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[摘 要]本文重点介绍了印染废水处理工艺中应用PLC软件编程和工业计算机相结合的方法，通过实施，实现了处理系统远程与现场自控及监控的能力，提高了废水处理工况、处理装置及测试仪表的调控灵敏度、准确度，有助于废水处理系统达到最佳效果，从而节能降耗，节省成本，操作性强，故障率低，适合在废水处理领域推广应用。
[关键词]PLC编程 组态软件 废水处理 远程与现场 自控及监控 应用研究
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）09-0356-01
1 概况介绍
随着工业自动化技术的飞速发展，PLC和组态软件的应用范围和使用规模越来越大，大大加快了我国工业自动化的进展。废水处理工艺过程连续且流程之间相互影响，通过在线仪表的数据分析及判断，直接形成控制设备运行的控制信号。PLC控制系统以其优良的控制性能可以大大减轻实际操作负担。创造适合印染废水处理工艺的自动控制系统，使废水处理工艺流程按最优设计方案运行就显的尤为重要。同时通过视频监控系统、上位机报警系统，可以及时监控现场设备及工艺系统的运行，实现多个无人值守车间，可以有效节约人力资源节约，并在设备切换时实现远程控制，全面提升系统运行能力，加强废水处理系统运行的安全可靠性。
2 自控实例
绍兴某印染厂废水处理工程设计处理水量为2000吨/天，处理介质为印染废水，废水经调节池储存匀合，主要工艺采用生化加物化处理，经处理出水可达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996（GB）中的二级标准。其处理工艺流程如图1：
自动控制系统通过PLC以及工业计算机的方式，对整个废水处理厂处理工况进行设备控制和监控。辅助监控系统是设置在各个无人值守车间的视频监控系统。设置中央控制室、PLC现场控制站、视频监控摄像系统、在线监测仪表。分为管理层（中控室操作站），控制层（PLC控制站）和监测层（现场检测仪表、视频监控系统），中央控制室与现场通过TCP/IP通信总线形成通讯。当设备处于就地控制时，PLC设备只监测设备的运行状态，现场设备只有操作人员在设备现场才可以进行启停，上位机无法对其进行操作。在自动状态下，中央控制室还具有自动和远程手动两种控制模式，当处于自动控制下时，废水处理系统设备完全由PLC相关软件和硬件发出指令进行运作。中控室只是起到监测设备运行状态的作用。在实际运行过程中，由于现场仪表数据波动太大，频繁启停设备，对处理设备及处理工艺系统有极大的损坏，所以在实际运行过程中采用了时间控制的方式，来实现对处理工艺系统的全方位控制。当出现故障报警时程序自动停止运行，发出故障报警，将所有处理设备及处理工艺系统由自动变更为远程手动。中控室人员需要上报相关检修人员对故障部位进行修理。故障解除之后，重新恢复到自动状态。
2.1 控制系统
为了减轻操作员的劳动强度，提高管理水平，控制系统设有一个中控室属于管理层，内有一面模拟屏和两台计算机操作员站，模拟屏显示的是全厂整个废水处理工艺流程及主要在线仪表数据，可以对废水处理设备运行状态进行监视，其中组态软件为组态王6.53，两台工业计算机操作站互为备用，它们均可各自单独完成整个处理工况的监控。在实际运行过程中，一台为操作用计算机、一台为监控用计算机无论是数据备份还是操作过程完全一致，中控室操作站具有以下功能：（1）显示全厂设备运行状态，包括阀门开关状态，水泵和风机启停状态等。显示工艺流程的动态参数，包括进出水COD、氨氮、溶解氧、pH、色度及流量等在线仪表数据，显示相关参数趋势，对所采集的在线数据形成报表。（2）打印报警记录和检修维护记录等。（3）报警设置有优先管理，报警包括闪烁和声音，可以有效提醒操作人员对其采取措施。而且设置优先管理级别普通操作人员无法对数据进行清零及修改等操作。（4）实现编程、组态和修改等，操作员站装有功能强大的上位软件，以便能方便、直观的组态和编程。
组态软件用来操作现场设备，监控画面和图形管理，通过PLC程序来对各数据进行储存和管理，图形界面包括6个部分：预处理、生化处理、物化处理、报表、报警、曲线、各工艺画面有全厂的所有厂房设施和管道流向，分别用不同颜色和形状来表示。报警和报表有储存功能，可以对数据进行保存，为处理工艺提供适当的参数。组态软件编程充分实现可视化、简洁化、美观化、操作简单化，通过编程充分实现组态软件与PLC系统的连接功能，同时为操作人员提供简洁明了的操作界面。
2.2 PLC控制系统
废水处理过程的PLC系统的主要特点是开关量多，模拟量少，除在线仪表的相关数据使用模拟量转换为4～20mA电流信号，其余包括水泵、阀门等设备的启停都是通过开关控制的。根据废水处理系统的生产工艺和生产控制要求及现场实况，设有现场PLC控制站，包括预处理PLC控制站，活性污泥池、风机、气浮装置及进出水泵PLC控制站，污泥脱水及加药系统PLC控制站。通过PLC控制站可代替常规设备如按钮、信号灯、数显表，并具有报警功能。每个PLC控制站均由电源、CPU模块、以太网模块、远程模块、热备模块、数字量输入输出模块、模拟量输入输出模块组成。每个PLC控制站均采用相同的编程方法，有利于整个程序的编写和扩展。PLC工作为循环工作法，每个周期对各输入端和各输出端进行一次扫描，最后确定设备的启停和模拟量的数值。然后把扫描所得数值通过modbus传送到上位机进行设备状态监视。完成数据曲线显示和报表打印。通过相关数据来确定合适的工艺流程。
2.3 现场测量仪表
为了提高废水处理厂的系统自控能力，设计中主要考虑的在线测量仪表如下：
2.3.1 进水口
进水仪表主要分别由流量计、氨氮测定仪、COD测定仪、氨氮测定仪、pH测定仪、温度仪、色度监测仪等组成。
2.3.2 处理装置
活性污泥池仪表主要由溶氧测定仪、温度仪、pH测定仪等组成；气浮装置控制阀主要由溶气释放调节阀和压力控制阀组成。
2.3.3 出水口
出水口仪表主要由流量计、氨氮测定仪、COD测定仪、pH测定仪、色度仪等组成。其中溶解氧测量活性污泥池内溶解氧量，让溶解氧量转换为4mA～20mA电流，电流信号传递到风机变频器上，从而控制变频器频率，达到控制鼓风机风量的目的。其他在线仪表把测量数据实时传递到中控室上位机，并形成报表储存。
3 结语
废水处理厂建成调试合格至今已运行二年，其控制系统运行良好，在出现故障时能够及时发现故障位置及故障原因。通过在线仪表可以提供有效的水质水样数据，从而为后续工艺的确定提供有效參考数据。由于其自控系统具有设计简单、投资少、效果好、易维护、故障率低、运行稳定等优点，可适合中小型废水处理厂的推广应用。
参考文献
[1] 曹蓟光，王申康.元数据管理策略的比较研究[J]. 计算机应用研究， 2001，21（2）：3-5.
[2] 张兵，袁寿其，成立.节水灌溉自动化技术的发展及趋势[J].排灌机械，2002，21（2）.
[关键词]PLC编程 组态软件 废水处理 远程与现场 自控及监控 应用研究
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）09-0356-01
1 概况介绍
随着工业自动化技术的飞速发展，PLC和组态软件的应用范围和使用规模越来越大，大大加快了我国工业自动化的进展。废水处理工艺过程连续且流程之间相互影响，通过在线仪表的数据分析及判断，直接形成控制设备运行的控制信号。PLC控制系统以其优良的控制性能可以大大减轻实际操作负担。创造适合印染废水处理工艺的自动控制系统，使废水处理工艺流程按最优设计方案运行就显的尤为重要。同时通过视频监控系统、上位机报警系统，可以及时监控现场设备及工艺系统的运行，实现多个无人值守车间，可以有效节约人力资源节约，并在设备切换时实现远程控制，全面提升系统运行能力，加强废水处理系统运行的安全可靠性。
2 自控实例
绍兴某印染厂废水处理工程设计处理水量为2000吨/天，处理介质为印染废水，废水经调节池储存匀合，主要工艺采用生化加物化处理，经处理出水可达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996（GB）中的二级标准。其处理工艺流程如图1：
自动控制系统通过PLC以及工业计算机的方式，对整个废水处理厂处理工况进行设备控制和监控。辅助监控系统是设置在各个无人值守车间的视频监控系统。设置中央控制室、PLC现场控制站、视频监控摄像系统、在线监测仪表。分为管理层（中控室操作站），控制层（PLC控制站）和监测层（现场检测仪表、视频监控系统），中央控制室与现场通过TCP/IP通信总线形成通讯。当设备处于就地控制时，PLC设备只监测设备的运行状态，现场设备只有操作人员在设备现场才可以进行启停，上位机无法对其进行操作。在自动状态下，中央控制室还具有自动和远程手动两种控制模式，当处于自动控制下时，废水处理系统设备完全由PLC相关软件和硬件发出指令进行运作。中控室只是起到监测设备运行状态的作用。在实际运行过程中，由于现场仪表数据波动太大，频繁启停设备，对处理设备及处理工艺系统有极大的损坏，所以在实际运行过程中采用了时间控制的方式，来实现对处理工艺系统的全方位控制。当出现故障报警时程序自动停止运行，发出故障报警，将所有处理设备及处理工艺系统由自动变更为远程手动。中控室人员需要上报相关检修人员对故障部位进行修理。故障解除之后，重新恢复到自动状态。
2.1 控制系统
为了减轻操作员的劳动强度，提高管理水平，控制系统设有一个中控室属于管理层，内有一面模拟屏和两台计算机操作员站，模拟屏显示的是全厂整个废水处理工艺流程及主要在线仪表数据，可以对废水处理设备运行状态进行监视，其中组态软件为组态王6.53，两台工业计算机操作站互为备用，它们均可各自单独完成整个处理工况的监控。在实际运行过程中，一台为操作用计算机、一台为监控用计算机无论是数据备份还是操作过程完全一致，中控室操作站具有以下功能：（1）显示全厂设备运行状态，包括阀门开关状态，水泵和风机启停状态等。显示工艺流程的动态参数，包括进出水COD、氨氮、溶解氧、pH、色度及流量等在线仪表数据，显示相关参数趋势，对所采集的在线数据形成报表。（2）打印报警记录和检修维护记录等。（3）报警设置有优先管理，报警包括闪烁和声音，可以有效提醒操作人员对其采取措施。而且设置优先管理级别普通操作人员无法对数据进行清零及修改等操作。（4）实现编程、组态和修改等，操作员站装有功能强大的上位软件，以便能方便、直观的组态和编程。
组态软件用来操作现场设备，监控画面和图形管理，通过PLC程序来对各数据进行储存和管理，图形界面包括6个部分：预处理、生化处理、物化处理、报表、报警、曲线、各工艺画面有全厂的所有厂房设施和管道流向，分别用不同颜色和形状来表示。报警和报表有储存功能，可以对数据进行保存，为处理工艺提供适当的参数。组态软件编程充分实现可视化、简洁化、美观化、操作简单化，通过编程充分实现组态软件与PLC系统的连接功能，同时为操作人员提供简洁明了的操作界面。
2.2 PLC控制系统
废水处理过程的PLC系统的主要特点是开关量多，模拟量少，除在线仪表的相关数据使用模拟量转换为4～20mA电流信号，其余包括水泵、阀门等设备的启停都是通过开关控制的。根据废水处理系统的生产工艺和生产控制要求及现场实况，设有现场PLC控制站，包括预处理PLC控制站，活性污泥池、风机、气浮装置及进出水泵PLC控制站，污泥脱水及加药系统PLC控制站。通过PLC控制站可代替常规设备如按钮、信号灯、数显表，并具有报警功能。每个PLC控制站均由电源、CPU模块、以太网模块、远程模块、热备模块、数字量输入输出模块、模拟量输入输出模块组成。每个PLC控制站均采用相同的编程方法，有利于整个程序的编写和扩展。PLC工作为循环工作法，每个周期对各输入端和各输出端进行一次扫描，最后确定设备的启停和模拟量的数值。然后把扫描所得数值通过modbus传送到上位机进行设备状态监视。完成数据曲线显示和报表打印。通过相关数据来确定合适的工艺流程。
2.3 现场测量仪表
为了提高废水处理厂的系统自控能力，设计中主要考虑的在线测量仪表如下：
2.3.1 进水口
进水仪表主要分别由流量计、氨氮测定仪、COD测定仪、氨氮测定仪、pH测定仪、温度仪、色度监测仪等组成。
2.3.2 处理装置
活性污泥池仪表主要由溶氧测定仪、温度仪、pH测定仪等组成；气浮装置控制阀主要由溶气释放调节阀和压力控制阀组成。
2.3.3 出水口
出水口仪表主要由流量计、氨氮测定仪、COD测定仪、pH测定仪、色度仪等组成。其中溶解氧测量活性污泥池内溶解氧量，让溶解氧量转换为4mA～20mA电流，电流信号传递到风机变频器上，从而控制变频器频率，达到控制鼓风机风量的目的。其他在线仪表把测量数据实时传递到中控室上位机，并形成报表储存。
3 结语
废水处理厂建成调试合格至今已运行二年，其控制系统运行良好，在出现故障时能够及时发现故障位置及故障原因。通过在线仪表可以提供有效的水质水样数据，从而为后续工艺的确定提供有效參考数据。由于其自控系统具有设计简单、投资少、效果好、易维护、故障率低、运行稳定等优点，可适合中小型废水处理厂的推广应用。
参考文献
[1] 曹蓟光，王申康.元数据管理策略的比较研究[J]. 计算机应用研究， 2001，21（2）：3-5.
[2] 张兵，袁寿其，成立.节水灌溉自动化技术的发展及趋势[J].排灌机械，2002，21（2）.