孟了¹， 陳 石¹， 彭易華²
( 1.深圳市下坪固體廢棄物填埋場(chǎng)，廣東深圳 518019； 2.深圳市合廣信息技術(shù)有限公司，廣東深圳 518049)

　　摘　要：在深圳市下坪垃圾填埋場(chǎng)的滲濾液處理工程中應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)和管控一體化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高效、可靠和優(yōu)化生產(chǎn)的目標(biāo)。
　　關(guān)鍵詞：城市生活垃圾；滲濾液；自動(dòng)控制；現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控
　　中圖分類號(hào)：X703
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C
　　文章編號(hào)：1000-4602(2002)09-0073-03

1 工程概況

　　深圳市下坪垃圾填埋場(chǎng)是一座處理城市生活垃圾的大型衛(wèi)生填埋場(chǎng)，其滲濾液處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模為1600m³/d，分兩期建設(shè)，工藝流程見(jiàn)圖1^［1］。

　　該工藝流程中的氨吹脫、SBR工藝對(duì)控制程度要求較高，因此自控系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)整個(gè)工藝的關(guān)鍵，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

2 總體設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo) ?
　　根據(jù)工藝流程及構(gòu)筑物的地理分布，依據(jù)“實(shí)用、可靠、經(jīng)濟(jì)、先進(jìn)”的原則，采用“集中管理、分散控制”模式建立了一套經(jīng)濟(jì)可靠的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、過(guò)程控制和計(jì)算機(jī)管理一體化的系統(tǒng)，它按工藝流程將生產(chǎn)區(qū)域分為兩個(gè)不同的現(xiàn)場(chǎng)控制單元，全廠設(shè)立一個(gè)中央監(jiān)控管理站，利用網(wǎng)絡(luò)通訊實(shí)現(xiàn)了信息、資源的共享和“現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守、總站少人值班”的目標(biāo)。
2.2 設(shè)計(jì)思想 ?
　　隨著自動(dòng)控制技術(shù)和設(shè)備的飛速發(fā)展，控制方面的選擇也在增加，由于可編程序控制器(PLC)具有可靠、靈活、易學(xué)、易用、功能齊全等優(yōu)點(diǎn)，適用于包含邏輯控制、順序控制和批處理控制等許多復(fù)雜算法的系統(tǒng)，故在污水處理廠得到了廣泛運(yùn)用，因此該廠自控系統(tǒng)也采用了PC+PLC模式。整個(gè)自控系統(tǒng)按三級(jí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控級(jí)和中心監(jiān)控級(jí)。全廠網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有基于TCP/IP協(xié)議的高速以太網(wǎng)信息管理級(jí)和控制網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程監(jiān)控級(jí)，其中過(guò)程監(jiān)控級(jí)的控制網(wǎng)絡(luò)由各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站組成，主要任務(wù)是進(jìn)行過(guò)程數(shù)據(jù)的采集及處理，然后將生產(chǎn)過(guò)程的各種數(shù)據(jù)送到中央監(jiān)控管理站，借助于監(jiān)控軟件和PLC內(nèi)的控制程序完成數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析和計(jì)算功能，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝過(guò)程的連鎖保護(hù)及整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控；建立在信息管理基礎(chǔ)上的以太網(wǎng)管理級(jí)由主控計(jì)算機(jī)和管理計(jì)算機(jī)組成，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行管理，它把生產(chǎn)過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)與全廠管理系統(tǒng)連接在一起，在完成數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)共享的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了測(cè)、控、管一體化。
2.3 PLC設(shè)備選型
　　設(shè)計(jì)中采用了美國(guó)Rockwell Automation公司的ControlLogix系列PLC。從處理器到I/O模塊、從硬件到軟件，整個(gè)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)具有開(kāi)放、可靠、靈活和易于擴(kuò)展的特點(diǎn)。獨(dú)特的背板結(jié)構(gòu)、先進(jìn)的通訊技術(shù)、豐富的通信接口使ControlLogix系統(tǒng)具有無(wú)縫連接、快速傳輸、可組態(tài)的特點(diǎn)。此外，ControlLogix系統(tǒng)將離散量控制、運(yùn)動(dòng)控制、相互協(xié)調(diào)的變頻控制、批量控制以及過(guò)程控制綜合在一個(gè)集成式結(jié)構(gòu)中，而且可耐受震動(dòng)、高溫及各種工業(yè)環(huán)境下的電氣干擾，使其具有工業(yè)化、集成化、結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn)，可以滿足用戶的多種需求。

3 控制方案

3.1 控制方式
　　根據(jù)所完成的控制功能，系統(tǒng)采用三級(jí)控制層：手動(dòng)、自動(dòng)控制和中央監(jiān)控管理站遠(yuǎn)程監(jiān)控。手動(dòng)控制具有最高控制優(yōu)先級(jí)，由配電屏或控制柜旁的按鈕控制；自動(dòng)控制是指由各現(xiàn)場(chǎng)控制站的PLC控制器按照所編制的程序?qū)υO(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制(控制級(jí)別高于中央控制)；中央監(jiān)控管理站遠(yuǎn)程監(jiān)控是指通過(guò)中控室對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行調(diào)度，調(diào)度指令通過(guò)控制網(wǎng)絡(luò)由現(xiàn)場(chǎng)PLC控制站實(shí)施。
　　對(duì)于某臺(tái)具體的設(shè)備，根據(jù)控制信號(hào)的來(lái)源分為手動(dòng)、遠(yuǎn)控兩種控制方式，手動(dòng)控制的信號(hào)來(lái)自設(shè)備旁的按鈕，遠(yuǎn)控的信號(hào)則來(lái)源于PLC現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站輸出的控制信號(hào)；中央監(jiān)控管理站層的監(jiān)控信號(hào)先通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送至相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)PLC站，然后由PLC對(duì)設(shè)備發(fā)出控制信號(hào)達(dá)到監(jiān)控的目的。
　　這樣，控制系統(tǒng)在保證現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備自帶小閉環(huán)控制系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立的前提下，使監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、小閉環(huán)系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)，保證現(xiàn)場(chǎng)控制站能按工藝要求和操作規(guī)程實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行自動(dòng)化，通過(guò)中央監(jiān)控管理站實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)分析及管理，達(dá)到無(wú)人值守的目的。
3.2 現(xiàn)場(chǎng)控制站
　　按照地理位置和工藝功能的不同設(shè)1#、2#兩座現(xiàn)場(chǎng)控制站。1＃控制站設(shè)在泵房，負(fù)責(zé)對(duì)加藥間、石灰投加系統(tǒng)、硫酸罐、一級(jí)和二級(jí)反應(yīng)沉淀池、泵房、吹脫系統(tǒng)等工段內(nèi)的工藝運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制；2＃控制站設(shè)在加藥間內(nèi)，負(fù)責(zé)對(duì)厭氧生物濾池、A段好氧反應(yīng)池、SBR進(jìn)水調(diào)節(jié)池、SBR池和污泥濃縮池等工段的工藝運(yùn)行參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，同時(shí)這兩座現(xiàn)場(chǎng)控制站還將采集的數(shù)據(jù)通過(guò)全廠控制網(wǎng)絡(luò)送至滲濾液處理廠中控室進(jìn)行集中監(jiān)控。
3.3 系統(tǒng)配置
　　1#、2#現(xiàn)場(chǎng)控制站均以LOGIX5550處理器模塊為核心，配上相應(yīng)的輸入輸出(I/O)模塊、機(jī)架、電源模塊、Control Net通訊模塊以及遠(yuǎn)程I/O模塊等組成。根據(jù)所控設(shè)備需要的I/O數(shù)量并考慮一定的余量，配置相應(yīng)數(shù)量的I/O模塊、擴(kuò)展機(jī)架、通訊模塊和電源模塊等。
3.4 系統(tǒng)軟件
3.4.1 組態(tài)軟件
　　PC+PLC控制模式下的PLC主要完成數(shù)據(jù)采集、執(zhí)行生產(chǎn)過(guò)程的控制、實(shí)現(xiàn)連鎖保護(hù)等功能，而作為操作站的PC機(jī)除提供友好人機(jī)界面外，還需要有實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)的能力以及提供各種復(fù)雜的控制算法、趨勢(shì)分析、報(bào)警管理及報(bào)表生成功能。這些功能的實(shí)現(xiàn)依賴于組態(tài)軟件的選擇。經(jīng)過(guò)綜合比較分析，采用了美國(guó)Rockwell Software公司的RSView32中文版組態(tài)軟件。由于ControlLogix PLC控制器與之自然集成，為由ControlLogix PLC組成的控制系統(tǒng)提供了極大的靈活性。
3.4.2 編程軟件
　　采用的RSLogix5000，是一個(gè)32位的、與Windows2000/NT兼容的編程軟件包，編程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、直觀、具有高級(jí)診斷功能、可靠的通信能力、通用的用戶界面和設(shè)置、靈活易操作的編輯器、文件處理和打印、通用的梯形圖指令集、點(diǎn)擊即可組態(tài)及可靠的通訊功能，適合具有任何層次、經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)的開(kāi)發(fā)人員。
3.5 系統(tǒng)功能
　　①功能組顯示?
　　功能組顯示包含過(guò)程輸入變量、報(bào)警條件、輸出值、輸入值、設(shè)定值、回路標(biāo)號(hào)、縮寫(xiě)的文字標(biāo)題、控制方式、報(bào)警值。功能組顯示畫(huà)面包含所有調(diào)節(jié)回路及順控回路。
　　②細(xì)節(jié)顯示
　　利用細(xì)節(jié)顯示可觀察以某一回路為基礎(chǔ)的所有信息，其細(xì)節(jié)可與用戶協(xié)商。
　　③標(biāo)準(zhǔn)畫(huà)面顯示
　　包含報(bào)警、趨勢(shì)、成組、棒圖顯示等。
　　④其他顯示
　　包含班組、系統(tǒng)狀態(tài)、通訊狀態(tài)顯示等。
　　⑤報(bào)表打印?
　　使用指定的格式將所有歷史記錄制成打印表格。報(bào)表包含交接班記錄、日?qǐng)?bào)、月報(bào)、操作記錄、設(shè)備運(yùn)行記錄等。
　　⑥ 歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和檢索?
　　對(duì)重要的過(guò)程數(shù)據(jù)和計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行在線存儲(chǔ)，并至少可保存48h，當(dāng)發(fā)生事故時(shí)可以立即調(diào)出相應(yīng)的趨勢(shì)畫(huà)面。可定期將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存成歷史數(shù)據(jù)以及根據(jù)數(shù)據(jù)的組號(hào)、測(cè)點(diǎn)號(hào)、測(cè)點(diǎn)名稱、時(shí)間間距等任一項(xiàng)目來(lái)檢索所存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)。
　　⑦ 控制功能?
　　在中控室對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制操作便于實(shí)現(xiàn)順序控制、批處理控制。同時(shí)提供具有二階以上的PID控制方法以保證根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況實(shí)現(xiàn)完善的控制。

4 結(jié)語(yǔ)

　　① 在整個(gè)工藝流程中，氨吹脫是處理的關(guān)鍵。這是因?yàn)槔鴿B濾液中含有高濃度的氨氮(2000mg/L)，如不進(jìn)行脫氨處理則后續(xù)的生化處理難以進(jìn)行，而在氨吹脫工藝中的控制參數(shù)(pH值、氣水比、水溫、水量負(fù)荷)中最重要的是pH值，其他控制參數(shù)因設(shè)備型號(hào)而異，無(wú)法進(jìn)行調(diào)整。因此如何控制石灰的投量以便穩(wěn)定地達(dá)到所設(shè)定的pH值成為整個(gè)工藝的關(guān)鍵。從理論上講，石灰的投量與原水的pH值、氨氮濃度、堿度等參數(shù)有關(guān)，但在實(shí)際工程中很難做到實(shí)時(shí)監(jiān)控，因此根據(jù)實(shí)際情況采用了單回路定值調(diào)節(jié)方式，控制算法為PID調(diào)節(jié)模式，PLC的控制流程見(jiàn)圖3。

　　從圖3可以看出，與一般的單回路定值調(diào)節(jié)不同^［2］，該系統(tǒng)采用了兩臺(tái)pH計(jì)。這是由于投加石灰的方式為干式投加，從投加點(diǎn)到最終出水經(jīng)過(guò)了反應(yīng)池、沉淀池、集水池(共停留了2.5h)，此時(shí)若以最終出水pH值作為參比值則會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的信號(hào)滯后，使出水pH值產(chǎn)生波動(dòng)。因此將反應(yīng)池中滲濾液的pH值作為參比值與給定值進(jìn)行比較，其差值即為偏差信號(hào)，通過(guò)PID運(yùn)算后的輸出信號(hào)達(dá)到控制石灰投加機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而控制了石灰的投量，而最終出水的pH值作為參考可調(diào)整給定值的大小，這樣就避免了由于信號(hào)滯后造成的pH值波動(dòng)。
　　② 由于滲濾液水質(zhì)復(fù)雜、含鹽量較高，儀表的液下部件易腐蝕，因此在儀表選型時(shí)盡量采用耐腐蝕的液下部件。另外，滲濾液的硬度和堿度很高、污染物含量高，探頭容易結(jié)垢^［3］和被污染，因此重要儀表(如pH計(jì)、溶解氧儀)的探頭應(yīng)具有易拆卸、帶有自行沖洗等功能。

參考文獻(xiàn)：

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　　收稿日期：2002-04-01