一、引言
随着杭州市萧山区经济高速发展和城市人口不断增加，污水处理行业也快速发展起来，污水处理厂的自动控制系统成为污水处理稳定运行的关键。针对污水处理厂自动控制系统及污水工艺设备安全运行的重要性，提出PLC和监控组态软件技术在污水处理项目应用的经验，并以实际系统为例，说明自动控制系统的组成及实现。
二、系统介绍
1.系统结构：
为了保证污水处理厂自动控制系统的稳定性和可靠性，设计中采用了四级控制和管理方案对整套污水处理系统进行监控，管理层可实时监测污水处理的运行状况，有助于管理层做出正确的规划。监控层选用两台工业控制计算机进行冗余，实时观察设备的运行状况。控制层选用西门子公司PLC（S7400+S7300+S7200）做为控制器，充分显示了“集中监测，分散控制”的原则。设备层采用了运行记录仪、超声波流量计、COD在线测试仪、PH（工业酸度）在线测试仪、变频控制器等，并配备相应的软件，确保可靠、有效地运行。
2.系统网络拓扑图：
3.系统构成
上位机监控软件采用力控ForceControl监控组态软件（网络版），本软件提供的人机交互界面，使操作人员可以通过CRT直观地了解现场各工艺参数及故障报警，根据生产需要发出相应的控制指令；另外使用数据存储服务器记录历史数据，为提高生产效率制定新的生产方案提供可靠的依据。控制核心采用西门子PLC，其特点是体积小、功能多、可靠性高。编程后的PLC能够按照内部程序对系统进行实时监控，程序启停现场设备。
由于现场监控点多、布局分散，且各工序工艺独立，为简化电缆铺设、降低系统成本、提高系统稳定性，采用四台PLC组建了PROFIBUS网络对生产工艺进行监控。其中PLC控制均质调节池、再生池、沉淀池、水解池、好氧池、二沉池、污泥脱水、消毒、一级处理的所有设备及传感器。PLC间数据通过总线进行数据交换，实现数据共享。
操作人员通过力控ForceControl监控组态软件向PLC发出相应的控制指令后，由PLC对现场进行直接控制。此时即便上位机出现故障（如死机、掉电等），也不会影响系统的正常工作，大大提高了系统的安全稳定性。工艺流程图如下：
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4.测控方式：
污水处理过程的共同特点是开关量多，模拟量少，以逻辑控制为主，闭环控制为辅。整套污水处理流程有多个监控点，包括液位、PH值、溶氧、浊度、频率、泵运行状态等。每个PLC均由电源、处理器、接口、输入输出模块和通讯模块组成，他们之间通过总线连接，每个PLC均采用相同的编程方法，有利于编写和扩展程序。各模拟量参数通过相应的变送器输出4~20mA的标准信号，通过屏蔽电缆接至PLC的AI模块。各模拟量输出控制信号是以4~20mA的标准信号，从PLC的AO模块通过屏蔽电缆接至相应设备。这些设备包括变频器、启闭阀门。数字输入信号为24V直流电信号，通过电缆接至PLC的DI模块。数字输出控制信号为24V直流电信号，从PLC的DO模块通过电缆接至现场设备。每台现场设备原则在其相应现地箱上输出有三个状态信号：故障、运行/停止、手动/自动，和一个启动信号。为了使现场与PLC完全隔离，PLC所有数字量模块与现地箱中间须加辅助继电器。所有输出信号（包括模拟量和数字量）由PLC内部程序或上位机指令控制。
5.软件设计：
上位机软件采用力控ForceControl监控组态软件为开发平台，它的实时数据库功能、OPC Server功能、人机界面功能、冗余功能、图形功能、报表打印等功能集于一身，包含动态显示、报警、控件、趋势、网络通讯等组件。整套系统建设有多幅实时监控画面，包括系统总貌、混合池、爆气池、沉淀池、稳定池、污泥脱水系统、剩余污泥泵站、污泥储池、预处理、一级处理，通过指示灯表明设备的运行状态。在电机运行方式为手动时，若需将画面切成自动，用鼠标点击画面下电机启动按钮即可远程启动现场设备。传感器的瞬时值依据实际安装位置被分别标注到不同的分布工艺流程图中，其实时数据和历史数据被做成相应分布图的子画面。整个软件界面使用Windows控件，呈树状排列，查阅、操作简便。数据库是上位机监控软件的核心所在，因此须依据实际需要首先将其建设好，然后将各功能模块进行恰当的组合。实际编程过程中在定义变量时，记录可设定为不记录、数据变化时记录和定时记录，根据实际情况选择相应的设置，从而节省存储空间。报表分为实时报表和历史报表，方便用户管理。
三、结束语：
该污水处理厂的自动控制系统实现了实时监控、故障报警、历史数据存储和查询、报表的显示和打印等多项功能，且用户界面操作良好，易于学习。系统具有良好的通用性、可扩展性和可维护性。由于具有设计简单、投资少、控制效果好、易维护等优点，大大降低了工人的劳动强度、提高了管理水平、达到了设计要求，适用于中小型污水处理厂。
