污水处理厂中央控制系统的应用

1 污水处理厂简介

    污水处理厂位于广东省佛山市，是工业园配套的市政工程，属于工业园污水处理厂，主要处理工业废水和工业区生活污水。污水处理厂总投资约4800万元，占地面积约1．28hm2，设计污水处理能力为3．6万m3／d。处理质量稳定，出水CODcr可稳定在65mg／L以下。工艺流程；进水-机械格栅→调节池→絮凝池→初沉池→中转池→厌氧池→好氧池→二沉池→氧化塘→人工湿地。

2 控制要求与目标

    本方案的设计目标主要是实现加药点、提升水泵、好氧鼓风机站的自动调控以及主要工艺和厂区的视频监控。

    (1)加药点控制：聚丙烯酰铵、亚铁、石灰三种药剂的添加速度可根据进水口流量和污水水质自动调控，以最大限度地发挥药剂的作用。

    (2)提升水泵控制：水泵可根据调节池水位自动开启、关闭和实现干转保护。

    (3)好氧池鼓风机站的控制：鼓风机的转速可根据好氧池溶氧量的浓度自动调节。

    (4)视频监测：实现对加药设备间、刮泥机、提升泵房、厌氧池、曝气池、曝气池出水口、总进水口、大门口、综合楼门外、五期好氧厌氧池的视频监测。

3 方案的设计

    本方案中央控制系统包括闭路电视监视、自动化控制系统(含现场检测仪器仪表)两大部分。

    3．1闭路电视监视系统设计

    闭路电视监测系统共设20个摄像点，其中包括5个动点和15个定点。需要注意的是，监测系统中摄像机的选择很重要，既要保证系统各个方位都能覆盖，又要保证白天夜晚都可以得到良好的图像效果。为了满足以上要求，本监测系统在需监视场所面积较大的大门口和刮泥机位置(4台刮泥机并排布局，宽幅超过100m，刮泥运行轨道超过50m)选用了27倍变焦云台摄像机，使其视角能覆盖整个被监视的各个部位；在综合楼门外、提升泵房、厌氧池、曝气池全部安装30m红外摄像机，内置红外灯，白天为彩色，到晚上光线不好的时候，转成黑白图像，并且自动打开红外灯进行补光，以达到良好的图像效果。

    传输部分由标准的光纤、视频线、数据线和电源线组成。传输部分起着承上启下的作用，它连接前端设备和控制设备。但传输距离过远会造成信号衰减，本系统为了克服这一现象，在摄像头配置了多模光纤发射机和接收机，并采用光纤介质进行信号传输。视频线路敷设根据实际情况采用镀锌钢管或者PVC防护导管。

    通过配置5台1V↑+1D↓和15台1V↑独立式数字发射光端机，通过20根光跳线到终端配线盒，通过光纤到中心配线箱，通过20根光跳线到达光端机机箱，里面有20台插卡式光端机，可以输出视频信号。

    室外采用单模光纤光缆，带宽为2000MHz／km，波长为1310nm。

    室内采用同轴电缆，阻抗为75欧姆，纯铜芯电缆。同时，配置多个被动式接地隔离变压器，以消除地电位差、降低共模电压。

    整个系统都统一由监控室供电。这样既保证监控前端相位稳定，又便于管理。选择合适的位置分布电源接线盒及变压器，以便于统一管理电源传输线路。各摄像机采用集中方式由中央控制室提供220V、50Hz的单项交流电源集中供电。

    此方案设计选用1台16路、1台8路嵌入式硬盘录像机和显示器完成所有摄像机信号的显示，并通过硬盘进行录像。假设客户需要资料保存1个月，经过计算，每台硬盘录像机需要配备2块1000G硬盘，当硬盘空间存满后会自动覆盖最早一天的视频资料，无需人为干预；同时还支持视频的网络远传，方便相关人员通过网络随时随地访问本地的网络硬盘录像主机，观看实时画面。闭路电视监控系统设计见图1。

    图1 闭路电视监控系统设计

    3．2自动化控制系统设计

    3．2．1方案简述

    根据设备的情况和厂方用户的要求，主控制器PLC的硬件配置如图2所示。在这个配置中，采用西门子S-300PLC可编程序控制器和智能检测仪表组成下位机，实现对现场设备的监控。上位机采用昆仑MCGS组态软件，实现整个系统的画面监测、参数设定和指令控制等功能。

    CPU模块采用315—2DP，PLC主站共下设8个ET200M远程从站。由ET200M模块组成的远程从站可就近放置在现场，利用SIEMENS公司工业现场总线PROFIBUS—DP完成主一从通讯。通过设置从站的方法把地理位置相对分散的设备控制信号，用一根现场总线送到PLC主站，这样不但可节约大量的电缆，同时系统的可靠性也有了很大的提高。从站1、2、8分别放置在鼓风机房一、二、五期，实现对一、二、五期好氧池溶解氧的数据采集以及鼓风机的变频控制；从站3放置在鼓风机房三期，实现对三、四期好氧池溶解氧的数据采集以及鼓风机的变频控制；从站4、5、6分别放置在提升泵房三、二、一期，实现提升水房的变频控制；从站7放置在加药点，实现对加药点的数据采集与加药的变频控制。各个站点之间采用光纤(4芯多模玻璃光纤)进行连接，线型结构。光纤通过线管井进行安装或镀锌钢管埋地进行安装。上位机监控系统使用2台服务器和1台操作员站。服务器分别采用网卡完成计算机与PLC主站之间的数据通讯。

    图2 自动化控制系统硬件配置和控制网络

    3．2．2模块选型

    本方案主要使用西门子公司的SIMATICS7—300系列PLC，模块选型如下：中央处理器模块(CPU315—2DP)1块，工作存储器256kB；电源模块(PS307)1块，给CPU供电；接口模块(IMl53—2DP)8块，进行PROFIBUS远程I／O通讯；电源模块(PS307)8块，给ET200供电；DI数字量输入模块(SM321)8块，采集现场设备的运转及故障状态；DO数字量输出模块(SM322)8块，控制现场设备的启停；AI模拟量输入模块(SM331)9块，采集现场设备的压力、流量、溶解氧含量等信号；AO模拟量输出模块(SM332)8块，用于自动调节控制提升水泵、鼓风机、加药装置等工作设备的工作频率。

    3．2．3控制系统构成

    本项目的硬件设备主要分为三大部分：PLC部分、现场设备以及上位机部分，主要系统结构选用标准拓扑式结构，现场仪表和设备采集数据连接到PLC的输入模块、并接收PLC的命令对现场设备进行控制和调节；PLC接收现场设备的数据传输给计算机并传送计算机下达的控制命令，并通过强大的内部运算进行PID自动调节。上位机通过网络进行数据的采集汇总与显示，并通过以太网进行远程设备的监视与控制。

    现场采集和显示控制设备将检测参数变成4～20mA的标准信号送到AI模块；电机的转速通过变频器调节，频率信号通过A1模块输入，频率的设定通过AO模块输出4～20mA的标准信号进行控制，启停控制通过DO模块控制，设备状态信号通过DI模块输入。

    3．2．4施工说明

    控制系统的中控室内所有自控设备均采用一点接地的方式，通过BV-4mm2导线引至户内总接地板，屏蔽层单端接地。施工中应根据控制室周围的地质条件适当增减接地极的数量。中控室总接地板设于抗静电地板下，靠墙安装。接地分干线采用BRV-4min2导线接地。

    除此之外，自动控制系统要尽可能降低雷电带来的损失，必须采取系统的、综合的防雷措施，应特别从配电系统防雷、自控系统信号路线防雷和合理接地等方面着手。其中配电系统的防雷最重要，应采用多级保护措施。

4 结语

    本方案设计的中央控制系统在可靠性、自动化程度上满足了现代污水处理的要求，减少了日常的管理维护工作，降低了污水处理的成本。该系统在佛山某污水处理厂已投入运行4个月，规模3．6万m3／d，处理后CODcr，≤65mg／L、BOD5≤15mg／L、SS≤30mg／L、氨氮≤25mg／L、色度≤40倍，各项出水水质指标达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)二级标准。