摘要：本文以鄒城污水處理廠一級a升級改造項目為背景，設(shè)計實現(xiàn)整個污水處理廠10套plc站的聯(lián)網(wǎng)，并集成到統(tǒng)一的監(jiān)控平臺上，采用c/s結(jié)構(gòu)實現(xiàn)監(jiān)控管理平臺的擴展及遠(yuǎn)程監(jiān)控。本文同時介紹了系統(tǒng)集成過程中所涉及的關(guān)鍵技術(shù)。
一、引言
為了引導(dǎo)城市污水處理及污染防治技術(shù)的發(fā)展，加快城市污水處理設(shè)施的建設(shè)，防治城市環(huán)境的污染，建設(shè)部國家環(huán)境保護(hù)總局對全國各大小城市的污水處理從政策上提出了更高的要求。鄒城市污水處理廠作為國家引淮工程的試點單位積極響應(yīng)國家號召，對廠內(nèi)污水處理進(jìn)行了一級a升級改造工程。改造的內(nèi)容包括原有一期、二期的故障維修，原有plc系統(tǒng)的組網(wǎng)，中水回用系統(tǒng)的集成，厭氧池、濾池系統(tǒng)的設(shè)計，紫外線消毒系統(tǒng)的設(shè)計，中控系統(tǒng)的集成，關(guān)鍵視頻信號遠(yuǎn)傳以及本地監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程管理。本文重點介紹整個污水處理廠的plc站聯(lián)網(wǎng)，監(jiān)控系統(tǒng)集成以及集成過程中的關(guān)鍵技術(shù)。
二、污水處理工藝介紹
2.1污水處理基本方法
污水處理就是采用各種技術(shù)與手段，將污水中所含的污染物質(zhì)分離去除、回收利用，或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，使水得到凈化。
現(xiàn)代污水處理技術(shù)，按處理程度劃分，一般分為三級處理：
一級處理，又稱物理處理，主要是去除污水中呈懸浮狀態(tài)的固體污染物質(zhì)，經(jīng)過一級處理后的污水，可去除50%左右的懸浮物，bod一般只能去除30%左右，達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)。
二級處理，又稱生化處理，它是城市污水處理廠的核心，主要去除水中呈膠體和溶解狀態(tài)的有機污染物。經(jīng)二級處理后，bod的去除率可達(dá)90%以上，污水中bod值可降至20-30mg/l，有機污染物達(dá)到國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。
三級處理，又稱深度處理，其目的在于進(jìn)一步去除二級處理未能去除的污染物質(zhì)，其中包括微生物未能降解的有機物和氮、磷等能夠?qū)е滤w富營養(yǎng)化的可溶性無機物質(zhì)。
生物法具有凈化能力強、費用低廉、運行可靠性好等優(yōu)點，是污水處理的主要方法，在污水處理領(lǐng)域中占有重要地位。我國現(xiàn)階段的城市污水處理以生物法為主，以物理法和化學(xué)法為輔。以生物法為主的處理工藝主要有活性污泥法、a/o法、a2/o法、sbr法、msbr法、unitank法、一體化氧化溝法及dat-iat法等，它們均具有同步降解bod5和脫氮除磷的作用。
2.2本系統(tǒng)采用的工藝
（1）奧伯爾氧化溝工藝
奧伯爾氧化溝60年代在美國發(fā)明。奧伯爾氧化溝由三個橢圓形的溝道組成，來自沉砂池的污水與回流污泥混合液首先進(jìn)入外溝道，再依次進(jìn)入中溝道和內(nèi)溝道，zui后以中心島的出水堰排至二沉池。奧伯爾氧化溝采用轉(zhuǎn)刷或轉(zhuǎn)盤曝氣，盤面密布凸起齒結(jié)，盤片與水體接觸時，可將污水打碎成細(xì)密水花，具有較高的混合充氧能力，因此成為奧伯爾氧化溝的設(shè)備。
（2）進(jìn)出水指標(biāo)
鄒城市污水處理的進(jìn)出水指標(biāo)如表2.1所示
表2.1進(jìn)出水指標(biāo)
本次改造的目標(biāo)主要是控制出水cod和出水氨氮的含量，使之達(dá)到污水處理一級a標(biāo)準(zhǔn)。
（3）工藝流程
圖2-1鄒城污水處理廠總體工藝流程圖
鄒城市污水處理工藝主要包括污水處理和污泥處理兩個系統(tǒng)，如圖2-1所示。污水處理系統(tǒng)包括進(jìn)水井、粗格柵間、提升泵房、細(xì)格柵間、旋流沉砂池、厭氧池、氧化溝、二沉池、紫外線消毒、濾池等，污泥處理系統(tǒng)包括污泥回流泵房、脫水機房等幾部分。
三、系統(tǒng)集成方案設(shè)計及實現(xiàn)
整個污水處理廠自控系統(tǒng)由10套plc站組成，其中7套用于主工藝流程控制，剩余3套（plc104、plc105、plc106）用于中水回用系統(tǒng)。每套plc站功能如表3.1所示。
表3.1各plc站功能說明
3.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
整個系統(tǒng)由遠(yuǎn)程監(jiān)控室、中央控制室、分布式plc站、現(xiàn)場儀表和控制柜組成，構(gòu)成四級監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。
（1）儀表和控制柜級
各現(xiàn)場控制柜具有兩部分功能，一是進(jìn)行現(xiàn)場的手動操作，二是與各個plc站連接，將各設(shè)備狀態(tài)信號傳送到plc的相關(guān)采集模塊。現(xiàn)場手動操作具有比分布控制站和中央控制室更高的優(yōu)先權(quán)，只有將狀態(tài)選擇開關(guān)打到自動狀態(tài)，遠(yuǎn)程控制程序才起作用。所以在進(jìn)行自動控制調(diào)試前，首先要完成對現(xiàn)場各控制柜的調(diào)試，在保證現(xiàn)場設(shè)備安全的前提下才能進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。儀表系統(tǒng)用來連續(xù)測量污水處理廠工藝流程中的主要工藝參數(shù)，并將測量數(shù)據(jù)送入計算機數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)。整個污水廠的過程檢測儀表分散設(shè)置于各個工藝處理構(gòu)筑物內(nèi)及工藝管道上。
（2）分布式控制站
現(xiàn)場plc完成對各點信號的采集及控制，提高了系統(tǒng)的可靠性與可維護(hù)性。觸摸屏既可以顯示儀表數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)，又能對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制?，F(xiàn)場plc站通過工業(yè)以太網(wǎng)與中央控制室的工程師站連接。當(dāng)控制模式選擇置于“遠(yuǎn)程”位置時，操作人員將不能利用電氣控制柜或電控箱上的啟/停按鈕對設(shè)備進(jìn)行運行/停止操作，此時設(shè)備的控制權(quán)交給計算機控制，plc將根據(jù)操作員站的控制指令，由plc控制程序“自動”或“手動”控制設(shè)備的運行。
（3）中央控制室
能完成系統(tǒng)組態(tài)、調(diào)試及控制參數(shù)的在線修改和設(shè)置等，又能完成對整個污水處理廠的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控，報表及打印等功能；操作員站主要完成對整個污水處理廠的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控，報表及打印等功能。在系統(tǒng)正常工作時，工程師站可兼作操作員站，方便了監(jiān)視與操作，并提高了系統(tǒng)的可靠性。dlp大屏顯示全廠工藝設(shè)備的運行狀態(tài)、工藝參數(shù)以及工藝流程，以便直觀的了解全廠的狀況并對出現(xiàn)的問題做出快速反應(yīng)。中控室監(jiān)控主畫面如圖3-1所示。
圖3-1中控室監(jiān)控主畫面
（4）遠(yuǎn)程監(jiān)控室
供水集團(tuán)能通過ie遠(yuǎn)程訪問污水處理廠現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并根據(jù)實際情況下發(fā)命令。
3.2網(wǎng)絡(luò)組成
圖3-2系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（如圖3-2所示）涉及到的通訊方式包括光纖、以太網(wǎng)、controlnet。鑒于光纖通信傳輸頻帶寬、傳輸容量大以及光纖環(huán)網(wǎng)穩(wěn)定的優(yōu)點，整個廠區(qū)的分布式控制站都通過光纖環(huán)網(wǎng)連接。各個子站和主站之間的通信采用rockwell公司的controlnet（c網(wǎng)），保證數(shù)據(jù)通信的穩(wěn)定性。通過以太網(wǎng)光纖交換機實現(xiàn)光口與電口的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)各個plc的連接以及plc網(wǎng)絡(luò)和中控室監(jiān)控電腦的連接。
四、關(guān)鍵技術(shù)介紹
4.1報表制作
傳統(tǒng)的報表制作一般是在組態(tài)軟件中借助腳本（vba、c）實現(xiàn)，這種方式有一種致命的缺陷，那就是當(dāng)組態(tài)軟件不處于運行狀態(tài)時，報表程序無法運行，導(dǎo)致報表中數(shù)據(jù)缺失；另外報表程序如果出現(xiàn)意外情況，比如某個時刻讀取變量時，由于網(wǎng)絡(luò)原因變量數(shù)據(jù)上不來，那么整個組態(tài)軟件將處于暫停狀態(tài)，特別是報表程序中有周期性執(zhí)行的任務(wù)情況下效果更差。本系統(tǒng)采用的獨立的報表制作程序，通過直接讀取opc服務(wù)器中的數(shù)據(jù)，繞過組態(tài)軟件，讀取數(shù)據(jù)制作報表，這樣獨立性更好，穩(wěn)定性更高，而且可以借助可視化編程軟件的界面布局和數(shù)據(jù)處理優(yōu)勢，將報表制作的更加完善。
4.2數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳
考慮到組態(tài)軟件web發(fā)布組件成本的昂貴性，本系統(tǒng)采用c/s架構(gòu)，自主開發(fā)客戶端和服務(wù)器程序，實現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問。
（1）服務(wù)器端
ø可視化編程軟件：visualbasic
ø后臺數(shù)據(jù)庫：sqlserver2000
服務(wù)器端通過odbc技術(shù)采集數(shù)據(jù)，并存于sqlserver數(shù)據(jù)庫中，借助sqlserver2000的安全管理機制，保證原始數(shù)據(jù)的可靠存儲。
（2）客戶端
ø可視化編程軟件：visualbasic
ø后臺數(shù)據(jù)庫：sqlserver2000
客戶端采用微軟的ado（activexdataobject-動態(tài)數(shù)據(jù)對象）實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫的訪問，利用visualbasic強大的圖形化設(shè)計功能將采集到的數(shù)據(jù)動態(tài)顯示在客戶端軟件中。
這種c/s架構(gòu)一方面保證數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性和易實現(xiàn)性，另一方面也為企業(yè)的信息管理層，如erp系統(tǒng)留出了接口，為企業(yè)管控一體化打下了基礎(chǔ)。
五、結(jié)束語
統(tǒng)一化、規(guī)范化是企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化管理的要求，本系統(tǒng)從實際角度出發(fā)，實現(xiàn)污水處理廠所有分布式控制站連接，在中控室實現(xiàn)控制平臺的集成。并采用性價比較高的c/s架構(gòu)保證數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程功能的實現(xiàn)，為企業(yè)的管控一體化提供了。