备型号而异，无法进行调整。因此如何控制石灰的投量以便稳定地达到所设定的pH值成为整个工艺的关键。从理论上讲，石灰的投量与原水的pH值、氨氮浓度、碱度等参数有关，但在实际工程中很难做到实时监控，因此根据实际情况采用了单回路定值调节方式，控制算法为PID调节模式，PLC的控制流程见图3。
从图3可以看出，与一般的单回路定值调节不同［2］，该系统采用了两台pH计。这
是由于投加石灰的方式为干式投加，从投加点到最终出水经过了反应池、沉淀池、集水池(共停留了2.5h)，此时若以最终出水pH值作为参比值则会产生严重的信号滞后，使出水pH值产生波动。因此将反应池中渗滤液的pH值作为参比值与给定值进行比较，其差值即为偏差信号，通过PID运算后的输出信号达到控制石灰投加机的转速，从而控制了石灰的投量，而最终出水的pH值作为参考可调整给定值的大小，这样就避免了由于信号滞后造成的pH值波动。
② 由于渗滤液水质复杂、含盐量较高，仪表的液下部件易腐蚀，因此在仪表选型时尽量采用耐腐蚀的液下部件。另外，渗滤液的硬度和碱度很高、污染物含量高，探头容易结垢［3］和被污染，因此重要仪表(如pH计、溶解氧仪)的探头应具有易拆卸、带有自行冲洗等功能。
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