SBR自控系統在蓮花味精集團污水處理廠中的應用
蓮花味精集團污水處理工程自動控制系統已完成從設計到施工、安裝、調試直至最后投入正式運行的全部工作。該系統不僅按污水處理工藝要求達到了自動控制的目的，而且保證污水達標排放。本系統以PLC為核心，完成對SBR反應池的自動控制，在軟件編制方面嚴格按工藝時序要求，全面考慮了現場在出現特殊情況下程序連續運行，與以往污水廠自控系統以監測為主的情況有本質的區別。
河南蓮花味精集團污水處理廠采用厭氧加好氧處理工藝，其中好氧部分采用SBR法處理。SBR是處理高濃度有機廢水的理想途徑之一，該法克服了常規好氧法處理高濃度有機廢水能耗高、稀釋水量大、占地面積大等缺陷，可實現高濃度進水、高容積負荷、高去除率，具有污泥性能好、耐沖擊負荷、出水水質好、污泥產率小、氧利用率高、運行費用低、減少占地等優點。
該廠采用8個SBR池，處理污水量為7450t/d，尺寸為L×B×H＝25m×21m×5m。以12h為一個運行周期，其中進水、攪拌1 h，曝氣8.5h，沉淀1h，排水1h，待機(閑置)0.5h。8個池子按依次滯后1.5h的時間間隔順序進行。
1 系統硬件結構
SBR自動控制系統由監控管理計算機(上位機)、可編程序控制器(PLC)、電氣控制柜、現場執行機構及現場監測儀表組成。控制系統如圖1。
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8個SBR反應池嚴格按照一定的時間順序依次完成進水→曝氣→沉淀→排水→(排泥)等一系列過程，對應于不同的工段每個池子分別設有進水閥、進氣閥、攪拌泵、潷水器、排泥泵以完成不同的功能。對于這樣一個順序性、周期性很強的邏輯操作系統，使用PLC是最明智的選擇。
PLC以繼電器邏輯控制為基礎，逐步發展成為既有邏輯控制又有計時、計數、分支程序、數值計算等功能。其工作穩定、可靠、抗干擾能力強、控制靈活、編程容易、體積小、質量輕、功耗低、安裝簡單、運行方便、性能價格比高，且可與現場信息輸出直接聯結，廣泛應用于污水處理系統。
根據PLC以上特點，考慮到工藝控制要求及SBR控制系統中開關量輸入/輸出多、模擬量較少和整個系統的運行速度，選定OMRON，C 200 HS可編程序控制器，這種控制器指令豐富，處理速度快，柔性好，功能多，且可提供多種多樣的智能I/O單元，能適合本系統的應用。PLC系統的硬件配置見表1。
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本系統PLC控制柜與上位機在同一控制室內，通訊距離＜10 m，對于這種通訊距離較近的情況，雙方可直接采用RS--232C標準進行通訊，理論上當波特率為9 600時，通訊距離在15.23 m之內，其誤碼畸變率按4%考慮。實際應用中的通訊距離達120 m,使用RS--232C標準通訊非常可靠。
PLC在某種意義上講只是一種控制器，換句話說在SBR時序控制系統中它是一種功能更強的集成化高速繼電器控制裝置，故其雖有靈活的一面，也有死板的一面，特別是在人機操作界面方面顯得無能為力。
隨著4C技術(computer、control、communication、CRT)及監控軟件的發展，使用上位機監控管理系統已成為大中型控制系統的流行趨勢，以PC機作為上位機應用于控制系統中能提供一種良好的人機界面，減輕操作人員的負擔，提高管理水平。
PLC全部I/O模塊的饋線都來自電氣控制柜，每個SBR池對應一個電氣控制柜，每個電氣控制柜包括相應池內6臺設備的一次回路和二次回路的全部器件，直接采集現場電氣設備的信號。手動/自動的切換通過電氣柜盤面的主令開關來完成。
在電氣控制柜中，對PLC的輸入均為AC220 V中間繼電器的無源觸點，PLC向電氣柜輸出DC24 V電壓控制信號，實現對各電氣設備的控制，保證各輸入、輸出的相對獨立，使控制系統長期安全運行，而開關量的信號電源由PLC柜內DC24 V穩壓電源提供。
反映工藝設備的開關量信號主要分為以下三類：第一類是運行信號，由主回路中接觸器的分、合狀態決定，并由相應的中間繼電器的常開觸點給出；第二類是自動/手動狀態信號，由手動/自動轉換開關決定，并由相應中間繼電器的常開觸點給出；第三類是正常/故障信號，為綜合故障信號，包括過載、過流、超限及水泵超溫等。對電動閥門和潷水器又增加了開(上升)到位、關(下降)到位，對潷水器增加一個步進排水信號，這些信號均由設備的故障觸點串聯后由一個中間繼電器的常閉觸點給出，使中心控制室的操作人員對現場設備的運行情況一目了然。
SBR工藝的關鍵是時序控制，儀表主要用于系統的監測。在SBR好氧段的重要工藝段設置了流量儀表、液位儀表和溶解氧測量儀。鼓風機管道出口空氣流量的測量采用插入式渦街流量計。
2 系統的軟件設計
SBR自控系統的軟件設計是整個系統正常運行的核心，一套理想的軟件不只限于滿足工藝要求，而且要考慮到現場出現的各種特殊情況，因此必須可靠、實用、易修改。
2.1 軟件編制
軟件編制的主要依據為工藝提供的控制時序，對于進水時間、曝氣時間、沉淀時間、排水時間均可由上位機任意設定，但四個工藝段的時間之和必需介于7～11.6 h，否則所設定的工藝時間無效，PLC仍按原設定執行。8個SBR池的各段工藝過程及其執行時間均嚴格按時序進行，每個池子的任何設備在任何時刻均可通過電氣柜上的手動/自動轉換開關改變其狀態，但均不能改變PLC所設定的工作時序，且一旦切入自動狀態后便進入PLC所設定的時序。
潷水器的工作周期完全由PLC按時間控制，在第一次下降一個大行程(時間為23 s)，以后每次下降4 s，停留排水時間15 min，直至下降到位。如果在一個周期(12 h)結束時仍沒有下降到位或無下降到位信號，且潷水器處于自動狀態，PLC將在周期結束前驅動潷水器上升復位。
控制柜上的8個切換開關僅限用于全部復位重新啟動時決定由哪個池子開始投入自動循環，平時不可輕易扳動，一旦扳動某一開關，其對應池子的工藝過程將全部停止，只有等到下一次進水周期方可重新進入PLC自動控制的行列。
現場電氣設備的工作狀態均送上位機顯示。
2.2 軟件的特點
① 本控制系統嚴格按照時序，按順序工作。
② 允許以任意一個池子作為重新啟動的開始，所有參加復位的池子(在復位時其電氣柜相應的手動/自動開關處于自動位置)在復位時各設備將自動恢復到復位狀態(進水閥、進氣閥關閉，攪拌泵停止，潷水器上升)。
③ 允許在工作過程中任意進行手、自動切換且不影響工作時序。
④ 具有動作超時、過載報警等功能，具有斷電時自動保護斷點，在重新上電時由斷點繼續執行程序的功能。
2.3 軟件的設計思想
編制軟件時，要從用戶的實際情況出發，盡量作到功能全面，畫面簡潔易讀，操作方便，使操作員易于掌握。
上位機的軟件編制采用MS-DOS環境下的GOOD-HELPER通用組態式工業控制軟件包，該軟件包提供了從組態到顯示、操作控制的整套功能，支持通用鍵盤，采用后臺通訊的方式保證了數據的實時性，前臺運行圖形及報表程序、全漢化的工作界面、“所見即得”的控制組。
整個監控軟件包括以下的組態過程：系統設計→系統參數組態→通訊組態→圖形菜單組態→圖形編輯→圖形動態→文本編輯→報表顯示→故障報警組態→同類數據存在盤組態→歷史報表組態→標度變換組態→定時打印組態→報表統計等。整個系統主菜單包括流程圖A，匯總表B，超勢圖C和設定參數D，查詢菜單下可進行故障記錄、歷史趨勢等的在線查詢，報表菜單可定時打印各班的報表，文件管理菜單中可進行文件的列表、拷貝、打印、刪除等工作，變量表中列出了所有四種(公式變量、模擬變量、開關量、字符串變量)類型變量的當前值，可在系統調試時起幫助作用。
3 SBR系統的抗干擾措施
3.1 電源系統
為阻止空間電磁干擾，在設計系統時將PLC安裝于鐵質的儀表柜中，起到一定的屏蔽作用。
本系統獨立供電，直接從低壓配電母線供電，在電源進入SBR控制系統之前加2 000 W的穩壓電源，具有雙向抗干擾功能，能濾除電網各種脈沖和浪涌電壓，穩壓范圍達120～300 V。并將UPS(2 000 W)與上位機聯接，一旦供電系統中斷，UPS電源的電池組經逆變輸出交流電，使上位機有一定時間進行數據處理，以便得電后正常工作，提高了整個系統的可靠性。
3.2 設置阻容吸收回路
在SBR控制系統中，由于現場電氣設備較多，而且PLC的I/O信號均由繼電器的無源觸點給出，大量的繼電器被用于控制系統中，加上現場條件較差，靈敏度較高(吸合電壓較低)的繼電器本身受到線路布線的影響而產生誤動作。為此，考慮在繼電器線圈兩端并聯RC吸收回路(如圖2)，其中電阻值可在100～1 000 Ω之間，電容在0.03～1 μF之間選用，但須注意電阻的阻值和電容耐壓要有余量。實踐證明這是一種簡單有效的方法。
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3.3 過程通道的抗干擾
過程通道指前向接口和后向接口與PLC之間進行信息傳輸的路徑。在過程通道中長線傳輸的干擾是主要因素，當系統的主頻為4 MHz，傳輸線長度＞0.3m時，即成為長線傳輸。為保證長線傳輸的可靠性，采取的措施有光電耦合隔離、電流傳輸和雙絞線傳輸等。
4 結論
蓮花味精集團污水處理工程自動控制系統已完成從設計到施工、安裝、調試直至最后投入正式運行的全部工作。該系統不僅按污水處理工藝要求達到了自動控制的目的，而且保證污水達標排放。總結起來具有以下特點：
① 系統設計合理，PLC、上位機、電氣柜、儀表的選型注意從先進性、穩定性、可靠性出發，同時兼顧經濟性，使整套控制系統在保證長期安全運行的基礎上，價格達到最低。
② 本系統以PLC為核心，完成對SBR反應池的自動控制，在軟件編制方面嚴格按工藝時序要求，全面考慮了現場在出現特殊情況下程序連續運行，與以往污水廠自控系統以監測為主的情況有本質的區別。
③ 監測管理計算機實時監測整個系統，工藝流程圖生動形象，操作人員一目了然地了解現場工藝、電氣設備的運行狀況，并根據工藝情況隨時在線修改參數。
④ 系統具有很強的抗干擾性，無論從計算機電源系統還是硬件的選擇到電纜的敷設接地等都充分考慮此問題，因此穩定性好、可靠性高，大大減輕了工人的勞動強度，每班操作人數從5人降低到2人。
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