1 引言
某聚酯厂的主要产品为PET(聚酯切片)、涤纶长纤维产品，生产装置排出废水中含高浓度苯系物、油剂和残渣等,COD指标高,生化性差。另外生产装置多、工艺过程中的变化,使得污水的排量和成分变化较大,污水处理的难度大。
该公司的污水处理装置采用针对高浓度有机废水生物处理的难题,采用水解—好氧循环一体化处理工艺。水解和好氧过程反应时间较短、处理效果好。工艺流程见图1。
图1 聚酯废水处理工艺流程
车间高浓度污水经管道流入污水处理厂的集水井中，经一沉池泥沙沉淀后进入调节池。调节池调节pH值后，在水解池中利用微生物对有机物进行初级分解，将废水中不溶性的固体物质转化为溶解性物质、难生物降解物质转化为易生物降解的物质，改善污水的可生化性。水解生物处理废水COD去除率一般在30%~40%。低浓度污水进入溢流池，补充污水中氮、磷量，满足微生物生化对营养盐的需求。一、二级生化池中生物膜与污水充分接触，吸附氧化污水中的有机物质，同时合成新细胞物质，曝气系统提供微生物所需氧气。老化脱落的生物膜随混合液进入二沉池泥液分离，处理后污水排出厂区。
2 污水处理自控系统原理
聚酯废水处理监控系统由西门子S7-200PLC、工业控制计算机、现场仪表监控系统组成。现场工控机以组态王作为人机界面，通过RS-232与PLC通信。实现污水处理的各水泵、风机等设备的控制;过程参数在线检测、显示和调节;数据采集、报警、历史趋势记录等功能。远程上位机通过RS-485由监控软件对现场工况进行监控。系统工作原理如图2所示:
图2 系统框图
2.1 控制系统工作原理
(1) 污水调节池自控系统
液位控制。调节池A、B各有1台自吸泵，通过两调节池的上、下限浮球液位开关控制自吸泵的启动停止，满足进水总流量和水解池水解工艺要求。指示灯、显示屏显示调节池的液位、自吸泵的运行状态。
PH值闭环控制。两调节池各有一套PH值闭环控制系统,满足污水水解和生化处理工艺的要求。在线PH检测仪EC310精确监测与显示PH值，检测仪输出4-20mA信号送PLC进行PI调节，控制变频器输出、碱加药泵流量，实现PH值变频闭环控制与监控。本系统pH值的控制目标调整为5.5~6.5。
(2) 溢流池控制系统
氮磷加药泵控制。溢流池的2台加药泵添加氮、磷，满足污水生化工艺的要求，加药泵有手动/自动控制两种方式。自动控制用于系统总流量稳定条件时定时控制，定时长短可以通过工控机组态界面设定。手动控制根据生化池污水氮、磷的含量检测结果进行。
循环泵控制。溢流池有2台循环泵，将处理后污水送生化池。循环泵可手动/自动控制，一用一备、故障自动切换。
(3) 生化池自控系统
溶解氧含量控制。两生化池各有一套氧含量闭环控制系统，该系统由鼓风曝气装置(鼓风机，供风管，曝气管)、电磁阀、溶解氧传感器与变频器组成。DC-1200型在线溶解氧测试仪直接输出4-20mA的电流，送PLC，进行PI调节、控制变频器、风机转速使溶解氧保持在工艺要求的范围之内，并降低鼓风机电耗。
潜污泵的控制。生化池2台潜污泵将处理后泥液送二沉池。潜污泵可手动/自动控制，自动控制由生化池上、下限浮球液位开关控制启动停止间隔，满足进水总流量和生化工艺要求。
(4) 沉砂、污泥处理控制系统
●沉池刮泥机控制
刮泥机的控制有手动/自动两种方式，自动控制由PLC按工艺要求，定时控制。
●沉池自控系
2台回流泵(一用一备)将二沉池活性污泥回流生化池。回流泵可手动/自动控制、故障自动切换。1台刮泥机可手动/自动控制。
●沉淀池浓缩泵控制
2台浓缩泵(一用一备)将沉淀池污泥送压滤机，浓缩泵可手动/自动控制、故障自动切换。
2.2 系统硬件结构
聚酯废水处理控制系统由工控机监控系统、PLC程序控制系统、电气控制系统三大部分组成。硬件结构由一台PLC控制柜、一台变频器柜与一台集中控制操作台构成。
监控系统上位机选用研华IPC-610工控机，128M内存，10G硬盘，17寸彩色显示器，WINDOWSXP操作系统。外接打印机，打印报表。
PLC选用西门子S7-200微小型PLC系列。中央处理单元为CPU226。根据系统I/0点数及其特性，配置如下的模块:两模拟量输入EM235模块，提供具有12位分辨率的6路模拟量输入通道，用于PH值、溶解氧含量、液位传感器等输入;4路模拟量输出通道，用于变频器模拟量给定。四数字量输入EM223模块，提供总数为88路开关量输入通道;供控制柜开关/按钮、变频器运行状态、液位传感器等开关信号输入;供总数为60路的开关量输出通道，用于泵、变频器、电磁阀、继电器、指示灯和报警器等电器设备的控制。
变频器采用三菱FR-E520/ FR-F540系列变频器，碱加药泵0.7kW、风机11kW。该污水处理系统的日处理水量不断变化,由于在控制中应用了变频调速技术，提高了加药量、溶解氧量控制精度，在一定程度上解决工程实际与前期设计之间的偏差，更好地满足工艺流程的需要，并且减少了泵的启停次数，延长设备的使用寿命。
3 系统软件的设计
3.1 控制系统主程序设计
PLC主程序主要由系统初始化程序、泵起动程序、泵自动切换程序、故障诊断显示报警程序等构成。
(1) 系统初始化程序
系统的初始化，对模拟量(PH值、溶解氧量)数据处理的数据进行初始化处理，PH值给定、溶解氧含量、电气设备状态检测。考虑到外界干扰对PH值、溶解氧量等输入信号的影响,采用加权平均法对模拟量进行数字滤波。
(2) 泵电机起动程序
泵电机分手动/自动方式，手动运行由控制柜开关/按钮、工控机、厂总控制室计算机控制。自动运行由PLC按工艺定时控制，定时长短可以通过工控机组态界面设定;同时运行PH值PI调节子程序、溶解氧量PI调节子程序。
(3) 泵切换程序
一用一备同组泵间(循环泵、污泵、浓缩泵、回流泵)的切换分自动切换/手动切换。自动切换根据泵运行时间的长短来完成同组泵间的切换，自动启动化工泵运行。手动切换根据控制柜控制按钮、监控界面控件控制泵运行。
(4) 故障诊断显示报警程序
变频器故障诊断、泵故障诊断、自动切换并声光报警。系统中设有多级保护，根据故障性质，软故障声光报警，硬故障自动停机，保证设备安全运行。
3.2 控制系统子程序设计
PLC子程序设计共包括四个子程序:模拟量初始化子程序、模拟量数据处理子程序、PH值智能PI调节子程序、溶解氧含量智能PI调节子程序。
智能PI调节子程序，用PLC内部定时中断控制，定时时间到，转入中断服务程序，并将运算结果送给模拟量输出模块即变频器频率设定端的信号模拟量值。
基于PLC的积分分离智能PI调节、编程简单、控制可靠，适合于污水处理PH值、溶解氧含量控制，实践表明系统控制稳定、精度高，完全满足聚酯厂污水处理工艺要求。基于PLC的积分分离pH值控制部分相关的程序清单如下所示。
LD M10.0
系统正常、进入PID控制程序;
LPS
MOVR VD500, VD100
VD500(000通道数据归一化后的值)送VD100
LDR> VD500, VD504
若高于积分分离上限
OR< VD500, VD508
或低于下限;
ALD
MOVR 9999.0, VD120
去积分。
LPP
PID VB100, 0
作PID运算，实现PI控制。
MOVR VD108, AC0
*R 32000.0, AC0
把运算结果转换为工程值
ROUND AC0, AC0
DTI AC0, AC0
MOVW AC0, AQW0
输出送AQW02端口，控制变频器
3.3 系统监控组态软件的开发
(1) 污水处理监控画面的设计
监控画面动态显示污水处理工作流程、现场设备的状态(变频器、泵电机、电磁阀)、PH值、溶解氧量、液位、泵的工作状态及示流。操作人员可以根据流程画面来分析污水处理自动控制系统是否处于正常运行状态。主监控画面如图3所示。
图3 主监控画面
(2) 用户口令配置
操作人员想进行控制，则必须输入用户名称和口令，当该用户名称和口令是系统配置所允许的时候，控件才能起作用。
(3) 报警与报警记录
在污水处理自动运行过程中，变频器与泵正常工作保证了系统运行可靠。利用其工作状态窗口复合报警窗口控件，当相应设备出现故障时，PLC将信号送给工控机，满足报警条件，显示报警。
(4) 趋势曲线
对于污水处理PH值、溶解氧含量等重要参数，用趋势曲线来表示，趋势曲线分为实时趋势曲线和历史趋势曲线。
(5) 参数设置
污水处理PH值、溶解氧控制采用智能型PI分离调节器具有参数自调整能力，可适应各种复杂的工况。PI分离调节器，积分分离限在上层的组态软件中进行参数设置。
4 结束语
污水处理自动控制装置是集计算机技术、网络通讯技术、过程控制技术、画面制作显示技术和数据管理报表制作技术于一体的计算机测控管理系统;系统将高性能高可靠工业控制计算机(IPC)、可编程控制器(PLC)、变频器和各类现场仪表有机的结合起来，实现各部分信息的共享和协调工作，从而完成综合测控与管理功能。
现场调试和运行表明:系统控制方案合理、运行可靠、节能、经济。采用智能型PI分离调节器溶解氧稳定在2±0.3mg/L，利用变频器调节可节能25%;采用变频器进行PH值控制方案先进,PH值控制精度能稳定在5.5±0.2,运行稳定有效，满足生化反应条件,节约了中和剂安装维护方便。控制系统软件功能齐全，人机界面友好，使用方便，具有一定推广价值。
