1 引言
濟南污水處理廠由上海市政工程設計院設計，設計日處理能力45萬m3。一期工程引進AQUA公司污水處理設備及自動控制系統，日處理污水22.5萬m3，已於1995年建成投運，有效地改善了小清河水系的水質污染狀況，取得了良好的經濟和社會效益.為確保污水處理工藝和設備能夠長期安全可靠地運行，我們採用PLC可編程序控制器和常規檢測儀錶設計了一套運行可靠的自動監測和安全聯鎖系統。該系統集過程式控制制和科學管理於一體，具有可靠性高、控制性能優越、管理功能完善等優點，對指導工藝及設備的正常運行，提高自動化控制和管理水平發揮了重要作用。
2 污水處理工藝
AQUA公司針對濟南市污水的水量、水質和處理要求，採用推流式射流曝氣活性污泥法及污泥中溫消化……脫水處理工藝。
3 PLC、上位機的控制及監控軟體的主要功能
PLC具有通信功能，PLC與PLC之間、PLC與上位機之間可以進行通信，PLC採集的數據及PLC的狀態可傳送給上位機，也可以接受上位機的指令進行重新組態，修改控制參數及直接控制現場執行儀錶設備，對PLC參數的修改只能在與PLC直接連接的計算機上通過SSS軟體修改。
主控工作站由上位機及標準外設組成。上位機採用PⅡ233，32Mb內存，3.2GB硬碟，該機負責全系統的管理和信息綜合，利用Intouch7.0工程軟體包提供的良好的人機對話界面，以查詢方式從PLC獲取的有關參數和設備狀態信息，用棒圖形式在CRT上直觀顯示出來，同時列印必要的數據，供主控及管理人員指導生產。同時上位機兼做編程器。
現場各個監控點的物理參數，由對應的一次儀錶感測器或變送器檢測出來並轉變為4~20mA電流信號，經屏蔽電纜送到各個子系統的PLC內，PLC通過各種模塊介面採樣電信號；控制信號由PLC輸出后以4~20mA電流形式送到執行機構，控制執行機構的動作。例如：流量的測量，一次儀錶把流量信號轉換為脈衝信號計數，從而測得對應的流量。
監控軟體的主要功能：①提供工藝過程參數檢測流程圖，模擬量顯示圖，模擬量棒圖，趨勢圖等動態畫面顯示各主要設備運行時間參數和控制迴路參數設置畫面。據此操作人員或工藝員可對整個工藝和設備有一個詳細和形象有了解。②系統主要參數和報警信號登錄。登錄數據可供工藝人員和控制系統設計人員參考，以分析設備運行情況，進一步改進控制方案，提高系統的運行效率。並對故障設備及超越儀錶設定值“報警”閃煉，提醒操作人員採取相應措施，確保了生產安全，同時給出可能的故障原因和解決辦法。③可通過鍵盤（或滑鼠）直接控制現場設備，如啟動或停止各類泵、風機、閥、攪拌器、刮泥橋等。④進入和退出系統的口令保護，以免非工作人員進入系統或隨意中斷運行中的系統。⑤數據動態刷新和資料庫維護：數據動態刷新對不同的靜態畫面，加上新的動態實時數據，構成了帶動態顯示點的工藝畫面；資料庫維護通過對存放歷史趨勢數據的環形隊列進行移位，用新數據替代舊數據，使環形隊列中始終保存著到當前時刻為止的一定時間內的歷史數據。
4 PLC工藝控制流程
1） 系統控制模式
本系統採用三種控制模式即手動操作、PLC遠方手動遙控操作、全自動操作三種方式。前兩種方式一般只在設備調試或維修時使用，系統主要以全自動操作方式為主。在這種方式下，各類泵、風機等設備的開、停，各種工況的切換，都由可編程式控制制器按照預先編製的程序自動生成，不需要操作人員干預。每種工況的運行時間及各種測量參數均可以在線或離線調整，每台設備和每種工況的運行情況也都可以由PLC系統進行監視，並根據現場的各個工藝單元的框架，利用Intouch7.0軟體在上位計算機上描繪出來。現場的泵類、風機、攪拌器等信號通過PLC的控制轉化也在上位機上顯示。這樣，既能對設備開關量，如各類泵、風機、攪拌器等的開停進行控制，又能對現場的模擬量，如：曝氣池內的溶解氧、消化池的泥溫等進行調節，使全廠的工藝、設備運行得到全面的控制。
2） 曝氣池單元溶解氧的PLC控制
（因篇幅所限僅以曝氣池為例說明）曝氣池是全廠的核心構築物，污水在池中通過微生物的凈化作用達到去除有機物的目的。因微生物為好氧菌，如供氧量過少會造成細菌大量死亡，不利於微生物的生長，會直接影響處理效果，但供氧量過大，不僅使能耗增高，增大運行費用，而且會形成小而重的易沉澱絮體作用，使水質惡化。因此，控制水中的含氧量是污水處理過程式控制制中比較關鍵的任務之一。由於曝氣池內溶解氧的濃度同進水水質、溫度、壓力、曝氣量等有著非常密切的關係，這些外界條件發生變化時，溶解氧濃度也隨之發生變化。如何控制曝氣池中的溶解氧，是污水處理過程式控制制中自動調節系統的主要任務之一。
曝氣池的溶解氧含量，是關係到污水處理質量的一個重要參數。溶解氧和曝氣量之間存在著一個函數關係，計算機根據實時檢測到的曝氣池溶解氧含量的數值，自動調節鼓風機的送氣量，衽閉環控制，但溶解氧與送風量的函數關係常隨不同的曝氣工藝而改變，迄今尚未建立可行的數據模型，故我國在污水廠中用計算機作曝氣自動調節還在摸索之中。根據工藝要求，我廠設有9台鼓風機用於向曝氣池供氧，每台鼓風機200kW，其中有2台變頻風機。污水處理廠曝氣池內的溶解氧含量通常控制在1~3mg/L範圍內。我廠的曝氣池供氧量由PLC根據池中的溶解氧自動調節。我們在曝氣池的不同地點設有6塊溶解氧測試儀（即DO儀）設定值為2mg/L精度（漂移）為1%（每月）測量池中的含氧量。通過計算機給這些DO儀設置一個測量範圍（1~3mg/L）當進水量達到平衡，池中懸浮物濃度合乎標準時，一旦水中含氧突破這個範圍，PLC就會收到現場溶解氧儀反饋回的報警信號。PLC便根據現場測量值來調節鼓風量。鼓風機的開啟台數由PLC根據溶解氧的平均值來控制，PLC每隔10min判斷一次曝氣池內的溶解氧值，溶解氧低於設定下限時調頻風機增加10%，若調頻風機已達最大值，則增開一台普通分風機，溶解氧高於設定上限時調頻風機減少10%，若調頻風機已達最大值，則增開一台普通分風機，溶解氧高於設定上限時調頻風機減少10%，若調頻風機已達最小值，則關閉一台普通風機。這樣，我們便通過充分發揮自控系統的PID調節作用，既實現了曝氣池供氧量的自動調節，又實現了鼓風機開啟台數的調節；既避免了不必要的能源損失，又優化了運行工藝，同時對曝氣池工藝調節提供了一定的參考模式。
5 結語
我廠PLC系統自1995年投入運行以來，其作用是非常顯著的。PLC系統的採用同傳統的人工控制污水處理廠相比，不僅大大提高了污水處理的質量，使排放有害物的量大大減少，而且創造了良好的社會效益；由於採用計算機PLC自動控制操作人員的工作量大大減少，其勞動強度亦隨之大為降低；採用計算機進行數據處理和製作圖表，使污水處理實現了管理上的科學化，現代化；PLC系統的採用減少了管理人員和操作人員的操勞，對能源和設備的合理利用，節約能源，降低能耗，取得了明顯的經濟效益。PLC系統應用於污水處理廠，在工藝、設備儀錶及管理上採用了現代高新技術，極大地推動了本行業、本地區的科學進步，創造了明顯的社會經濟效益；為招商引資，促進本地區的經濟發展，提供了良好的外部投資環境。
