水处理自动控制系统的自主设计

摘  要：通过研究河钢宣钢污水处理工艺及相关流程，自主设计基于西门子控制技术的污水处理控制系统，包括控制系统的硬件结构配置、软件设计的原则、步骤以及现场总线通讯等。通过模拟与数字两种无线传输技术的对比，选用图像质量和稳定性好、无线数字通讯技术，实现深处理系统、中心泵站系统、电力监控系统间的远程数据传输及远程视频监控，最终实现水处理自动控制系统的集中监控。

关键词：控制  无线传输  水处理  通讯

中图分类号：TP273                                 文献标识码：A                          文章编号：1672-3791（2019）04（b）-0067-02

宣钢东厂区污水处理厂建于2008年，座落在宣钢中心泵站东北侧，主要处理宣钢厂区外排工业废水和一部分生活污水，处理规模4.8万m3/d，小时流量2000m3/h。建成后的污水处理厂功能强大，共有主控室4个，分别是预处理主控室、深处理一期主控室、深处理二期主控室、中心泵站主控室，分布在污水处理厂不同区域，造成人员配置浪费，彼此协调不方便，因此，需要控制系统的整合与升级，实现集中控制，人员优化。

1  现状分析

1.1 预处理控制

预处理单元处理出水，一部分进入深度处理站进行脱盐处理，一部分与深度处理站出水五泵站储水池混合，达到生产新水水质要求，作为宣钢全厂生产新水水源供生产使用，采用的是施耐德控制系统。

1.2 深处理控制

深度处理单元采用以反渗透为主的脱盐工艺处理，采用的均是西门子控制系统，包括以下PLC站。

CP100：厂外格栅间及提升泵站PLC系统。

CP200：调节池及提升泵站PLC系统。

CP300：高密度沉淀池和V型滤池PLC系统。

CP400：加氯间及污泥脱水系统。

CP500：加药间PLC。

CP700：深度处理站PLC系统。

CP100、CP200、CP300、CP400、CP500、CP700和2台计算机之间采用工业以太网相连接。整个以太网络将组成冗余的光纤环网。

该系统的总体框架是将整个控制系统分为2个层次，即监控管理层和现场控制层。其中监控管理层由2台监控计算机组成，将安装中文Windows 2000专业版、wincc工控软件、MS Office及相应的应用程序，可对全厂的工艺、设备进行全面监测，同时对整个水厂的工艺数据和生产数据进行处理。2台监控计算机互为备用。现场控制层由CP100、CP200、CP300、CP400、CP500、CP700站组成，其主要功能是完成对与PLC相关联的现场设备的控制和所有工艺参数的采集。

1.3 中心泵站控制

中心泵站采用的是西门子控制系统，由于建造多年，控制系统瘫痪，许多控制功能缺失，在水系统整合之际，需重新设计一套西门子控制系统。

2  实施目的

将4个控制室整合为一个控制室，同时能够监控预处理单元、深处理单元、中心泵站控制单元、变电系统单元等的一个大规模、多功能的中心控制室。这样，达到了分散控制、集中管理的目的，同时人员得到了优化。

3  实现过程

3.1 中心泵站控制系统设计

根据控制点数，采用西门子300控制系统。

3.1.1 硬件配置

控制器 ：CPU315

通信模块：CP343-1

数字量信号模块：DI32*DC24V   DO32*DC24V/0.5A

模拟量信号模块：AI8*12Bit

硬件配置图如图1。

3.1.2 软件编程

应用Step7编程软件编制8个水泵的远程启动、停止控制，以及对应出口阀门的远程开阀、关阀和停阀控制，并且在wincc画面中显示水泵和阀门的运行状态以及水池水位的，具有水位报警和模拟量趋势归档功能。

采用现场总线实现了现场设备与控制器之间的通讯，该系统的设计实现了设备远程控制，提高了劳动效率。

3.2 预处理单元、深处理单元、中心泵站控制单元、变电系统单元的监控集中整合到中心控制室，实现集中管理

采用多模、单模光缆数字通讯技术，将各个控制单元的数据传输到中心控制室，通过交换机将数据传输至上位机。光纤传输损耗较低，有利于长距离的传输，并且抗干扰能力强大，保密性能与安全性能优良。

3.3 通过工业电视监控预处理、深处理、中心泵站的现场设备

采用计算机无线网络通讯技术实现对现场设备的实时监控，为达到预定要求的无线带宽，无线通信系统的设计是在每个无线层施工的视频转发服务口和中心控制室在现场的建立区议会，提高视频解码器和电视墙等其他设施。超宽带无线网络在广域网络视频中应用广泛，因此这里也采用超宽带无线网络。通过监测工作站、图像分割和上传到视频管理服务端口，采用系统加密、防火墙、授权制约等对系统进行安全防范。图2为整改后的中心控制室。

4  结语

该控制系统运行以来，实现了分散控制、集中管理的功能，人员得到优化，更加有利于协调管理，在中心控制功能大厅能够对污水厂区所有设备实现实时监控。远程实现污水收集，不但提高污水处理厂的效益，亦可提高宣钢的经济效益，对改善当地水环境、保护地下水资源、增强可利用水總量、缓解宣化缺水城市的现状、保护我国历史名城及地表径流的综合治理具有重要意义。由此可见，其社会效益、环境效益是十分显著的，其经济效益也同样显著。

参考文献

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[2] 丁振山.自动控制技术在水处理系统中的应用[J].绿色环保建材，2018（7）：233.

[3] 李国伟.污水处理自动控制系统设计分析[J].黑龙江科学，2018，9（2）：104-105.

①作者简介：王媛媛（1983—），女，河北张家口人，本科，工程师，主要从事控制系统的设计及维护。