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【摘 要】伴随着城市化的日益加快以及城市人口的迅速增加，污水处理厂的负荷也相应增加。为有效缓解污水处理厂的压力，越来越多的污水处理厂选用自动控制系统处理方式。现阶段，国内大部分的污水处理厂所选用的自控系统多为SCADA系统，其能够实现全厂监控集中在中控室，在现场利用PLC便可以实现对设备的控制，真正实现了分散控制和集中管理的功能。因此文章结合实例，就SCADA系统在污水处理行业的应用展开探讨。
【关键词】污水处理厂；数据采集与监控系统（SCADA）；应用趋势
一、SCADA自动控制系统功能
第一，数据采集。①开关量数据采集：采集系统内各种阀门、机器设备的开关量信号，并输送到PLC数字量模块，作为设备状态参数，以便执行操作。②模拟量数据采集：采集水质参数、液位、流量、设备工作电流等模拟量信号，并输送到PLC模拟量模块。
第二，自动控制。通过上位机和PLC工作站控制MCC实现对水处理各工艺段设备的自动控制。每台设备均有5种控制方式。
①现场手动：当设备现场转换开关置于手动时，可实现设备的现场按钮箱手动控制。该控制方式为最高级别控制方式，在检修或试机时使用。在使用该控制方式时，其它控制方式均无效。
②MCC手动：当设备现场转换开关置于远程，且MCC抽屉转换开关置于现场时，可实现设备的MCC按钮手动控制。
③ PLC触摸屏控制：当设备现场转换开关置于远程，MCC抽屉转换开关置于自动，且PLC上的转换开关置于OP时，可实现设备的触摸屏控制。
④中控室内上位机控制：当设备现场转换开关置于远程，MCC抽屉转换开关置于自动，且PLC上的转换开关置于SCADA时，可实现设备的上位机控制。
⑤SCADA自动控制系统自动控制：当设备由触摸屏或上位机控制时，可在触摸屏或上位机上选择人工手动模式或系统自动模式。在人工手动模式下，可在触摸屏或上位机上点动控制每台设备；在系统自动模式下，系统根据全厂工艺要求，依据各仪表上传的实时数据，通过编制好的程序自动控制设备，智能调整工艺流程。格栅间的粗、细格栅机有2种自动控制方式：可根据超声波液位差计反映的格栅前后的液位差自动启闭格栅机；也可依据设定好的时间，每间隔一段时间自动启闭格栅机。
第三，实时、历史数据处理和报表生成。数据库可智能采集设备运行状态、生产情况、水量、水质参数等数据，并对这些实时数据进行动态显示、自动保存、生成报表。历史数据可按曲线方式显示。
第四，画面显示。在上位机上能显示整个污水处理系统的结构、独立的工艺流程画面以及历史数据、趋势图等。工艺流程画面还可显示各设备、阀门的状态及工艺参数，并有单独的可显示所有报警信息的报警图表。
第五，报警和事故处理。SCADA自动控制系统对设备参数超限、水质参数异常以及设备运行状态失控进行报警，并显示事故类型，给出语音报警信息，便于操作、维修人员及时处理。
第六，报表打印和管理。SCADA自动控制系统管理整个污水处理厂的生产，24h监视各工序的生产工艺过程，可按小时记录、打印各生产工艺过程报表、日报表、月报表和年报表，并可在屏幕上显示最大值、最小值和平均值。每日上午7时自动打印日报表。
第七，系统组态和参数设置。SCADA自动控制系统使用不同的用户和口令进行管理。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆不同用户拥有不同的管理级别，技术人员可根据实际需要，通过不同管理级别重新进行参数设置和系统组态，如以工程师身份登陆，可修改生产工艺或流程设置，修改程序、报表，改变参数设定点等。
二、工程实例
某城市污水处理厂选用美国罗克韦尔自动化系统，罗克韦尔自动化为SCADA环境提供一个灵活的、可维护的和安全的软件平台。这些解决方案构建并集成在一个单一的、开放的和灵活的软件架构，它能够连接到当今使用的任何自动化系统、远程终端（RTU）、智能电子设备（IED）、可编程逻辑控制器（PLC）、数据库、历史数据库或者企业系统。这个平台的开放性能可以使用户无需购买新的硬件或者控制系统就可以拓展它们已有的系统。为了保证污水处理厂的自动控制系统的稳定性和可靠性，设计中采用了三级控制和管理方案对整套污水处理系统进行监控，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。控制核心采用罗克韦尔自动化Compact Logix1769系列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。
（一）控制方式
本系统现场设备控制分为四级，第一级为现场控制箱，控制级别最高，便于检修和现场临时紧急停止；第二级为马达控制中心简称MCC，只有第一级现场控制箱选择远程控制时第二级控制才有效；第三级为触摸屏（HMI）集中控制，中控室控制柜设置触摸屏，进行简单的设置参数和工艺控制，设计第三级控制的目的是当监控层电脑主机或组态软件出现故障时，可以通过触摸屏设置相关核心工艺参数，不影响整个水厂的运营。只有第二级MCC选择自动控制事第三级控制才有效；第四级为监控层组态软件控制，集中监控水厂所有设备的运行，正常运行时采用第四级控制。该水厂正常运行时所有设备均按照工艺流程自动运行，操作人员通过监控主机上的组态软件向PLC发出相应的控制指令，由PLC对现场进行直接控制，节省了大量的人力物力。
（二）PLC编程
污水处理控制方式分为逻辑控制和PID闭环控制。以逻辑控制为主，根据工艺要求在PLC中编写相应的逻辑控制指令，控制设备按照预定的方式运行。PID闭环控制主要用于曝气生物滤池鼓风机恒压控制，DO溶解氧控制，加药系统恒流量控制等。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。为了便于检查，PLC编程中，逻辑控制均采用梯形图编程，电机功能块、阀门控制功能块、仪表模拟信号、流量累计等采用功能块编程，大量的时间模式控制采用汇编语言编程。三种编程语言的结合使得整个水厂繁琐复杂的控制程序变得简单明了，便于维护和故障点排查。
（三）上位机组态软件设计
上位机软件采用罗克韦尔自动化RSview32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、提升泵房、细格栅、除油尘沙池、MBBR生物滤池、Multiflo、污泥脱水系统、生物除臭系统。每个模拟量做有实时和历史趋势图，可以选择型查看任何时候的发生趋势。报表系统分为实时报表和历史报表，实时报表采用RSview32集成微软的VBA编程输出到Excel表格中。历史报表通过Microsoft Access作为一个平台，将监控系统中存储的信息通过VBA开发数据库报表，然后在监控软件中通过VBA命令调用数据库报表。这里需要用到windows自带的ODBC数据源管理器。
总之，文章选用罗克韦尔自动化SCADA系统，其具备高度集成的自动化控制，还能够实现实时监控、故障报警、历史数据的存储以及查询、报表的显示以及打印等多种功能。该污水处理厂经过调试之后，实现了无人值守，便捷了监控层的人机对话，有效降低了人工劳动强度，节约了大量的人力和财力。
参考文献：
[1]高丹，祝云，韩雪凌.SCADA系统在城市分散式污水处理设施管理中的应用[J].硅谷，2014，12：
[2]杨丽敏.大型污水处理厂SCADA系统解决方案[J].中国建设信息（水工业市场），2010，07
[3]杜奕奕.造纸废水处理系统中SCADA的设计与实施[D].华东理工大学，2014
论文作者:李显
论文发表刊物:《低碳地产》2015年第19期
论文发表时间:2016/8/19
标签：污水处理论文; 设备论文; 系统论文; 报表论文; 转换开关论文; 上位论文; 现场论文; 《低碳地产》2015年第19期论文;