摘 要 本文介紹了和利時LK大型PLC在甘肅省劉化集團污水處理廠自動控制系統中的應用，描述了基於生物濾池污水處理工藝下的控制系統組成、控制功能和軟體設計思路。該污水處理廠自動控制系統的全套硬體設備及軟體由和利時公司提供，系統設計工作由蘭州惠利自動化系統工程有限公司完成，其自動控制系統由中央控制室的兩台操作員站和一套LK大型PLC現場控制站組成。
關鍵詞 污水廠；LK大型PLC
引言
甘肅劉化集團地處黃河上游，由於歷史原因污水基本沒有經過處理直接排入黃河，對周邊環境造成了一定影響。劉化集團污水處理廠是劉化集團響應國家環保要求新建的負責處理整個劉化集團工業污水及生活污水的污水處理廠，是為保護黃河上游水質、節省水資源、深入發展城鎮經濟而建設的重點項目。
工藝介紹
劉化集團污水處理廠採用生物曝氣法進行污水處理，設計規模為日處理量10000方，其主要建築物有：柵格間、預曝調節池、高架配水井、豎流沉澱池、生物曝氣濾池、清水池、濃縮池、鼓風機房等。污水首先由進水管經格柵進入預曝調節池，再通過預曝調節池內的三台提升泵將污水提升至豎井沉澱池，然後經由豎井沉澱池自流進入生物曝氣濾池，最後經過生物曝氣處理后的清水進入清水池；而豎井沉澱池底部的沉澱物質經過濃縮池和濃縮一體式脫水機後進行最後的處理。
自動控制系統組成
該污水處理廠自動控制系統採用冗餘乙太網通訊方式，由監控中心與一個LK大型PLC控制站構成。PLC控制站採集設備的啟停、閥門的開關及報警狀態，污水流量、水位及PH等信號，通過乙太網與上位監控中心連接。監控中心由兩個操作員站作為一主一從伺服器用來存儲實時運行數據，伺服器上裝有和利時公司監控軟體SmartPro做為上位監控界面。系統配置結構圖如下：
控制系統功能介紹
本控制系統設計採用三種控制方式，即監控中心遠程控制、現場PLC控制、設備現場手動控制等，其優先順序別分別為現場手動控制最高，其次為現場PLC控制，最低為監控中心遠程控制。
各自動控制單元通過LK大型PLC實現的功能分別是：
4.1 格柵間
主要實現的功能有：採集格柵的運行狀態信號及現場儀錶的數據信號，並通過自動控制程序實現格柵自動運行控制：
◆兩台格柵自動控制採用水位差控制和時間控制。通過水位差測量儀檢測粗格柵前後水位差值，當水位差值大於設定值時，啟動粗格柵。當粗格柵距上次運行的時間超過設定值時，啟動粗格柵；
◆採集進水PH值和格柵前後液位差。
4.2預曝調節池
主要實現的功能有：採集提升泵、加藥泵、閥門的運行狀態信號及現場儀錶的數據信號，並通過自動控制程序實現預曝調節池內設備的自動運行控制：
◆三台提升泵自動控制由池內液位控制。當水位升高時，控制水泵依次逐台啟動，水泵的啟動順序按累計的水泵運行時間從小到大排列。當水位降低時，控制水泵依次逐台停止，順序與之相反。同時自動累積水泵運行時間，實現水泵的自動輪值，保證水泵總是處在最佳運行狀態。當水位降低到干運轉保護水位時，水泵全停。
◆兩個加藥泵和三個閥門的監視和控制；
◆採集預曝調節池液位和進、回水流量數據。
4.3豎流沉澱池
主要實現的功能有：採集進水、回水閥門的運行狀態信號，並通過自動控制程序實現豎流沉澱池內設備的自動運行控制：
◆四組進水、回水閥門的監視和控制。
4.4生物曝氣池
主要實現的功能有：採集進水、出水、反衝進水、反衝進氣、曝氣進氣閥門的運行狀態信號及現場儀錶的數據信號，並通過自動控制程序實現生物曝氣池內設備的自動運行控制：
◆六組進水、出水、反衝進水、反衝進氣、曝氣進氣閥門受時間和生物曝氣池液位的控制；
◆採集生物曝氣池液位數據。
4.5清水池
主要實現的功能有：採集反衝泵、回用泵的運行狀態信號及現場儀錶的數據信號，並通過自動控制程序實現清水池內設備的自動運行控制：
◆三台回用泵自動控制由池內液位控制。其控制原理同預曝調節池的提升泵；
◆兩台反衝泵自動控制與生物曝氣池內的反衝進水閥聯動；
◆採集清水池液位及出水PH數據。
4.6鼓風機房
主要實現的功能有：採集曝氣、攪拌、反衝鼓風機的運行狀態信號，並通過自動控制程序實現鼓風機房內設備的自動運行控制：
◆兩台曝氣鼓風機與生物曝氣池內的曝氣進氣閥門聯動；
◆兩台反衝鼓風機和一台攪拌鼓風機與生物曝氣池內的反衝進氣閥門聯動。
4.7濃縮池
主要實現的功能有：採集螺桿泵、濃縮一體式脫水機、螺旋輸送機的運行狀態信號及現場儀錶的數據信號，並通過自動控制程序實現濃縮池內設備的自動運行控制：
◆兩台螺桿泵、一台濃縮一體式脫水機和一台螺旋輸送機的監視和控制。
整個污水廠的運行基本實現了全自動控制，所有設備運行參數及儀錶數據都被送入PLC，PLC再通過乙太網與上位監控系統進行數據交換，用以監視和控制污水處理廠各個生產環節的運行。進水流量計及回水流量計通過RS485口與PLC系統進行通訊，保證了現場測量數據與控制中心數據的完全一致。
硬體、軟體功能介紹
5.1硬體功能介紹
針對系統控制要求，和利時公司設計了基於LK大型PLC的工程方案。方案中主要利用LK大型 PLC的模擬量處理、乙太網通訊、串口通訊等功能。
LK大型 PLC是和利時公司於2006年推出的新一代高端PLC系統，該系統支持冗餘、熱插拔，單指令執行時間僅為13ns，支持多種通信協議，軟體編程便捷，適用於邏輯控制、順序控制、過程式控制制、傳動控制和運動控制等領域。
LK大型 PLC目前推出的主要產品如下：
1）CPU模塊：LK207、LK210
2） 數字量輸(DI)模塊：LK610、LK611、LK612、LK613、LK614、LK650
3）數字量輸出(DO)模塊：LK710、LK750、LK720
4）模擬量輸入(AI)模塊：LK410、LK411、LK430、LK440
5）模擬量輸出(AOI)模塊：LK510、LK511
6）模擬量輸入出(AI\O)模塊：LK850
7）特殊功能(高速計數和SOE)模塊：LK680、LK690
8）通訊介面模塊：LK231
9）背板：LK101、LK102、LK110、LK111、LK112、LK120、LK121
而本污水處理廠自控系統選用的模塊具體性能參數見下表：
5.2軟體功能介紹
本污水處理廠計算機監控系統採用SmartPro V3.1.3上位組態軟體設計運行，該系統提供了友好的人機界面(見全廠工藝流程圖)，具備如下功能：
5.1.1 實現了工藝流程監控
該系統實現了污水處理廠整體工藝流程、各主要工藝設備運行狀態、過程式控制制及各生產環節生產數據的實時採集與顯示，主要畫面有：全廠工藝流程圖、濾池工藝流程圖及在線儀錶實時參數顯示錶、生產數據歷史趨勢圖等。實現的工藝生產設備監控功能有：所有被監控制設備的運行狀態、啟停控制、設備與設備之間的連鎖控制、工藝參數的設定，以及PH、液位、流量等參數的顯示、報警、記錄、趨勢以及累積量計算等。
5.1.2 控制迴路顯示與控制
包括電機開關、運行時序、氣動閥門開關、聯鎖控制等所有控制迴路，可修改設定值、控制方式、調節參數等。
5.1.3 報警功能
包括工藝數據報警、設備故障報警、系統故障報警，並根據不同的報警信息提供不同的報警畫面，在故障確認后可實現報警解除。
5.1.4 歷史數據的存儲與檢索
記錄生產過程中所有參數的歷史數據，記錄時
間不小於一個月，並可根據要求任意設置。對重要的數據進行在線存儲。可以通過歷史報表或者歷史趨勢曲線的方式來檢索歷史數據。
統計分析、歷史記錄，根據生產數據，建立生產資料庫系統，並對這些數據進行有目的的分析，可以做出不同角度、不同應用場合的數據分析和歷史記錄。
5.1.5 操作記錄
記錄生產過程中操作員所進行的所有操作，記錄時間不小於一個月，並根據要求任意設置。
5.1.6 報表顯示和列印
採用了DDE技術，從而使用戶能夠直接使用Excel編製報表，藉助Excel的強大功能，用戶可以隨心所欲地編製各種各樣的報表，可以是實時數據的報表，也可以是歷史數據的報表。報表列印所有受控設備的工作情況、工作狀態，儀錶測點設備的
流量、PH、液位等參數的定時記錄列印，以及各種管理報表，班報表、日報表、月報表和年報表。
5.1.7系統的安全管理
對重要設備的操作、重要參數的修改均會自動記錄，包括登錄的操作員、對設備進行的操作、時間以及修改前的參數值、修改後的參數等，以利於進行管理及事故分析；系統設置為多用戶、多區域方式，各類用戶均有自己的用戶名和密碼，對應著不同的安全級別，決定了操作員可觀察的範圍、可使用的功能、可修改的參數等。最多可以設置為8級用戶、8級區域。
結論
本文介紹了基於LK大型PLC的污水處理廠自控制系統。LK大型PLC以其強大的功能、靈活的安裝和簡單的操作應用到污水處理廠自動控制系統中，達到了智能控制的目的，滿足了可靠性和安全性的要求，同時減小了系統空間，降低了系統的成本。
參考文獻
[1] 北京和利時系統工程股份有限公司. LK 大型可編程控制器硬體手冊，2006
[2] 北京和利時系統工程股份有限公司. LK 大型可編程式控制制器軟體手冊，2006
