1 引言 隨著我國(guó)的環(huán)保事業(yè)迅速發(fā)展,工業(yè)廢水、生活污水的凈化處理成為當(dāng)務(wù)之急。投資少、運(yùn)行靈活的生物曝氣濾池技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。生物曝氣濾池是污水處理研究試驗(yàn)的新技術(shù)。國(guó)外從20世紀(jì)初開(kāi)始進(jìn)行研究,于20世紀(jì)80年代末基本成型,近年來(lái)隨著自動(dòng)化技術(shù)、設(shè)備及在線監(jiān)測(cè)儀表的發(fā)展,使得對(duì)污水處理的自動(dòng)化成為可能。同時(shí)對(duì)污水處理工藝進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)控制是提高污水處理效率,降低加藥量、降低能耗的關(guān)鍵。一般采用以plc為核心的工藝過(guò)程自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng),實(shí)時(shí)控制鼓風(fēng)機(jī)、水泵、電動(dòng)閥等設(shè)備及反應(yīng)段時(shí)間,曝氣時(shí)間、強(qiáng)度，反沖洗時(shí)間及強(qiáng)度等，使水質(zhì)達(dá)到國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。 由此可見(jiàn)，污水處理是一個(gè)多參量（如液位，水質(zhì)成份，溫度、壓力、流量）、多任務(wù)（如污水輸送、風(fēng)量控制、反沖水量控制、水泵的啟停等）、多設(shè)備（如格柵機(jī)、水泵、鼓風(fēng)機(jī)、閥門(mén)等）且具有隨機(jī)性、時(shí)變性和耦合性的復(fù)雜系統(tǒng)。因此污水處理應(yīng)由一個(gè)智能監(jiān)控與綜合管理系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行現(xiàn)代化的管理，使之安全可靠地運(yùn)行。 2 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù) 在污水處理廠中，現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備分布范圍比較廣，如果采用傳統(tǒng)的控制方案，勢(shì)必要敷設(shè)大量的控制和信號(hào)電纜，浪費(fèi)大量的人力和物力,十分不經(jīng)濟(jì)。同時(shí)使系統(tǒng)復(fù)雜，可靠性降低。采用目前比較流行的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù),可以降低成本,同時(shí)提高系統(tǒng)的可靠性，使系統(tǒng)易于擴(kuò)展和維護(hù)。interbus是一種國(guó)際性的開(kāi)放式的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。目前世界上多數(shù)自動(dòng)化生產(chǎn)廠家都為它們的自動(dòng)化設(shè)備提供interbus通訊接口。interbus已廣泛地應(yīng)用于加工制造、過(guò)程控制是一項(xiàng)成熟的技術(shù)。使用interbus總線模塊用于分布式控制系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳輸可以取代昂貴的24v或4～20ma并行信號(hào)線,并解決車(chē)間級(jí)普通的通信任務(wù),提供大量數(shù)據(jù)通信服務(wù),提供中等任務(wù)的傳輸速度。 3 系統(tǒng)組成及功能設(shè)計(jì) 現(xiàn)代化的污水處理系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)管理與控制一體化、實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)化?？刂葡到y(tǒng)不僅與下層控制設(shè)備有良好的接口，而且具有與上層管理系統(tǒng)集成的接口，同時(shí)具有可擴(kuò)展性。所以現(xiàn)代化污水處理系統(tǒng)要求在底層采用現(xiàn)場(chǎng)總線或者工業(yè)以太網(wǎng)等技術(shù),上層則選用優(yōu)秀的監(jiān)控組態(tài)軟件。為了加強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性,使整個(gè)系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)故障地運(yùn)行,需要采用冗余和容錯(cuò)技術(shù)。根據(jù)全集成自動(dòng)化（totally integrated automation）的思想,將污水廠控制系統(tǒng)分為管理級(jí)、控制級(jí)、現(xiàn)場(chǎng)級(jí)。 3.1 管理級(jí) 管理級(jí)是系統(tǒng)的核心部分，完成對(duì)污水處理過(guò)程各部分的管理和控制，并實(shí)現(xiàn)廠級(jí)的辦公自動(dòng)化。管理級(jí)提供人機(jī)接口,是整個(gè)控制系統(tǒng)與控制部分信息交換的界面。管理級(jí)的各臺(tái)計(jì)算機(jī)具有相互通訊功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和共享?？紤]到管理層功能結(jié)構(gòu)的層次性和可分割性，采用客戶／服務(wù)器的體系結(jié)構(gòu)。服務(wù)器選用大型的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，滿足開(kāi)放、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)管理方法的要求。由服務(wù)器、管理部門(mén)計(jì)算機(jī)等站點(diǎn)的計(jì)算機(jī)組成的計(jì)算機(jī)辦公局域網(wǎng)。中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)及車(chē)間級(jí)現(xiàn)場(chǎng)控制站組成廠區(qū)工業(yè)控制網(wǎng)，完成對(duì)各車(chē)間范圍內(nèi)的生產(chǎn)過(guò)程、儀表、設(shè)備的監(jiān)控與控制;本系統(tǒng)采用研華公司生產(chǎn)的兩臺(tái)工業(yè)計(jì)算機(jī)（操作員站及工程師站）互為備用,它們之間通訊協(xié)議是tcp/ip。 3.2 控制級(jí) 控制級(jí)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵，也是管理級(jí)與現(xiàn)場(chǎng)級(jí)之間的樞紐層,其主要功能是接愛(ài)管理層的參數(shù)或命令，對(duì)污水處理生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制，同時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)送到管理層?？刂破魇钦麄€(gè)系統(tǒng)的核心，所以在控制級(jí)中采用菲尼克斯公司的ilc350控制器，該控制器本身具有一個(gè)tcp/ip通訊接口，并通過(guò)分支模塊與遠(yuǎn)程i/o模塊連接,遠(yuǎn)程分布式i/o模塊與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和傳感器通信。 3.3 現(xiàn)場(chǎng)級(jí) 現(xiàn)場(chǎng)級(jí)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)?，F(xiàn)場(chǎng)級(jí)主要由一次儀表、控制設(shè)備組成。其功能主要是完成其范圍內(nèi)的生產(chǎn)過(guò)程、儀表、設(shè)備的監(jiān)視與監(jiān)測(cè)及并把監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)上傳;接受控制級(jí)的指令對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。分布式配置意味著控制器、遠(yuǎn)程i/o模塊和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線的信號(hào)電纜連接。每個(gè)控制點(diǎn)比較集中的控制現(xiàn)場(chǎng)配置一個(gè)遠(yuǎn)程分布式智能i/o模塊ibs il 24 bk,現(xiàn)場(chǎng)i/o信號(hào)直接輸入i/o模塊,每個(gè)ibs il 24 bk模塊具兩個(gè)interbus接口。 4 軟件設(shè)計(jì)與選型 4.1 上位機(jī)系統(tǒng)要求 上位機(jī)系統(tǒng)要求具有與多臺(tái)下位機(jī)系統(tǒng)通訊的能力，實(shí)時(shí)監(jiān)控多臺(tái)下位機(jī)的工作狀態(tài)，顯示生產(chǎn)過(guò)程中的工作曲線;具有遠(yuǎn)程控制能力;向下位機(jī)采集數(shù)據(jù)，對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、查詢、顯示、打印等。因此,在一個(gè)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)中,投入運(yùn)行監(jiān)控組態(tài)軟件是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集處理中心、遠(yuǎn)程監(jiān)視中心和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)中心，處于運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視組態(tài)軟件與各種控制、檢測(cè)設(shè)備共同構(gòu)成快速響應(yīng)的控制中心。 4.2 組態(tài)軟件選型 選用北京亞控公司研發(fā)的kingview6.5組態(tài)軟件,該組態(tài)軟件的功能及特點(diǎn)是: （1） 友好的人機(jī)界面,控制操作方便。 （2） 實(shí)時(shí)畫(huà)面顯示功能:用設(shè)計(jì)或?qū)嵉貓D片的方法生成圖形，實(shí)時(shí)地顯示某參數(shù),顯示圖表包括:全廠平面圖，全廠工藝流程圖，各構(gòu)筑物的平面圖,各部分主要的工藝及設(shè)備狀況的動(dòng)態(tài)模擬圖,趨勢(shì)分析圖,數(shù)據(jù)棒圖，狀態(tài)表，報(bào)警表，日?qǐng)?bào)表，月報(bào)表。數(shù)據(jù)處理:利用在線數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)、計(jì)算、顯示。 （3） 報(bào)警功能:當(dāng)某一參數(shù)異?；蛟O(shè)備故障時(shí),可根據(jù)不同的報(bào)警類別，發(fā)出諸如聲、光報(bào)警、屏幕報(bào)警、輸入報(bào)警表、打印機(jī)輸出或播放事先錄制的語(yǔ)音提示，同時(shí)顯示相應(yīng)的提示信息和畫(huà)面，記錄在數(shù)據(jù)庫(kù)中，且可分等級(jí)。 （4） 報(bào)表功能:生存并存貯年、月、日?qǐng)?bào)表及運(yùn)行參數(shù)報(bào)表。 （5） 打印功能:各種報(bào)表打印、各種事件及報(bào)警實(shí)時(shí)打印。 （6） 通訊功能:該組態(tài)軟件支持如dde、ole、odbc、opc和sql等標(biāo)準(zhǔn)，可以提供多種方式與上層數(shù)據(jù)交換。 4.3 控制軟件編程 軟件編程的主要依據(jù)為生產(chǎn)工藝提供控制的控制規(guī)律，同一種處理工藝可能會(huì)有不同的控制策略，根據(jù)對(duì)該污水廠的功能劃分共分三個(gè)功能塊:自動(dòng)加藥控制、澄清池自動(dòng)排泥控制、生物曝氣濾池控制。 （1） 自動(dòng)加藥控制:是指根據(jù)在線測(cè)得的水質(zhì)參數(shù)與設(shè)定參數(shù)形成閉環(huán)控制。每座澄清池配兩臺(tái)計(jì)量泵,一運(yùn)一備，當(dāng)任何一臺(tái)泵事故時(shí)，備用泵自動(dòng)投入運(yùn)行，計(jì)量泵配變頻器，根據(jù)進(jìn)水流量、進(jìn)水濁度、出水濁度信號(hào)控制計(jì)量泵沖程及馬達(dá)轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到控制加藥量的目的。 （2） 澄清池自動(dòng)排泥控制:是指根據(jù)在線測(cè)的水質(zhì)參數(shù)，澄清池泥界面及出水水質(zhì)實(shí)時(shí)調(diào)整排泥時(shí)間和排泥周期。 （3） 生物曝氣濾池控制:根據(jù)近年來(lái)對(duì)生物曝氣濾池運(yùn)行控制方式的研究，生曝氣濾工藝控制可分為水頭損失法和時(shí)間控制法，其中以水頭損失來(lái)控制生物曝氣濾池的的反沖洗，當(dāng)設(shè)有多格曝氣池時(shí)，配水平衡的準(zhǔn)確度直接影響了反沖洗的效果，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，要實(shí)現(xiàn)各池嚴(yán)格的配水平衡，難度較大，因此在實(shí)際工程案例中一般采用時(shí)間控制法。并通過(guò)上位機(jī)設(shè)置靈活的時(shí)間調(diào)整給定界面，是保證生物曝氣濾池高效運(yùn)行很好的解決方案。 5 結(jié)束語(yǔ) 在污水處理控制系統(tǒng)中采用現(xiàn)場(chǎng)總線改變了傳統(tǒng)的全模擬量傳輸方式，在現(xiàn)場(chǎng)總線級(jí)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字傳輸，達(dá)到了提高信號(hào)傳送精度，增強(qiáng)了現(xiàn)場(chǎng)控制靈活性。該自動(dòng)控制系統(tǒng)已在酒鋼集團(tuán)榆中鋼廠污水廠、西北民族大學(xué)污水廠等投入運(yùn)行，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。