污水处理监控集成系统的设计

　　摘要：本文以邹城污水处理厂一级A升级改造项目为背景，设计实现整个污水处理厂10套PLC站的联网，并集成到统一的监控平台上，采用C/S结构实现监控管理平台的扩展及远程监控。本文同时介绍了系统集成过程中所涉及的关键技术。
　　
　　一、引言
　　
　　为了引导城市污水处理及污染防治技术的发展，加快城市污水处理设施的建设，防治城市环境的污染，建设部国家环境保护总局对全国各大小城市的污水处理从政策上提出了更高的要求。邹城市污水处理厂作为国家引淮工程的试点单位积极响应国家号召，对厂内污水处理进行了一级A升级改造工程。改造的内容包括原有一期、二期的故障维修，原有PLC系统的组网，中水回用系统的集成，厌氧池、滤池系统的设计，紫外线消毒系统的设计，中控系统的集成，关键视频信号远传以及本地监控系统的远程管理。本文重点介绍整个污水处理厂的PLC站联网，监控系统集成以及集成过程中的关键技术。
　　
　　二、污水处理工艺介绍
　　
　　2.1污水处理基本方法
　　
　　污水处理就是采用各种技术与手段，将污水中所含的污染物质分离去除、回收利用，或将其转化为无害物质，使水得到净化。
　　
　　现代污水处理技术，按处理程度划分，一般分为三级处理：
　　
　　一级处理，又称物理处理，主要是去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质，经过一级处理后的污水，可去除50%左右的悬浮物，BOD一般只能去除30%左右，达不到排放标准。
　　
　　二级处理，又称生化处理，它是城市污水处理厂的核心，主要去除水中呈胶体和溶解状态的有机污染物。经二级处理后，BOD的去除率可达90%以上，污水中BOD值可降至20-30mg/L，有机污染物达到国家规定的排放标准。
　　
　　三级处理，又称深度处理，其目的在于进一步去除二级处理未能去除的污染物质，其中包括微生物未能降解的有机物和氮、磷等能够导致水体富营养化的可溶性无机物质。
　　
　　生物法具有净化能力强、费用低廉、运行可靠性好等优点，是污水处理的主要方法，在污水处理领域中占有重要地位。我国现阶段的城市污水处理以生物法为主，以物理法和化学法为辅。以生物法为主的处理工艺主要有活性污泥法、A/O法、A2/O法、SBR法、MSBR法、UNITANK法、一体化氧化沟法及DAT-IAT法等，它们均具有同步降解BOD5和脱氮除磷的作用。
　　
　　2.2本系统采用的工艺
　　
　　（1）奥伯尔氧化沟工艺
　　
　　奥伯尔氧化沟60年代在美国发明。奥伯尔氧化沟由三个椭圆形的沟道组成，来自沉砂池的污水与回流污泥混合液首*入外沟道，再依次进入中沟道和内沟道，zui后以中心岛的出水堰排至二沉池。奥伯尔氧化沟采用转刷或转盘曝气，盘面密布凸起齿结，盘片与水体接触时，可将污水打碎成细密水花，具有较高的混合充氧能力，因此成为奥伯尔氧化沟的设备。
　　
　　（2）进出水指标
　　
　　邹城市污水处理的进出水指标如表2.1所示
　　　　
　　本次改造的目标主要是控制出水COD和出水氨氮的含量，使之达到污水处理一级A标准。
　　
　　（3）工艺流程　　　　
　　邹城市污水处理工艺主要包括污水处理和污泥处理两个系统，如图2-1所示。污水处理系统包括进水井、粗格栅间、提升泵房、细格栅间、旋流沉砂池、厌氧池、氧化沟、二沉池、紫外线消毒、滤池等，污泥处理系统包括污泥回流泵房、脱水机房等几部分。
　　
　　三、系统集成方案设计及实现
　　
　　整个污水处理厂自控系统由10套PLC站组成，其中7套用于主工艺流程控制，剩余3套（PLC104、PLC105、PLC106）用于中水回用系统。每套PLC站功能如表3.1所示。
　　　　
　　3.1系统总体结构
　　
　　整个系统由远程监控室、中央控制室、分布式PLC站、现场仪表和控制柜组成，构成四级监控网络。
　　
　　（1）仪表和控制柜级
　　
　　各现场控制柜具有两部分功能，一是进行现场的手动操作，二是与各个PLC站连接，将各设备状态信号传送到PLC的相关采集模块。现场手动操作具有比分布控制站和中央控制室更高的优先权，只有将状态选择开关打到自动状态，远程控制程序才起作用。所以在进行自动控制调试前，首先要完成对现场各控制柜的调试，在保证现场设备安全的前提下才能进行远程控制。仪表系统用来连续测量污水处理厂工艺流程中的主要工艺参数，并将测量数据送入计算机数据采集及监控系统。整个污水厂的过程检测仪表分散设置于各个工艺处理构筑物内及工艺管道上。
　　
　　（2）分布式控制站
　　
　　现场PLC完成对各点信号的采集及控制，提高了系统的可靠性与可维护性。触摸屏既可以显示仪表数据和设备状态，又能对现场设备进行控制。现场PLC站通过工业以太网与中央控制室的工程师站连接。当控制模式选择置于“远程”位置时，操作人员将不能利用电气控制柜或电控箱上的启/停按钮对设备进行运行/停止操作，此时设备的控制权交给计算机控制，PLC将根据操作员站的控制指令，由PLC控制程序“自动”或“手动”控制设备的运行。
　　
　　（3）中央控制室
　　
　　能完成系统组态、调试及控制参数的在线修改和设置等，又能完成对整个污水处理厂的数据采集、监控，报表及打印等功能；操作员站主要完成对整个污水处理厂的数据采集、监控，报表及打印等功能。在系统正常工作时，工程师站可兼作操作员站，方便了监视与操作，并提高了系统的可靠性。DLP大屏显示全厂工艺设备的运行状态、工艺参数以及工艺流程，以便直观的了解全厂的状况并对出现的问题做出快速反应。中控室监控主画面如图3-1所示。　　　　
　　（4）远程监控室
　　
　　供水集团能通过IE远程访问污水处理厂现场数据，并根据实际情况下发命令。
　　
　　3.2网络组成

　　　　
　　整个网络系统（如图3-2所示）涉及到的通讯方式包括光纤、以太网、ControlNet。鉴于光纤通信传输频带宽、传输容量大以及光纤环网稳定的优点，整个厂区的分布式控制站都通过光纤环网连接。各个子站和主站之间的通信采用Rockwell公司的ControlNet（C网），保证数据通信的稳定性。通过以太网光纤交换机实现光口与电口的转换，实现各个PLC的连接以及PLC网络和中控室监控电脑的连接。
　　
　　四、关键技术介绍
　　
　　4.1报表制作
　　
　　传统的报表制作一般是在组态软件中借助脚本（VBA、C）实现，这种方式有一种致命的缺陷，那就是当组态软件不处于运行状态时，报表程序无法运行，导致报表中数据缺失；另外报表程序如果出现意外情况，比如某个时刻读取变量时，由于网络原因变量数据上不来，那么整个组态软件将处于暂停状态，特别是报表程序中有周期性执行的任务情况下效果更差。本系统采用的独立的报表制作程序，通过直接读取OPC服务器中的数据，绕过组态软件，读取数据制作报表，这样独立性更好，稳定性更高，而且可以借助可视化编程软件的界面布局和数据处理优势，将报表制作的更加完善。
　　
　　4.2数据远传
　　
　　考虑到组态软件Web发布组件成本的昂贵性，本系统采用C/S架构，自主开发客户端和服务器程序，实现远程访问。
　　
　　（1）服务器端
　　
　　Ø可视化编程软件：VisualBasic
　　
　　Ø后台数据库：SQLServer2000
　　
　　服务器端通过ODBC技术采集数据，并存于SQLServer数据库中，借助SQLServer2000的安全管理机制，保证原始数据的可靠存储。
　　
　　（2）客户端
　　
　　Ø可视化编程软件：VisualBasic
　　
　　Ø后台数据库：SQLServer2000
　　
　　客户端采用微软的ADO（ActiveXDataObject-动态数据对象）实现远程数据库的访问，利用VisualBasic强大的图形化设计功能将采集到的数据动态显示在客户端软件中。
　　
　　这种C/S架构一方面保证数据采集的稳定性和易实现性，另一方面也为企业的信息管理层，如ERP系统留出了接口，为企业管控一体化打下了基础。
　　
　　五、结束语
　　
　　统一化、规范化是企业标准化管理的要求，本系统从实际角度出发，实现污水处理厂所有分布式控制站连接，在中控室实现控制平台的集成。并采用性价比较高的C/S架构保证数据远程功能的实现，为企业的管控一体化提供了。