1 引言
松原市江南污水處理廠是國家松花江環(huán)境保護目的的重點工程，該項目由日本政府貸款、設計日處理污水能力10萬噸。該項目在2006年建成并投入運行。
該廠污水處理方案是使用SBR序列間歇式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process）污水處理技術，相對來說該工藝對主要設備自動控制的要求較高，所以本自動控制系統(tǒng)使用了日本歐姆龍公司生產的CS1D PLC，（CPU熱后備的可編程控制器）并選用了該系列及世界同類產品控制層網(wǎng)絡通訊最可靠的通訊方案Controller bbbb光纖環(huán)網(wǎng)構建了該廠污水處理方案的自動控制系統(tǒng)。
2 自控系統(tǒng)構成
松原市污水處理廠污水自動控制系統(tǒng)由中央控制室監(jiān)控及各分站、子站監(jiān)控組成的兩級監(jiān)控部分和現(xiàn)場控制站（PLC1～PLC3）、控制子站（PLC4～PLC9）組成，控制子站的現(xiàn)場操作設備為10.4″觸摸屏，如圖1所示。
圖1 污水廠自動化系統(tǒng)構成
本系統(tǒng)集自動控制、數(shù)據(jù)采集功能為一體，較好地完成了整個污水處理過程的自動控制、工藝流程動態(tài)顯示、設備運行狀態(tài)的實時監(jiān)測、記錄和故障報警。
中央控制室配置的四個操作站（二級監(jiān)控部分）、各分站、子站操作站（一級監(jiān)控部分）、各現(xiàn)場控制站通過安裝在操作站和控制站內的Controller bbbb通訊單元與工廠Controller bbbb冗余光纖環(huán)網(wǎng)建立可靠的工業(yè)局域網(wǎng)絡通訊。
除Controller bbbb通訊方案外系統(tǒng)還建立了：（1）遠程中途提升泵站和中控室的無線通訊方案，在中控室即可實現(xiàn)6km外的中途提升泵站的生產監(jiān)控；（2）鼓風機站PLC主站和鼓風機監(jiān)控分站PLC的date bbbb 數(shù)據(jù)映射用于建立PLC之間的數(shù)據(jù)通訊；（3）鼓風機站PLC主站和第三方設備CAN總線數(shù)據(jù)采集服務器的協(xié)議宏通訊（建立Modbus協(xié)議的通訊序列），實現(xiàn)中控室對變配電間高壓控制保護設備及工廠變電運行的運行監(jiān)控。
3 系統(tǒng)監(jiān)控運行目標的實現(xiàn)
3.1 SBR序列間歇式活性污泥法工藝
SBR序列間歇式活性污泥法工藝是污水處理的新技術。近年來自動控制技術、在線分析儀表的快速發(fā)展為污水生物曝氣處理的自動化提供了可靠的基礎。本系統(tǒng)采用以PLC為核心的工藝過程自動監(jiān)控系統(tǒng),通過控制鼓風機、水泵、電動閥等設備對反應段時間、曝氣時間、曝氣強度等工藝參數(shù)進行控制，使水質達到國家規(guī)定的排放標準。
SBR污水處理自動控制過程特點是變量多（如液位，水質成份，溫度、壓力、流量）、任務多（如污水輸送、風量控制、反沖水量控制、水泵的啟停等）、設備多（如格柵機、水泵、鼓風機、閥門、污泥處理設備等），而且是具有隨機性、時變性和耦合性的復雜控制系統(tǒng)。
3.2 主要監(jiān)控任務
（1）水泵管理。運用歐姆龍公司CS1 PLC軟件的堆棧技術使粗格柵站和其他類似控制要求的14臺潛水泵的控制達到國內外先進水平：既用自動控制去實現(xiàn)操作員根據(jù)操作規(guī)程要求作手動操作時的正確操作，其自動控制過程和操作員在現(xiàn)場操作時無誤操作的過程一致并且及時，實現(xiàn)了根據(jù)對液位、設備狀況、設備運行記錄等因素進行綜合分析之后的智能自動判斷并以此作出的隨動的自動控制決策。
控制效果大體可描述為：根據(jù)液位的高低決定啟動泵的數(shù)量，增加啟動泵的數(shù)量時要做到哪臺無故障的泵休息的時間長就自動啟動哪臺泵，需要減少啟動泵的數(shù)量時要做到哪臺泵運行的時間長就自動停哪臺泵，當運行的泵出現(xiàn)故障時將停止該泵的運行，其他無故障的泵將根據(jù)前述原則自動補足缺少的運行泵數(shù)量，當因故障原因停止的泵恢復正常時將自動進入準備啟動隊列。
該潛水泵控制方案在松原污水處理的各個環(huán)節(jié)得到了廣泛的使用使該監(jiān)控環(huán)節(jié)完全達到了可以取消現(xiàn)場一級監(jiān)控的運行效果，極大的提高了設備運行質量，保證了設備的連續(xù)長周期正常運行，提高了設備使用壽命，解決了工廠操作人員不足的問題。
（2）SBR工藝的聯(lián)鎖和溶解氧濃度的反饋控制?？刂品桨钢饕罁?jù)生產工藝提供的控制要求；SBR工藝的控制大體可以分為三個方面的內容：一是生物濃度控制，即根據(jù)在線測得的水質參數(shù)與設定參數(shù)形成的閉環(huán)控制；二是反應時間控制，即根據(jù)SBR工藝的各個階段所需要的時間進行的自動控制；三是流量程序控制，即根據(jù)污水流量的變化來調整各個階段所需時間的自動控制。
生物濃度控制的基本原則是動態(tài)的控制SBR工藝的反應時間，使其中的有機物濃度（COD）達到允許的排放標準后就立即停止曝氣。目前，受檢測技術的影響，在線測定有機物濃度（COD）的實時性效果較差，基本不能實現(xiàn)反饋控制的實時性要求。
但是，在一定的SBR工藝條件下，反應池中的COD濃度與SBR池中的溶解氧變化速率有著直接的關系。因此可以通過測定溶解氧的變化來監(jiān)測有機物濃度的變化，實現(xiàn)反應過程的反饋自動控制。
SBR池溶解氧濃度的反饋控制控制方案是在SBR工藝的暴氣過程中，將溶解氧傳感器檢測到的SBR池溶解氧濃度信號和工藝工程師制定的暴氣階段SBR池溶解氧濃度的給定值作實時動態(tài)比較，然后按比例、積分、微分（PID）的控制方案去控制空氣電動調節(jié)閥的開度既控制由鼓風機給出的空氣流量，閉環(huán)的PID控制方案較好的保證了暴氣階段SBR池溶解氧濃度的要求，提高了工廠污水處理的能力和處理質量。
與時間相關的控制程序是根據(jù)對SBR反應池的五個運行階段所需要的時間進行的自動控制。如SBR反應池的進水時間、攪拌時間、曝氣時間、靜沉時間、潷水時間及等待時間都可由操作員在上位機給定。SBR反應池的各段工藝過程的執(zhí)行時間均嚴格按規(guī)定的時間順序進行，通過電氣操作臺上的手動/自動轉換開關可以改變主要電器設備的操作狀態(tài)。
該廠污水處理過程大體可分為四套SBR的輪流進水（含攪拌）、暴氣、靜沉、潷水等幾個過程，每套SBR工藝設備主要由鼓風機、攪拌器、電動調節(jié)閥、潷水器等主要設備組成，其中潷水器為電動機械受控設備，受多種原因影響其控制的可靠性顯得重要，而生物凈化過程中的污水溶解氧濃度控制對提高SBR工藝的運行效率、工藝的污水處理能力和質量、保護有用微生物的生存環(huán)境起著置關重要的作用，所以SBR工藝的自動控制關鍵是作好上述兩個環(huán)節(jié)。
（3）中控室變配電設備的遠程集中監(jiān)控。本系統(tǒng)通過使用毆姆龍公司的串行通訊單元，利用協(xié)議宏的組態(tài)編程方法實現(xiàn)了實現(xiàn)了中控室計算機操作站通過Controller bbbb光纖環(huán)網(wǎng)對安裝在工廠變電間的CAN總線數(shù)據(jù)采集服務器的遠程通訊，實現(xiàn)了重要的工廠變配電數(shù)據(jù)（高壓控制保護器數(shù)據(jù)）的采集，其中包括模擬量（包括三相電流、電壓、各功率參數(shù)、工廠用電累計量等）、開關量（包括各種開關狀態(tài)、設備運行狀態(tài)、故障狀態(tài)）共計400點并在中心控制室操作站上通過操作畫面進行實時顯示、記錄、報警，其記錄報表可用于故障的事后分析，為工廠供電環(huán)節(jié)的安全管理提供了可靠保證。
4 基于歐姆龍CS1系列PLC的現(xiàn)場控制站
現(xiàn)場控制站PLC是直接控制和監(jiān)測生產過程的單元。本系統(tǒng)廠區(qū)共有9個現(xiàn)場控制站，每個站設一臺可編程邏輯控制器，通過工業(yè)控制網(wǎng)（Controller bbbb）傳輸數(shù)據(jù)，每個現(xiàn)場站的監(jiān)測和控制可以在現(xiàn)場站進行，也可以在中央控制室進行?，F(xiàn)場控制站主要包括以下設備：可編程序邏輯控制器（PLC）；可編程終端PT（觸摸屏）；現(xiàn)場計算機操作站。
PLC設備選用日本OMRON公司的最新一代可編程序控制器—CS1系列，基本指令處理
速度：≤0.02μs；輸入輸出模塊均具備光電隔離性能；支持所有模塊的熱插拔；平均無故障運行時間(MTBF)達到271,000小時；雙CPU硬件熱備（2 CPU同時參與計算機與數(shù)據(jù)保存1個CPU控制，故障時平滑切換）；支持所有模塊的熱插拔；雙電源供電（包括擴展機架）；如配置串行通信單元SCU21，則每套PLC上最多能提供34個（RS232/422/485）通信口，通信速率可達38.4KBPS，用于連接現(xiàn)場儀表、外圍通信設備和觸摸屏（PT）；對于每個串行通信口，具備自定義協(xié)議的通訊功能，能與非本公司產品進行數(shù)據(jù)交換，便于和第三方各種智能設備、現(xiàn)場智能儀表相連；支持E_mail功能，能以事件觸發(fā)、定時觸發(fā)及故障觸發(fā)方式由PLC向上位機發(fā)送電子郵件；具有電源出錯履歷、電源中斷時間壓棧、電源中斷計數(shù)等電源維護功能；支持以太網(wǎng)、控制網(wǎng)、設備總線網(wǎng)，并支持多網(wǎng)配置；定時中斷，掉電中斷，I/O中斷，外部中斷等多種中斷功能。CS1編程軟件采用最新的bbbbbbs版，采用結構化、多任務、梯形圖、語句表編程方式，具有良好的在線編輯和在線幫助功能。
5 結束語
該廠自投產以來，以OMRON公司的CS1系列PLC為核心的自動控制系統(tǒng)長周期可靠運行，未發(fā)生過任何故障，特別應提到的是Controller bbbb光纖環(huán)網(wǎng)的運行故障記錄等于零，從未出現(xiàn)過如通訊超時，通訊報警等在一般工控局域網(wǎng)絡上常見的故障提示。PLC系統(tǒng)的可靠運行保證了如本文所述的控制方案順利實現(xiàn)，為污水處理廠的高效運行奠定了良好的基礎。
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
