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

　　摘　要：在深圳市下坪垃圾填埋場的滲濾液處理工程中應用現場控制網絡和管控一體化技術實現了高效、可靠和優化生產的目標。
　　關鍵詞：城市生活垃圾；滲濾液；自動控制；現場監控
　　中圖分類號：X703
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2002)09-0073-03

1 工程概況

　　深圳市下坪垃圾填埋場是一座處理城市生活垃圾的大型衛生填埋場，其滲濾液處理廠設計規模為1600m³/d，分兩期建設，工藝流程見圖1^［1］。

　　該工藝流程中的氨吹脫、SBR工藝對控制程度要求較高，因此自控系統是實現整個工藝的關鍵，其結構見圖2。

2 總體設計

2.1 設計目標 ?
　　根據工藝流程及構筑物的地理分布，依據“實用、可靠、經濟、先進”的原則，采用“集中管理、分散控制”模式建立了一套經濟可靠的現場監測、過程控制和計算機管理一體化的系統，它按工藝流程將生產區域分為兩個不同的現場控制單元，全廠設立一個中央監控管理站，利用網絡通訊實現了信息、資源的共享和“現場無人值守、總站少人值班”的目標。
2.2 設計思想 ?
　　隨著自動控制技術和設備的飛速發展，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、易用、功能齊全等優點，適用于包含邏輯控制、順序控制和批處理控制等許多復雜算法的系統，故在污水處理廠得到了廣泛運用，因此該廠自控系統也采用了PC+PLC模式。整個自控系統按三級結構設計，包括現場設備級、現場監控級和中心監控級。全廠網絡系統有基于TCP/IP協議的高速以太網信息管理級和控制網絡的過程監控級，其中過程監控級的控制網絡由各個現場控制站組成，主要任務是進行過程數據的采集及處理，然后將生產過程的各種數據送到中央監控管理站，借助于監控軟件和PLC內的控制程序完成數據統計、分析和計算功能，從而實現對工藝過程的連鎖保護及整個生產過程的監控；建立在信息管理基礎上的以太網管理級由主控計算機和管理計算機組成，對整個系統的數據信息進行管理，它把生產過程控制網絡與全廠管理系統連接在一起，在完成數據交換、數據共享的基礎上實現了測、控、管一體化。
2.3 PLC設備選型
　　設計中采用了美國Rockwell Automation公司的ControlLogix系列PLC。從處理器到I/O模塊、從硬件到軟件，整個產品的結構具有開放、可靠、靈活和易于擴展的特點。獨特的背板結構、先進的通訊技術、豐富的通信接口使ControlLogix系統具有無縫連接、快速傳輸、可組態的特點。此外，ControlLogix系統將離散量控制、運動控制、相互協調的變頻控制、批量控制以及過程控制綜合在一個集成式結構中，而且可耐受震動、高溫及各種工業環境下的電氣干擾，使其具有工業化、集成化、結構緊湊的優點，可以滿足用戶的多種需求。

3 控制方案

3.1 控制方式
　　根據所完成的控制功能，系統采用三級控制層：手動、自動控制和中央監控管理站遠程監控。手動控制具有最高控制優先級，由配電屏或控制柜旁的按鈕控制；自動控制是指由各現場控制站的PLC控制器按照所編制的程序對設備進行自動控制(控制級別高于中央控制)；中央監控管理站遠程監控是指通過中控室對生產過程進行調度，調度指令通過控制網絡由現場PLC控制站實施。
　　對于某臺具體的設備，根據控制信號的來源分為手動、遠控兩種控制方式，手動控制的信號來自設備旁的按鈕，遠控的信號則來源于PLC現場監控站輸出的控制信號；中央監控管理站層的監控信號先通過網絡傳送至相應的現場PLC站，然后由PLC對設備發出控制信號達到監控的目的。
　　這樣，控制系統在保證現場設備自帶小閉環控制系統相對獨立的前提下，使監測系統、電氣系統、小閉環系統與計算機控制系統協調，保證現場控制站能按工藝要求和操作規程實現設備運行自動化，通過中央監控管理站實現對整個生產過程的監控、統計分析及管理，達到無人值守的目的。
3.2 現場控制站
　　按照地理位置和工藝功能的不同設1#、2#兩座現場控制站。1＃控制站設在泵房，負責對加藥間、石灰投加系統、硫酸罐、一級和二級反應沉淀池、泵房、吹脫系統等工段內的工藝運行參數和設備運行狀態進行監測和控制；2＃控制站設在加藥間內，負責對厭氧生物濾池、A段好氧反應池、SBR進水調節池、SBR池和污泥濃縮池等工段的工藝運行參數、設備運行狀態等進行監測和控制，同時這兩座現場控制站還將采集的數據通過全廠控制網絡送至滲濾液處理廠中控室進行集中監控。
3.3 系統配置
　　1#、2#現場控制站均以LOGIX5550處理器模塊為核心，配上相應的輸入輸出(I/O)模塊、機架、電源模塊、Control Net通訊模塊以及遠程I/O模塊等組成。根據所控設備需要的I/O數量并考慮一定的余量，配置相應數量的I/O模塊、擴展機架、通訊模塊和電源模塊等。
3.4 系統軟件
3.4.1 組態軟件
　　PC+PLC控制模式下的PLC主要完成數據采集、執行生產過程的控制、實現連鎖保護等功能，而作為操作站的PC機除提供友好人機界面外，還需要有實時處理數據的能力以及提供各種復雜的控制算法、趨勢分析、報警管理及報表生成功能。這些功能的實現依賴于組態軟件的選擇。經過綜合比較分析，采用了美國Rockwell Software公司的RSView32中文版組態軟件。由于ControlLogix PLC控制器與之自然集成，為由ControlLogix PLC組成的控制系統提供了極大的靈活性。
3.4.2 編程軟件
　　采用的RSLogix5000，是一個32位的、與Windows2000/NT兼容的編程軟件包，編程設計簡單、直觀、具有高級診斷功能、可靠的通信能力、通用的用戶界面和設置、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、點擊即可組態及可靠的通訊功能，適合具有任何層次、經驗、知識的開發人員。
3.5 系統功能
　　①功能組顯示?
　　功能組顯示包含過程輸入變量、報警條件、輸出值、輸入值、設定值、回路標號、縮寫的文字標題、控制方式、報警值。功能組顯示畫面包含所有調節回路及順控回路。
　　②細節顯示
　　利用細節顯示可觀察以某一回路為基礎的所有信息，其細節可與用戶協商。
　　③標準畫面顯示
　　包含報警、趨勢、成組、棒圖顯示等。
　　④其他顯示
　　包含班組、系統狀態、通訊狀態顯示等。
　　⑤報表打印?
　　使用指定的格式將所有歷史記錄制成打印表格。報表包含交接班記錄、日報、月報、操作記錄、設備運行記錄等。
　　⑥ 歷史數據的存儲和檢索?
　　對重要的過程數據和計算數據進行在線存儲，并至少可保存48h，當發生事故時可以立即調出相應的趨勢畫面。可定期將這些數據轉存成歷史數據以及根據數據的組號、測點號、測點名稱、時間間距等任一項目來檢索所存儲的歷史數據。
　　⑦ 控制功能?
　　在中控室對現場設備進行控制操作便于實現順序控制、批處理控制。同時提供具有二階以上的PID控制方法以保證根據現場設備實際運行情況實現完善的控制。

4 結語

　　① 在整個工藝流程中，氨吹脫是處理的關鍵。這是因為垃圾滲濾液中含有高濃度的氨氮(2000mg/L)，如不進行脫氨處理則后續的生化處理難以進行，而在氨吹脫工藝中的控制參數(pH值、氣水比、水溫、水量負荷)中最重要的是pH值，其他控制參數因設備型號而異，無法進行調整。因此如何控制石灰的投量以便穩定地達到所設定的pH值成為整個工藝的關鍵。從理論上講，石灰的投量與原水的pH值、氨氮濃度、堿度等參數有關，但在實際工程中很難做到實時監控，因此根據實際情況采用了單回路定值調節方式，控制算法為PID調節模式，PLC的控制流程見圖3。

　　從圖3可以看出，與一般的單回路定值調節不同^［2］，該系統采用了兩臺pH計。這是由于投加石灰的方式為干式投加，從投加點到最終出水經過了反應池、沉淀池、集水池(共停留了2.5h)，此時若以最終出水pH值作為參比值則會產生嚴重的信號滯后，使出水pH值產生波動。因此將反應池中滲濾液的pH值作為參比值與給定值進行比較，其差值即為偏差信號，通過PID運算后的輸出信號達到控制石灰投加機的轉速，從而控制了石灰的投量，而最終出水的pH值作為參考可調整給定值的大小，這樣就避免了由于信號滯后造成的pH值波動。
　　② 由于滲濾液水質復雜、含鹽量較高，儀表的液下部件易腐蝕，因此在儀表選型時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，探頭容易結垢^［3］和被污染，因此重要儀表(如pH計、溶解氧儀)的探頭應具有易拆卸、帶有自行沖洗等功能。

參考文獻：

　　［1］陳石，王克虹.城市生活垃圾填埋場滲濾液處理中試研究［J］.給水排水，2000,26(10)：15-18.
　　［2］王洪臣.城市污水處理廠運行控制與維護管理［M］.北京：科學出版社，1999.
　　［3］陳石，黃凱興.垃圾滲濾液排污管結垢原因分析及對策［J］.給水排水，2000,28(12)：29-31.

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　　收稿日期：2002-04-01