一 引言
隨著人民生活水平的提高和可持續發展戰略的需要，污水處理越來越受到社會的重視。污水處理既可以起到環保作用，又可以實現水的重復利用，節約水資源。為了提高污水處理的質量和效率，同時節省人力、物力，設計一套自動化監控系統是十分必要的。本文以鄆城縣污水處理廠為例，介紹了中小型污水處理廠自動化監控系統的整體設計方案。
二 本系統污水處理工藝介紹
鄆城縣污水處理廠采用倒置A2/O處理工藝(如圖1)，A2/O工藝，是目前較為流行的具有一定代表性的污水生物脫氮除磷技術。該工藝的生化部分由厭氧（A1） 、缺氧（A2） 、好氧（O） 三區段組成。其中A1 區位于工藝的最前端,A2區、O區順居其后,形成所謂A1/A2/O布置形式。1996年張波博士首先提出厭氧/缺氧環境倒置的A2/O工藝，即A2 /A1/O布置形式,并為該工藝在理論上做出了科學分析。經過多年的系統研究，證實了該工藝不僅在脫氮除磷效果方面優于常規的A2/O工藝，而且工藝流程更為簡捷；畢學軍博士在此基礎上進一步完善了已有的理論，同時探討了生產性規模運用的可行性，確定了恰當的工藝運行參數，指出各區段有效容積比：A2/A1/O為1:1:2。實踐經驗表明，倒置A2/O工藝的氮磷脫除功能明顯優于常規A2/O工藝，其CODCr去除能力則與常規A2/O工藝相當。
污水處理總體工藝流程如圖2所示。
三 系統整體設計
本系統以OMRON公司的CJ1M和SIEMENS公司的S7-300、S7-200 PLC作為數據采集及控制單元，配合各種檢測儀表和控制設備對污水的液位、流量、pH值、溫度及溶解氧濃度等控制量進行數據采集，同時，按照控制要求對各個現場設備如粗細格柵、提升泵、鼓風機等進行相應控制。本系統根據工藝流程和控制要求設立了5個分布站，各站通過以太網與上位機相連。上位機通過亞控公司的組態王和各站進行數據交換，從而實現集中控制。
整個監控系統分為三部分:一是現場數據采集部分，完成數據采集功能；二是現場控制單元，分現場控制柜和PLC站，現場控制柜主要完成手動控制，PLC站主要完成數據處理、自動控制及通訊功能；三是上位監控部分，主要監視現場各工藝流程運行狀況并實施遠程控制功能。
四 系統硬件結構
根據污水處理的工藝要求及現場環境，本系統主要采用了工業控制計算機（IPC）+可編程控制器（PLC）+現場檢測儀表的監控模式。本控制系統通過現場檢測儀表采集工藝參數，PLC作為主要現場控制單元，根據污水處理工藝流程讀取現場儀表信號及各被控設備狀態信號，同時將控制信號傳至各控制設備。利用 IPC作為上位機，進行復雜的數據處理。通過工業以太網將各控制站、中央控制室的工程師站相連，形成一個完整的通訊網絡，實現監控。整個自動化監控系統構成SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系統，完成數據采集、處理、監視及對現場設備進行控制的功能。
整個系統由中央控制室、各分布PLC控制站和現場儀表及電控柜構成三級監控網絡。系統結構如圖3所示。
圖3 系統結構圖
本系統中，組態王通過網卡以TCP/IP協議與三種不同型號PLC--OMRON CJ1M，SIEMENS S7-300和S7-200通信。PLC的以太網口通過光纖連到以太網交換機，工控機通過普通網卡與交換機相連，從而實現各分站PLC與監控計算機之間的數據通訊，兩臺監控計算機之間也可以通過網絡傳遞數據以及打印報表等。網絡通訊結構圖如圖4所示。
圖4網絡通訊結構圖
五 系統軟件設計
本監控系統軟件設計主要包含PLC程序開發和上位監控界面的開發。
1 PLC編程軟件
PLC編程軟件采用歐姆龍公司的編程組態軟件CX-Programmer 7.0，適用于OMRON各系列的PLC，它可完成用戶程序的建立、編輯、檢查、調試以及監控，同時還具有完善的維護功能，使得程序的開發及系統的維護更為簡單、快捷。能夠在Windows 2000或Windows XP平臺運行，具備如硬件的配置和參數設置、通信的定義、編程、測試、啟動和服務、文檔/存檔、操作/診斷功能等基本功能，所有這些功能均有詳細的聯機幫助，以便用戶掌握。采用結構化、多任務的編程方式，支持梯形圖（LAD）、語句表（STL）、結構文本語言、功能塊（FB）等符合IEC的編程方式。圖5 為系統硬件組態圖。
圖5 硬件組態
2 上位監控組態軟件
目前流行的組態軟件很多，如INTOUCH、iFIX、WINCC、組態王等，其中組態王6.52性價比高，網絡通信功能比較完善，能夠很好地滿足本系統的要求，故采用它來開發上位監控界面（如圖6所示）。
圖6 工藝流程上位監控畫面
六 結束語
本文在分析了污水處理的基本原理的基礎上設計控制方案，并將先進的智能控制策略應用于污水處理系統，提高了污水處理廠的生產效率，降低了能耗。針對污水處理的自動化監控系統的研究可以為污水處理廠的技術改造提供科學的方法和理論依據，也可以為污水處理設備的開發研制和創新提供理論基礎和研究方法。