一 引言
      隨著人民生活水平的提高和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的需要，污水處理越來越受到社會的重視。污水處理既可以起到環(huán)保作用，又可以實現(xiàn)水的重復利用，節(jié)約水資源。為了提高污水處理的質量和效率，同時節(jié)省人力、物力，設計一套自動化監(jiān)控系統(tǒng)是十分必要的。本文以鄆城縣污水處理廠為例，介紹了中小型污水處理廠自動化監(jiān)控系統(tǒng)的整體設計方案。
二 本系統(tǒng)污水處理工藝介紹
      鄆城縣污水處理廠采用倒置A2/O處理工藝(如圖1)，A2/O工藝，是目前較為流行的具有一定代表性的污水生物脫氮除磷技術。該工藝的生化部分由厭氧（A1） 、缺氧（A2） 、好氧（O） 三區(qū)段組成。其中A1 區(qū)位于工藝的最前端,A2區(qū)、O區(qū)順居其后,形成所謂A1/A2/O布置形式。1996年張波博士首先提出厭氧/缺氧環(huán)境倒置的A2/O工藝，即A2/A1/O布置形式,并為該工藝在理論上做出了科學分析。經過多年的系統(tǒng)研究，證實了該工藝不僅在脫氮除磷效果方面優(yōu)于常規(guī)的A2/O工藝，而且工藝流程更為簡捷；畢學軍博士在此基礎上進一步完善了已有的理論，同時探討了生產性規(guī)模運用的可行性，確定了恰當?shù)墓に囘\行參數(shù)，指出各區(qū)段有效容積比：A2/A1/O為1:1:2。實踐經驗表明，倒置A2/O工藝的氮磷脫除功能明顯優(yōu)于常規(guī)A2/O工藝，其CODCr去除能力則與常規(guī)A2/O工藝相當。

 
污水處理總體工藝流程如圖2所示。

 
三 系統(tǒng)整體設計
      本系統(tǒng)以OMRON公司的CJ1M和SIEMENS公司的S7-300、S7-200 PLC作為數(shù)據(jù)采集及控制單元，配合各種檢測儀表和控制設備對污水的液位、流量、pH值、溫度及溶解氧濃度等控制量進行數(shù)據(jù)采集，同時，按照控制要求對各個現(xiàn)場設備如粗細格柵、提升泵、鼓風機等進行相應控制。本系統(tǒng)根據(jù)工藝流程和控制要求設立了5個分布站，各站通過以太網與上位機相連。上位機通過亞控公司的組態(tài)王和各站進行數(shù)據(jù)交換，從而實現(xiàn)集中控制。
整個監(jiān)控系統(tǒng)分為三部分:一是現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集部分，完成數(shù)據(jù)采集功能；二是現(xiàn)場控制單元，分現(xiàn)場控制柜和PLC站，現(xiàn)場控制柜主要完成手動控制，PLC站主要完成數(shù)據(jù)處理、自動控制及通訊功能；三是上位監(jiān)控部分，主要監(jiān)視現(xiàn)場各工藝流程運行狀況并實施遠程控制功能。
四 系統(tǒng)硬件結構
      根據(jù)污水處理的工藝要求及現(xiàn)場環(huán)境，本系統(tǒng)主要采用了工業(yè)控制計算機（IPC）+可編程控制器（PLC）+現(xiàn)場檢測儀表的監(jiān)控模式。本控制系統(tǒng)通過現(xiàn)場檢測儀表采集工藝參數(shù)，PLC作為主要現(xiàn)場控制單元，根據(jù)污水處理工藝流程讀取現(xiàn)場儀表信號及各被控設備狀態(tài)信號，同時將控制信號傳至各控制設備。利用IPC作為上位機，進行復雜的數(shù)據(jù)處理。通過工業(yè)以太網將各控制站、中央控制室的工程師站相連，形成一個完整的通訊網絡，實現(xiàn)監(jiān)控。整個自動化監(jiān)控系統(tǒng)構成SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)采集、處理、監(jiān)視及對現(xiàn)場設備進行控制的功能。
整個系統(tǒng)由中央控制室、各分布PLC控制站和現(xiàn)場儀表及電控柜構成三級監(jiān)控網絡。系統(tǒng)結構如圖3所示。

 
圖3 系統(tǒng)結構圖

      本系統(tǒng)中，組態(tài)王通過網卡以TCP/IP協(xié)議與三種不同型號PLC--OMRON CJ1M，SIEMENS S7-300和S7-200通信。PLC的以太網口通過光纖連到以太網交換機，工控機通過普通網卡與交換機相連，從而實現(xiàn)各分站PLC與監(jiān)控計算機之間的數(shù)據(jù)通訊，兩臺監(jiān)控計算機之間也可以通過網絡傳遞數(shù)據(jù)以及打印報表等。網絡通訊結構圖如圖4所示。
 

圖4網絡通訊結構圖

五 系統(tǒng)軟件設計
      本監(jiān)控系統(tǒng)軟件設計主要包含PLC程序開發(fā)和上位監(jiān)控界面的開發(fā)。
1  PLC編程軟件
      PLC編程軟件采用歐姆龍公司的編程組態(tài)軟件CX-Programmer 7.0，適用于OMRON各系列的PLC，它可完成用戶程序的建立、編輯、檢查、調試以及監(jiān)控，同時還具有完善的維護功能，使得程序的開發(fā)及系統(tǒng)的維護更為簡單、快捷。能夠在Windows 2000或Windows XP平臺運行，具備如硬件的配置和參數(shù)設置、通信的定義、編程、測試、啟動和服務、文檔/存檔、操作/診斷功能等基本功能，所有這些功能均有詳細的聯(lián)機幫助，以便用戶掌握。采用結構化、多任務的編程方式，支持梯形圖（LAD）、語句表（STL）、結構文本語言、功能塊（FB）等符合IEC的編程方式。圖5為系統(tǒng)硬件組態(tài)圖。 

 
圖5  硬件組態(tài)

2 上位監(jiān)控組態(tài)軟件
      目前流行的組態(tài)軟件很多，如INTOUCH、iFIX、WINCC、組態(tài)王等，其中組態(tài)王6.52性價比高，網絡通信功能比較完善，能夠很好地滿足本系統(tǒng)的要求，故采用它來開發(fā)上位監(jiān)控界面（如圖6所示）。
 

圖6 工藝流程上位監(jiān)控畫面 

六 結束語
      本文在分析了污水處理的基本原理的基礎上設計控制方案，并將先進的智能控制策略應用于污水處理系統(tǒng)，提高了污水處理廠的生產效率，降低了能耗。針對污水處理的自動化監(jiān)控系統(tǒng)的研究可以為污水處理廠的技術改造提供科學的方法和理論依據(jù)，也可以為污水處理設備的開發(fā)研制和創(chuàng)新提供理論基礎和研究方法。