污水处理厂自控系统改造工程实践与探索

韩咏梅 杨 超

(1、昆明维恒升自控技术有限公司,云南 昆明650051 2、昆明科瑞琦科技有限公司,云南 昆明650105)

1 概述

云南瑞丽市污水处理厂，位于瑞丽市团结路北侧。污水处理厂于2010年9月年投产，日处理量1.5 万吨，污水处理采用氧化沟工艺。

自控系统结构：

自控系统PLC控制层采用西门子S7-300系统，现场设置了一个控制PLC主站，二个远程I/O站；二套水质参数数采仪。

图1 自控系统图

PLC主站、进厂水水质参数数采仪和出厂水水质参数数采仪，通过工业以太网，经交换机与二台中控室计算机通讯。

PLC主站以DP通讯方式，连接四台转蝶曝气机变频器、污泥脱水机房远程I/O站、提升泵房远程I/O站和四台提升泵变频器。中控室计算机，设置为冗余，互为备用。

2 瑞丽污水处理厂存在的问题及解决方案

经过多年的运行，设备和自控系统出现许多问题，需要提升改造。由于改造不能停产，我们决定不改变原来的网络结构，着重从以下几个方面来解决问题：

2.1 设备不能远程操作问题及解决

在提升泵远程I/O站，现场检查发现，提升泵、粗细格栅、旋流除砂器和搅拌，只能现场就地控制，计算机不能远程控制，中控发出的操控指令，可以达到PLC模块，但指令不能传输到设备端。该厂处于亚热带地区、气候潮湿、温度高、鼠患严重。拆开PLC模块，发现模块中有许多老鼠屎尿，模块已经损坏；揭开电缆桥架，看到电缆被老鼠咬坏，导致电缆短路。

图2 鼠患致PLC模块损坏

更换新的PLC模块，更换破损电缆；在PLC控制柜进线口、电缆桥架下端口，用防火泥封堵；室内部分桥架盖板取消不盖，让老鼠不宜躲藏，安排人员定期巡检桥架和控制柜。在本控制柜内，仪表与PLC使用共同的24VDC供电电源，为了使风险分散，我们安装了二个24VDC开关电源，PLC系统和现场仪表，分别使用隔离开的二组电源，防止外部高电压大电流串入PLC供电回路，消除对PLC造成的影响。我们又检查了这些设备的现场操作箱，更换损坏的元件，重新箱内接线，实现了提升泵、粗细格栅、旋流除砂器和搅拌器的计算机远程操作。基于安全方面考虑，我们保留了现场手动操作功能。

2.2 PLC程序密码问题及解决

PLC程序块被设置了密码，无法修改程序。经多方尝试，找到了破解PLC密码的方法。

使用解锁工具软件S7+blocks+unlock，取消对程序块的加密保护。

2.2.1 打开程序块的Source源文件；2.2.2 删 除 文 件 中 的KNOW_HOW_PROTECT；2.2.3 存盘并编译该Source文件；2.2.4 程序块的加密保护取消。PLC程序块密码解除后，可以方便的修改程序，不必全部重写程序，减少了编程、调试的工作量，避免大面积停产重新调试。

2.3 PLC系统通讯中断问题及解决

现场PLC系统，偶尔会出现与上位计算机的通讯中断。从中控室计算机开始，沿着通讯回路逐一检查排除故障。主要包含以下部分：2.3.1 主站PLC柜通电情况；2.3.2 中控室计算机与交换机的工业以太网网线是否松开；2.3.3 交换机与PLC主站CPU工业以太网网线是否松开；2.3.4 组态软件与主站PLC的CPU连接地址是否为192.16 8.1.50 ；2.3.5 主站PLC柜内CPU模块的转换开关是否拨至RUN位置；2.3.6 提升泵房远程I/O站、污泥脱水机房远程I/O站，PLC柜通电情况；2.3.7 远程I/O站PLC模块的上游DP接头拨动开关是否拨至正确位置；2.3.8 DP连接线是否断开；2.3.9 DP接头是否松脱。更换交换机与中控计算机的工业以太网线，重做接头；更换部分DP接头、紧固连接部分、更换损坏的DP电缆；修改程序中的通讯设置。最终实现了通讯正常。

2.4 厂区停电恢复供电后设备自动运行问题及解决

污水处理厂有时供电中断，恢复供电后，部分设备立即自动运行，这是非常不安全的状况。在程序中查找原因，在原来的中控室计算机上位程序中，设备的软启动按钮，点击后就一直置1，计算机一直给PLC发送启动的指令，除非点击停止按钮，设备才会停止运行。厂区停电时，在中控室自控系统的UPS短时供电状态下，操作人员没有点击中控室计算机上设备停止软按钮，由于设备终止供电，设备停止运行。厂区恢复供电后，中控计算机发出的指令是1，设备得到的运行指令一直是1，所以设备立即自动运行。找到故障原因，修改上位计算机程序，将设备的软启动按钮设置成点击按钮置1，弹起按钮置0；同时修改PLC程序，设置设备运行自保回路，按钮弹起后设备保持运行。厂区停电后，PLC程序中设备运行回路自动断开，不需要操作人员再去点击停止按钮。厂区恢复供电后，按工艺要求，操作人员逐步启动设备，这样就解决了复电后设备立即自动运行问题。

2.5 检测仪表正确安装

回用水池的超声波液位计，探头直接安装在铁栅栏上，超声信号不能正确传导、反射；我们按照仪表说明书的要求，把铁栅栏开了合适尺寸的孔，重新安装超声波液位计，调试正常，PLC读到正确数据。

2.6 污水提升泵、A2O池转碟机降压启动的安全连锁

3#，6#污水提升泵，5#，6#转碟机，采用的是降压启动方式，该启动方式存在一个隐患，降压启动间隔是靠时间继电器控制，如果时间继电器故障，没有正常切换，没有报警提示，没有故障连锁，操作人员又没有及时发现，则变压器将会被烧毁。我们增加继电器切换监测报警和故障连锁，保证了变压器的安全。

2.7 工艺参数和设备运行数据全面读取

全面校对、读取工艺过程参数，在中控室计算机上显示，例如DO、MLSS、进出厂水质参数、进出厂水瞬时流量、进出厂水累计流量、水池液位。加装互感器和电流变送器，读取关键设备运行电流值。加装接触器辅助触点，中控室计算机完全显示设备运行状态。在中控室计算机上，设置操作界面，设置主要工艺参数和设备的运行历史趋势图、报警界面、运行报表。

2.8 变频器的改造和调试

瑞丽污水处理厂的变频器西门子M340，一直不能正常使用。变频器完全受自控系统控制，如果自控系统出现问题，操控人员不能在现场手动操作变频器，这是非常不安全的状况。通过与业主交流，我们设置变频器有二种运行模式，变频器可以在中控室计算机上操控运行，也可在现场电控箱人工手动启、停。现场有八台重要设备带有变频器，1#-4#转碟曝气机，1#-4#提升泵。八台变频器操控运行状态各不相同，有的可以在中控室计算机上位机上调速，有的只可以用电位器旋钮调速；速度调节有快、有慢；有的变频器手操器显示不对；还有变频器无法与上位机通讯。另外，变频器被设置了密码，无法查看内部参数设置情况，不能修改参数，如表1-2。

表1 转蝶曝气机变频器原状态

针对现场变频器复杂的故障情况，我们制定了解决方案。选取1#转蝶曝气机变频器、1#提升泵变频器，分别作为样板，逐一调试。主要包含下步骤：

（1）了解转蝶曝气机和提升水泵的工作运行特性；DP接头拨动开关拨到正确位置。

（2）检查现场控制箱元件和线路，更换故障元件，重新布线接线。

（3）了解转蝶曝气机和提升水泵的电机参数，恢复变频器为出厂设置，解除密码，设置电机参数。

（4）现场控制柜上，增加变频器故障复位按钮，当单台变频器故障时，及时复位故障信号，以免影响整个系统不能运行。

（5）仔细研读西门子变频器使用手册，核对手册上图纸与现场接线是否一致，修改错误接线。

（4）仔细研读西门子变频器使用手册，了解每个参数的性质，逐一尝试，设置参数。

（5）检查对应的PLC和中控室计算机的程序设置。

（6）在现场电控箱、中控室计算机上，按顺序逐一联机调试。

（7）1#转蝶曝气机变频器、1#提升泵变频器，调试成功后，分别以它们为样板，对照查找其它变频器的故障。根据各台变频器不同的故障特点，修改故障复位接线、外部给定接线；更换损坏的调频电位器和其它损坏元件；重新安装紧固变频器BOP手操面板；重新设置参数。

表2 提升泵变频器原状态

经过反复调整测试，八台重要设备实现了二种的控制运行状态。操作人员可以在现场电控箱上手动启、停变频器、可用电位器调节频率；也可在中控室计算机上操作启、停变频器，同时调节频率。

表3 变频器关键参数设置

结束语

老旧污水处理厂的自动化系统改造，繁琐而复杂。各种故障状态，原因各不相同，需要耐心细致的查找。参与改造的技术人员，需要对污水处理工艺有深入了解；在电气系统、仪表检测系统、PLC控制系统、中控室计算机系统等方面有深厚的技术功底；需善于沟通，了解现场操作人员的操作需求；需善于分析问题，不懈探索，找到合适的解决问题的方法，最终才能完成改造。

自控系统改造完成后，本污水处理厂运行良好，达到了预期的目标。