基于IPC+PLC的集散控制系统在污水处理控制中的运用探讨

贝建宏

（义乌市水处理有限责任公司，浙江 义乌 322000）

随着技术的进步，智能控制系统在工业控制方面的使用越来越普遍，这针对降本增效、规范管理等作用显著。污水治理对生态环保及社会发展的意义逐渐突出，而污水治理环节的智能化监控是这一行业发展的关键课题之一。

1 IPC+PLC模式设计

污水治理厂中，仪器仪表与机械设施通常是在不同生产设备厂家那里采购，并且还要考量污水厂的后续扩建与升级改造，所以，在本项目中，选择IPC+PLC模式，将监控系统、计算机系统、控制系统与显示技术结合起来，来实现对整个污水治理厂的运营及管理。

1.1 CPU

CPU是监控管理层，一般称作上位机，对污水治理厂的生产环节及工艺参量集成在组态系统iFIX上呈现，以便对整个污水治理厂的运营情况实施监控。

1.2 现场控制站

按照污水治理环节的工艺需求与本系统所选择的IPC+PLC模式原则，在生产区域建立了2个控制站，分别处理各生产工艺环节的参数收集和设备运行管理。PLC1控制站与PLC2控制站选择工业以太网完成信息转换与共享，其中，PLC1控制站选择的是西门子S7-400 PLC，而PLC2控制站选择的是S7-300 PLC。CPU配置了UPS电源实现连续供电。

（1）PLC1控制站。PLC控制柜安装在变电所内。PLC1控制站重点处理粗细格栅、入水泵室、沉砂池、氧化槽、消毒车间等工作流程的智能化控制与信息收集。

（2）PLC2控制站。PLC控制柜安装在污泥脱水车间。第二分控站的构成比较烦琐，包含中央控制柜与控制子平台之间的通讯，PLC2控制站重点处理脱水车间设施、板框压滤机、石灰投放系统的智能化控制与仪器仪表信息收集。在PLC2控制站内，PLC2是主控PLC，负责PLC2的整个环节工艺管理，其中，板框压滤机带有西门子S7-300 PLC，石灰投放系统带有西门子S7-200 PLC，两个子平台与PLC2控制站之间依靠ProfiBus-DP通讯。触摸屏与PLC2控制站之间的通讯形式是工业以太网，借助触摸屏便于在污泥脱水车间控制现场仪器及其设置与调整工艺参数。

1.3 就地控制站

涉及部分执行单元和各种网络仪器仪表，其分散在不同的工艺环节。执行单元被就地控制按键箱、PLC控制柜中的按键开关和触摸屏所控制。线上分析仪表把现场收集的流量、含量、酸碱值信号转变成4～20mA的电流信号传输至PLC模拟量AI端口，也能够借助ModBus信息收集模块经过RS485通讯形式收集模拟量与数字量信号，依靠AI或是ModBus模块把模拟量转变成CPU能够直接处置的数字量信息，再传送至CPU上位机呈现。高压整体继电保护器与低压整体智能测量设备基于规范ModBus TCP Slave接入工业以太网，和计算机系统实现通讯，把功耗数据收集于上机位组态页面，呈现重要用电仪器的功耗信息与污水厂的整体功耗等。

2 PLC1控制站结构规划

2.1 PLC1主程序架构

在PLC1主程序内采取了子程序块调取的模块化规划，S7-400 PLC模式为持续循环执行客户流程。PLC由STOP方式转换至RUN方式时，CPU执行开启操作流程。

2.2 粗格栅管理

粗格栅间属于污水治理的首个环节，重点是阻拦污水里的块状杂质，清理污水里的漂浮物与悬浮状污染成分，调整污水的酸碱值，大致净化污水，以降低后期污水治理压力。

粗格栅间运行环节有两个仪器需要联动，一个是粗格栅机，另一个是螺旋输送机，其功能分别为过滤杂物与运送杂质。运行过程是：利用超声波液位计量出液位差，将超声波液位计传输的4～20mA规范模拟量信号收集于PLC1控制站的输入模块，CPU系统对相关的程序及信息加以处置，与格栅间液位差的设置值相比较，当所收集到的液位差满足设置值后，质控系统将智能启动粗格栅机实施除渣处理。在粗格栅间，螺旋运输机与粗格栅机有效联动，粗格栅机工作以前螺旋运输机根据编制的程序智能启动，螺旋运输机于粗格栅机停运一些时间以后智能停止。

2.3 提升泵管理

提升泵室中有2台提升泵，其设置在入水池的下部，在提升泵室安装了一个超声波液位计，用于监测提升泵室中液位信号，监测的液位信号通过4～20mA的模拟量信号方式传输至PLC1控制站的输入模块，PLC平台将按照提升泵室中的液位浮动来管理提升泵的启动数量。对提升泵启动数量的管理是经过提前在PLC内编号的流程来处理的，当泵室水位超过或小于某一设置值时，PLC平台将按照软件程序智能增删水泵的运转数量。而且，系统也将智能累积每个提升泵的工作时间，智能调换提升泵的运转，保障泵的总运转时间基本一样，让2台提升泵一直处在最好的运转状态，延伸泵的应用周期。

2.4 鼓风机管理

好氧池中溶氧器实时监测污水里的DO含量，再把溶氧器监测的模拟信号收集到PLC系统的AI模块，通过CPU对比、逻辑计算，输出信号管理鼓风机的启动与关闭。设置的氧化槽好氧池理想溶解氧含量是2mg/L。

3 PLC2控制站结构规划

3.1 电气原理规划

本项目严格根据GB 50054-1995《低压配电设计标准》国家规定展开电气原理图规划，根据工艺流程上每个仪器在车间的布置，分块规划电气原理图。本系统选择三相五线供电形式，现场全部电机设备均有两种控制形式：就地按键箱控制形式与智能控制形式。就地按键箱控制形式要求在现场人工按动运转/停止按键，正常状况下，电机设施安装是智能控制形式。其中，浪涌保护器用作对间接雷电与直接雷电干扰或其他瞬时过压等电涌实施保护，关注其回路在分布时应和其他回路维持一些间距；熔断器的功能在于避免三相电压失衡时穿透电源指示灯；电压选取开关的功能是分别监控相电压与线电压的值有没有处在正常范畴；电流选取开关的功能在于监控U、V、W各相电流参数。

3.2 板框压滤机逻辑管理

板框压滤机属于脱水车间第二分控站的最重要工艺仪器，能够对配备好的污泥实施脱水、压缩与泥饼外运处置。

（1）板框压滤机做好准备工作好，传出就绪信号值第二分控站，第二分控站传出开启信号，并开启相关的污泥泵。当注泥负担达到设置值、污泥池液位太低、搅拌机电机异常或是污泥螺杆泵缓慢运行时，通过第二分控站暂停污泥入料，结束送泥。

（2）脱水步骤：脱水机开启隔膜机压泵，实施污泥脱水，完成脱水以后开始泄压。

（3）卸泥步骤：卸泥时无须人工参与，板框压滤机21智能处理，板框压滤机带有监控报警器。

（4）滤布清理步骤：高压清洗泵处在智能控制状态时，通过板框压滤机PLC21传出请求命令，第二分控站开启高压清洗泵，清洗完成时停止。如果在运行环节清洗水箱处在低液位，就暂停高压清洗泵，且传出报警信号。旁通开关处在智能控制状态时，通过板框压滤机PLC21传出请求信号启动，在滤布清洗过程启动，清洗完成后关闭。

3.3 上位机监控结构规划

上位机实时监控页面属于本污水治理控制平台重要的人机交互页面。污水治理厂控制结构规划项目所选择的上位机组态系统时GE企业的iFIX4.0，达到了生产区域的可视化。

促进iFIX上位机监控系统和西门子PLC的通讯，一般是借助OPC服务器采集现场仪器PLC的数字量信号与模拟量信号，经过规范的OPC接口将数据资料传输至OPC用户端。iFIX与西门子S7-300/400PLC的通讯是借助Simatic Net OPC服务器来完成的。

4 结语

污水治理智能控制系统是国家全面发展的加强生态环保的关键技术，污水治理厂是工业生产与城市污水治理的核心部门，在水资源保护与污水循环应用方面有显著的作用。本项目选择的污水治理控制系统满足预期要求，对整个污水治理生产工艺流程进行了监控与管理。整个系统已经安装调试好并正常投产，且运转安全、稳定。