污水处理厂的组态监控设计

钟承尧

（海南师范大学 物理与电子工程学院，海南 海口571158）

污水处理厂的组态监控设计

钟承尧

（海南师范大学 物理与电子工程学院，海南 海口571158）

介绍了基于三维力控软件、三菱PLC及宇光智能仪表的生活污水处理组态监控系统，并对一些技术问题进行了讨论.根据具体的生活污水处理流程，提出了具体的设计方案，该系统对减少小型污水处理厂的经营成本及管理有重要的意义.

污水处理 ；组态控制；PLC；智能仪表

我国的污水处理事业起步较晚，对污水处理的研究，特别是自动化控制设备方面的研究落后于发达国家.设计出能满足排放要求、处理效果好、运行费用低、国产化程度高且自动化水平较高的污水处理控制系统对我国经济的发展具有重大的现实意义，也是对国家节能减排的重大贡献［1］.组态软件是伴随着计算机系统的开放式体系结构而产生的，它通过简单的组态工作即可实现用户所需的大部分功能，缩短了项目开发周期，避免了许多重复性开发工作，正在代替各种计算机语言的软件开发，在计算机控制系统软件行业中逐渐占据主导地位［2］.力控组态软件正是一种先进的工业控制用软件包，它融过程控制设计、现场操作以及工厂资源管理于一体，将一个企业内部的各种生产系统和应用以及信息交流汇集在一起，实现最优化管理.

本文针对某生活污水处理厂，设计基于三维力控软件、三菱PLC及宇光智能仪表的组态监控系统，对污水处理过程进行自动控制和远程监视.系统采用分布式控制系统结构，由上位机和现场设备构成.系统上位机采用力控组态软件开发监控界面，能够完成远程实时监测和数据动态显示、报警、历史数据存档、趋势显示等管理任务.分布于现场的三菱PLC和宇光智能仪表，作为该污水处理远程监控系统的下位机使用，完成实时数据采集和自动控制的功能［3］.

1 组态设计概论

污水处理就是采用各种技术与手段，将污水中所含的污染物质分离去除、回收利用，或将其转化为无害物质，使水得到净化.污水处理厂通常采用除磷脱氮氧化池处理工艺，其工艺流程见图1［4］.

图1 污水处理工艺流程图Fig.1 Technical floWchart of sewage process

一般城市生活污水处理流程主要有：粗/细格栅、一级提升泵房、一号沉砂池、配水泥井、厌氧池、氧化池、二号沉砂池、回流污泥泵站、二级提升泵房等工艺组成［4］.

生活污水经粗格栅进入进水泵房，然后经过进水泵房提升后，污水进入一号沉砂池及计量槽，经过沉砂池处理后的污水，进入配水泥井进行泥水处理，再进入氧化池进行生化处理.处理后的污水进入二号沉砂池后消毒处理，剩余污泥回流配水泥井，消毒后的污水由二号提升泵房排出处理后的净水.

用力控组态软件［5-6］进行组态主要有操作员界面设计、实时数据处理、历史数据存档、趋势显示等.其中操作员界面由系统总貌、粗/细格栅、提升泵站、一号沉砂池、厌氧池、氧化池、二号沉砂池、配水泥井画面组成.系统构成见图2.

2 操作员界面设计

系统提供用于操作现场设备、显示处理数据和非正常情况有效地址通讯的操作员界面.所有过程变量的数值和状态、动态刷新等数值都可在操作员界面得以体现.操作员通过操作员界面可以实现：实时数据显示和控制现场设备.实时显示数据包括显示测量值、设定值、输出值、设备状态和调节方式等.控制现场设备包括对现场生产设备的停止启动、数据写入和读取等操作.对模拟量可以手动改变设定值、输出值和控制方式等，对离散量可以手动操作设备的停止启动.界面用指示灯显示指令状态和实际设备状态以便操作员及时了解现场情况.另外系统还提供报警信息及其优先级，启动报表打印等操作.

2.1 系统总貌

该界面提供整个监控系统的基本运行情况及显示各单元报警信息，可以进入各个子界面，然后进行相应操作.通过该界面操作员能看清整个污水处理流程图，方便管理各个界面.

2.2一极提升泵站及一号沉砂池界面

该界面提供了一级提升泵站及一号沉砂池的泵站状态、液位高度、现场温度、沉砂时间等实时数据显示，有利于操作员及时了解现场情况，遇到突发情况时，操作员能及时做出反应.控制界面见图3.

界面运行过程：点击开始运行按钮时系统运行，一级提升泵站1和泵站2两台泵开始抽水，液位传感器传回液位高度显示在界面上，当液位达到设定高度时关闭提升泵1和泵2.沉砂一段时间后，开二次提升泵3和泵4把沉砂过后的污水送往配水泥井，剩下的污泥由排泥泵抽走.

2.3 氧化池界面

氧化池界面由两个氧化池、两台鼓风机、两台搅拌机、两台抽水机、两台排水机与排气管组成，控制界面见图4.

处理过程：两台抽水泵从厌氧池抽水进入氧化池，当液位高度达到设定值时鼓风机和搅拌机启动，开始氧化；氧化时间到则关闭鼓风机和搅拌机，开始氧化；氧化时间到则关闭鼓风机和搅拌机，开启出水泵3和泵4把水抽走.排气阀门用来排放鼓风机鼓进来的气体；罐里的温度传感器测量出液体氧化时的温度显示在界面上.点击界面上的泵可以对泵进行开关的操作，红色表示关，绿色表示开.

图3 一号沉砂池控制界面Fig.3 Controlling interface of No.1 sand basin

图4 氧化池控制界面Fig.4 Controlling interface of Oxidation pond

2.4 二号沉砂池界面

沉砂池界面包括两台抽水泵站、一个沉砂池、两台回流污泥泵站和两个净水出口阀门（见图5）.

控制过程：按下启动按钮后系统开始运行，两台进水泵开始抽水，这时界面上的泵显示绿色，液位高度增加.当液位达到一定高度后，两台进水泵关闭.之后延时一段时间用以沉砂，延时时间到则开阀门5和6排出净水.排到一定的液位高度，剩下少部分的污泥时再延时一段时间，开抽泥泵把污泥抽走送回配水泥井.在界面上有一个低液位报警信号灯和一个高液位报警信号灯，当池的水位高于或低于设定值时报警灯显示为红色，自动关闭抽水泵或抽泥泵，然后进入循环运行.当有报警时界面上的开关按钮可对泵或阀门进行开关操作.关系统按钮用来停止系统的运行.

2.5 配水泥井界面

界面由配水罐，泥水分离泵，二沉砂池和回流污泥管等图形组成.在该界面上可直观地看到水和泥分离的全过程.配水罐里的水由回流污泥和一号沉砂池出来的污水构成.泥水混合体在罐里由离心泵进行分离后水被排放到厌氧池处理，泥被排泥泵排放另做他用.

图5 二号沉砂池控制界面Fig.5 Controlling interface of No.2 sand basin

2.6 厌氧池界面

该界面由两个厌氧罐、两台进水泵站、一个加料罐等组成，完成污水处理的化学过程见图6.

运行过程：污水处理系统开始运行时，先开动加药阀门，这时加料罐往厌氧罐加化学试剂，加到一定量后关闭，如果加药罐内的药少时将打开外面阀门往加药罐加药，满后自动关闭.抽水泵从配水泥井抽水到两个厌氧池进行混合，一段时间后开放阀门排放到氧化池.

图6 厌氧池控制界面Fig.6 Controlling interface of anaerobic pond

3 历史数据和趋势显示

3.1 历史数据

数据库是上位机监控软件的核心所在，所以需要与污水处理功能模块进行恰当的组合.实际编程过程中定义变量时，记录可设定为不记录、数据变化时记录和定时记录，根据实际情况选择相应的设置，从而节省存储空间.报表可分为历史报表和万能报表2种［7］.

历史数据是反映过去生产过程中所记录下来的数据，可方便在发生同样的事件时工程师能及时地找出原因并加以解决.管理层通过查看数据能够了解生产状况，以便管理和做出决策.系统支持历史数据的记录存档，用于实现定期对历史数据的连续记录.当发生数据丢失及磁盘剩下10％空间时将报警.系统允许用户自行定义存档间隔以避免不必要的数据存档.

3.2 实时数据

该过程对生产过程中得到的数据进行处理，然后和实际情况对比，有不同将进行调整，使控制系统处于最佳的运行状态.如：当液位超过或低于设定值时，计算机将控制现场设备进行调整，得到较好的液位高度.数据经过处理，可了解污水处理厂1d所用的化学药量、处理水吨数、耗电量等，可计算出污水处理厂运营赢亏状况，提供给管理者参考.

3.3 趋势显示

趋势显示包括历史显示和实时显示等功能.趋势显示的形式包括数字、棒图显示等多种实时或历史的趋势，能够直观地查看生产趋势，供调度分析员分析比较，找出泵站和其他设备的最佳运行规律，便以维护，确保污水管网疏通率100％，设施完好率90％以上.

4 结语

随着我国生活污水的排放量增加，对环境污染的问题越来越突出，生活污水的处理将越来越彰显其重要性.使用力控组态软件、三菱PLC及宇光智能仪表等设备构成的监控系统，将大大提高污水处理厂的自动化程度，能做到几乎无人值守也能进行安全生产，这对小型污水处理厂降低经营成本和提高管理水平都有很重要的意义.

［1］亓学鹏，王国勇，赵聪，等.PLC技术和组态王6.25在污水处理厂中的应用[J].中国仪器仪表，2008（10）：42-45.

［2］张学东，李潮.RSView32在污水厂监控系统中的应用[J].微计算机信息，2006，22（28）：43-44；79.

［3］曹丽婷，田景文，黄桂林.PLC和组态软件在污水处理远程监控系统中的应用[J].机床与液压，2008，36（7）：202-204.

［4］陶俊杰，于军亭，陈振选，等.城市污水处理技术及工程实例[M].北京：化学工业出版社，2005：90-95.

［5］袁秀英.组态控制技术[M].北京：电子工业出版社，2003：1-5.

［6］马国华.监控组态软件及其应用[M].北京：清华大学出版社，2004：1-13.

［7］曾庆波，孙华，周卫宏，等.监控组态软件及其应用技术[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2005：126-135.

Design of the Sewage Treatment Plant's Configuration Control

ZHONG Chengyao（College of Physics and Electronic Engineering，Hainan Normal University，Haikou 571158，China）

Configuration monitoring systeMof the sewage treatment is introduced，which is based on three-dimensional Force-Control software，Mitsubishi PLC，and Yuguang intelligent instrument.Furthermore，some technical problems are discussed.According to the concrete sewage treatment process，the concrete design scheme is put forward，it is of important significance for the systeMto reduce the operation cost of small-scale sewage treatment plants and management.

sewage treatment；configuration control；PLC；intelligent instrument

IP 273

A

1674-4942（2010）01-0036-05

2009-10-16