深圳市下坪渗滤液处理厂的自控系统

孟了¹， 陈 石¹， 彭易华²
( 1.深圳市下坪固体废弃物填埋场，广东深圳 518019； 2.深圳市合广信息技术有限公司，广东深圳 518049)

　　摘　要：在深圳市下坪垃圾填埋场的渗滤液处理工程中应用现场控制网络和管控一体化技术实现了高效、可靠和优化生产的目标。
　　关键词：城市生活垃圾；渗滤液；自动控制；现场监控
　　中图分类号：X703
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2002)09-0073-03

1 工程概况

　　深圳市下坪垃圾填埋场是一座处理城市生活垃圾的大型卫生填埋场，其渗滤液处理厂设计规模为1600m³/d，分两期建设，工艺流程见图1^［1］。

　　该工艺流程中的氨吹脱、SBR工艺对控制程度要求较高，因此自控系统是实现整个工艺的关键，其结构见图2。

2 总体设计

2.1 设计目标 ?
　　根据工艺流程及构筑物的地理分布，依据“实用、可靠、经济、先进”的原则，采用“集中管理、分散控制”模式建立了一套经济可靠的现场监测、过程控制和计算机管理一体化的系统，它按工艺流程将生产区域分为两个不同的现场控制单元，全厂设立一个中央监控管理站，利用网络通讯实现了信息、资源的共享和“现场无人值守、总站少人值班”的目标。
2.2 设计思想 ?
　　随着自动控制技术和设备的飞速发展，控制方面的选择也在增加，由于可编程序控制器(PLC)具有可靠、灵活、易学、易用、功能齐全等优点，适用于包含逻辑控制、顺序控制和批处理控制等许多复杂算法的系统，故在污水处理厂得到了广泛运用，因此该厂自控系统也采用了PC+PLC模式。整个自控系统按三级结构设计，包括现场设备级、现场监控级和中心监控级。全厂网络系统有基于TCP/IP协议的高速以太网信息管理级和控制网络的过程监控级，其中过程监控级的控制网络由各个现场控制站组成，主要任务是进行过程数据的采集及处理，然后将生产过程的各种数据送到中央监控管理站，借助于监控软件和PLC内的控制程序完成数据统计、分析和计算功能，从而实现对工艺过程的连锁保护及整个生产过程的监控；建立在信息管理基础上的以太网管理级由主控计算机和管理计算机组成，对整个系统的数据信息进行管理，它把生产过程控制网络与全厂管理系统连接在一起，在完成数据交换、数据共享的基础上实现了测、控、管一体化。
2.3 PLC设备选型
　　设计中采用了美国Rockwell Automation公司的ControlLogix系列PLC。从处理器到I/O模块、从硬件到软件，整个产品的结构具有开放、可靠、灵活和易于扩展的特点。独特的背板结构、先进的通讯技术、丰富的通信接口使ControlLogix系统具有无缝连接、快速传输、可组态的特点。此外，ControlLogix系统将离散量控制、运动控制、相互协调的变频控制、批量控制以及过程控制综合在一个集成式结构中，而且可耐受震动、高温及各种工业环境下的电气干扰，使其具有工业化、集成化、结构紧凑的优点，可以满足用户的多种需求。

3 控制方案

3.1 控制方式
　　根据所完成的控制功能，系统采用三级控制层：手动、自动控制和中央监控管理站远程监控。手动控制具有最高控制优先级，由配电屏或控制柜旁的按钮控制；自动控制是指由各现场控制站的PLC控制器按照所编制的程序对设备进行自动控制(控制级别高于中央控制)；中央监控管理站远程监控是指通过中控室对生产过程进行调度，调度指令通过控制网络由现场PLC控制站实施。
　　对于某台具体的设备，根据控制信号的来源分为手动、远控两种控制方式，手动控制的信号来自设备旁的按钮，远控的信号则来源于PLC现场监控站输出的控制信号；中央监控管理站层的监控信号先通过网络传送至相应的现场PLC站，然后由PLC对设备发出控制信号达到监控的目的。
　　这样，控制系统在保证现场设备自带小闭环控制系统相对独立的前提下，使监测系统、电气系统、小闭环系统与计算机控制系统协调，保证现场控制站能按工艺要求和操作规程实现设备运行自动化，通过中央监控管理站实现对整个生产过程的监控、统计分析及管理，达到无人值守的目的。
3.2 现场控制站
　　按照地理位置和工艺功能的不同设1#、2#两座现场控制站。1＃控制站设在泵房，负责对加药间、石灰投加系统、硫酸罐、一级和二级反应沉淀池、泵房、吹脱系统等工段内的工艺运行参数和设备运行状态进行监测和控制；2＃控制站设在加药间内，负责对厌氧生物滤池、A段好氧反应池、SBR进水调节池、SBR池和污泥浓缩池等工段的工艺运行参数、设备运行状态等进行监测和控制，同时这两座现场控制站还将采集的数据通过全厂控制网络送至渗滤液处理厂中控室进行集中监控。
3.3 系统配置
　　1#、2#现场控制站均以LOGIX5550处理器模块为核心，配上相应的输入输出(I/O)模块、机架、电源模块、Control Net通讯模块以及远程I/O模块等组成。根据所控设备需要的I/O数量并考虑一定的余量，配置相应数量的I/O模块、扩展机架、通讯模块和电源模块等。
3.4 系统软件
3.4.1 组态软件
　　PC+PLC控制模式下的PLC主要完成数据采集、执行生产过程的控制、实现连锁保护等功能，而作为操作站的PC机除提供友好人机界面外，还需要有实时处理数据的能力以及提供各种复杂的控制算法、趋势分析、报警管理及报表生成功能。这些功能的实现依赖于组态软件的选择。经过综合比较分析，采用了美国Rockwell Software公司的RSView32中文版组态软件。由于ControlLogix PLC控制器与之自然集成，为由ControlLogix PLC组成的控制系统提供了极大的灵活性。
3.4.2 编程软件
　　采用的RSLogix5000，是一个32位的、与Windows2000/NT兼容的编程软件包，编程设计简单、直观、具有高级诊断功能、可靠的通信能力、通用的用户界面和设置、灵活易操作的编辑器、文件处理和打印、通用的梯形图指令集、点击即可组态及可靠的通讯功能，适合具有任何层次、经验、知识的开发人员。
3.5 系统功能
　　①功能组显示?
　　功能组显示包含过程输入变量、报警条件、输出值、输入值、设定值、回路标号、缩写的文字标题、控制方式、报警值。功能组显示画面包含所有调节回路及顺控回路。
　　②细节显示
　　利用细节显示可观察以某一回路为基础的所有信息，其细节可与用户协商。
　　③标准画面显示
　　包含报警、趋势、成组、棒图显示等。
　　④其他显示
　　包含班组、系统状态、通讯状态显示等。
　　⑤报表打印?
　　使用指定的格式将所有历史记录制成打印表格。报表包含交接班记录、日报、月报、操作记录、设备运行记录等。
　　⑥ 历史数据的存储和检索?
　　对重要的过程数据和计算数据进行在线存储，并至少可保存48h，当发生事故时可以立即调出相应的趋势画面。可定期将这些数据转存成历史数据以及根据数据的组号、测点号、测点名称、时间间距等任一项目来检索所存储的历史数据。
　　⑦ 控制功能?
　　在中控室对现场设备进行控制操作便于实现顺序控制、批处理控制。同时提供具有二阶以上的PID控制方法以保证根据现场设备实际运行情况实现完善的控制。

4 结语

　　① 在整个工艺流程中，氨吹脱是处理的关键。这是因为垃圾渗滤液中含有高浓度的氨氮(2000mg/L)，如不进行脱氨处理则后续的生化处理难以进行，而在氨吹脱工艺中的控制参数(pH值、气水比、水温、水量负荷)中最重要的是pH值，其他控制参数因设备型号而异，无法进行调整。因此如何控制石灰的投量以便稳定地达到所设定的pH值成为整个工艺的关键。从理论上讲，石灰的投量与原水的pH值、氨氮浓度、碱度等参数有关，但在实际工程中很难做到实时监控，因此根据实际情况采用了单回路定值调节方式，控制算法为PID调节模式，PLC的控制流程见图3。

　　从图3可以看出，与一般的单回路定值调节不同^［2］，该系统采用了两台pH计。这是由于投加石灰的方式为干式投加，从投加点到最终出水经过了反应池、沉淀池、集水池(共停留了2.5h)，此时若以最终出水pH值作为参比值则会产生严重的信号滞后，使出水pH值产生波动。因此将反应池中渗滤液的pH值作为参比值与给定值进行比较，其差值即为偏差信号，通过PID运算后的输出信号达到控制石灰投加机的转速，从而控制了石灰的投量，而最终出水的pH值作为参考可调整给定值的大小，这样就避免了由于信号滞后造成的pH值波动。
　　② 由于渗滤液水质复杂、含盐量较高，仪表的液下部件易腐蚀，因此在仪表选型时尽量采用耐腐蚀的液下部件。另外，渗滤液的硬度和碱度很高、污染物含量高，探头容易结垢^［3］和被污染，因此重要仪表(如pH计、溶解氧仪)的探头应具有易拆卸、带有自行冲洗等功能。

参考文献：

　　［1］陈石，王克虹.城市生活垃圾填埋场渗滤液处理中试研究［J］.给水排水，2000,26(10)：15-18.
　　［2］王洪臣.城市污水处理厂运行控制与维护管理［M］.北京：科学出版社，1999.
　　［3］陈石，黄凯兴.垃圾渗滤液排污管结垢原因分析及对策［J］.给水排水，2000,28(12)：29-31.

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　　收稿日期：2002-04-01