AIFCS在污水处理控制系统中的应用———AIFCS在污水处理控制系统

关键词： 污水处理、计算机监控系统
  一、简介
  传统的活性污泥处理工艺存在基建投资高、运行费用高以及电耗高等问题。SBR(Sequence Batch Reactor)序批式处理工艺是近年来国际上比较先进的污水处理方法。虽然在上个世纪初，国外就已经研究出这种工艺，但是至今国内各大污水处理厂真正采用它的还不多。主要原因就是它对时间要求比较严格，对自控要求比较苛刻。采用SBR工艺的污水处理厂地点分散，设备量大，各个工作段位要求衔接紧密，设备间密切配合，这正给AIFCS系统提供了用武之地。SBR污水处理控制系统主要包括：进水泵房控制系统、旋流沉砂池控制系统、主反应池控制系统、出水泵房控制系统、鼓风机房控制系统，脱水机房控制系统等。城市污水管网收集到的污水经泵站加压到进水泵房，在这里大的固体杂质被格栅机过滤掉，然后较稀的污水被提升泵送到旋流沉砂池。在这里，污水由于搅拌机和吸砂机的作用，其中的固体颗粒又被去除。下一道工序是污水先被送到SBR池的厌氧池，目的是去磷、脱氮，然后流入好氧池，这里有相应的菌种来分解、净化污水。反应池中的污泥细菌生态系统维持存活的主要条件一个是污水中的有机物杂质，另一个就是氧气的供应。所以污水处理厂专门设有鼓风机房，通过池底的管道，直接对污水进行曝气。经过处理达标的污水可直接排放，多余的污泥被排泥泵送到脱水机房，通过脱水处理，污泥被压干制成饼，用作肥料。
  二、AIFCS系统
  AIFCS是宇电公司开发的基于AI仪表并具备现场总线特性的计算机监控系统。AI仪表相当于现场总线系统中的各个控制单元，利用RS485作为现场通讯总线，采用宇电自行开发的AIBUS通讯协议，可在上位机上实现100%仪表功能操作如实时读取测量值、给定值、设置参数、自动/手动无扰动切换、调整手动输出值、启动/运行/停止程序，并具备开关量输入/输出操作能力。由于自己掌握100%知识产权，又是开放式结构，所以系统价格非常低廉，具有极高的性能/价格比。 采用AIBUS协议的AI仪表在9600波特率下能在40ms内向上位机传送4个重要数据，比采用MODBUS协议的进口仪表速度高3-10倍以上，因此即使采用廉价的RS485通讯，AIFCS也具备如FF、PROFIDBUS等高价现场总线系统同等的使用效果，并可以组建大型系统，而不象通常进口仪表那样只能应用于小型系统。RS485不仅价格低，还具备布线简单、对通讯线要求低及通讯距离长等优点。 整个系统分为管理层、操作站和工业现场3个层级,也可只分操作站和工业现场两个层级。 管理层可提供工厂领导浏览现场实时工况画面，也可进行如使用权限、系统配置等高级设置；操作站供仪表班组和技术人员进行计算机实时监控；万一计算机系统发生故障时，仪表操作人员可依传统仪表使用方法直接操作仪表；工业现场提供各种控制信号，如模拟量输入/输出和开关量输入/输出至仪表。系统组成：
  现场控制仪表：AIFCS是基于AI系列仪表，利用RS485通讯接口和AIBUS协议与计算机通讯，AI系列仪表种类齐全，性能优异，可很好的适应各种工业现场温度、压力、流量、液位的测量与控制，并可以处理开关量信号的输入与输出。
  操作站：使用常用的WINDOWS操作系统个人计算机，如果计算机放在有空调的操作室内，可以用普通PC，如果放在干扰大，温度高的工业现场，应采用工业级计算机。最新的进展是也可用WINDOWS CE的嵌入式操作系统的工业触摸屏（平板电脑），它更适合现场操作。
  组态软件：客户可选择多种商品组态软件，如组态王、MCGS、华富、三维等公司产品，宇光可提供组态服务，客户也可根据需要自行组态，组态软件能做出功能强大，画面美观的系统。宇电全新开发的AIFCS网络版软件使用简单，支持多机连网、具备流程图（可设置动画）、仪表屏、历史记录、实时记录和打印功能，查询数据方便性和记录精确度远优于无纸记录仪。客户也可自行设计软件，宇光可提供协议内容及技术支持。
  RS232/RS485转换器：用于将计算机的RS232接口转换为RS485接口，RS485具有连线简单，通常2根线即可连接50-60台仪表，通讯距离大于1.2Km，能可靠用于工业现场。
  通讯连线：RS485接口应采用双绞线连接，不能用电源花线、绞线或电话线连接，干扰很强的场合可用工业专用的带屏蔽的双绞线，但实际上多用价格便宜购买方便的5类或超5类的计算机网络线，而且效果良好。目前的实际应用中，用9600波特率，采用廉价的5类双绞线最长布线已达3000米。
  管理层计算机：通常是客户现有的内部企业管理用的计算机局域网（计算机、集线器、交换机等），不需要为建立AIFCS系统增加额外的硬件投资，只需要配备组态软件即可。如果客户管理尚未实现网络化，可不设此层，或简单的建立厂长、总工计算机与现场操作站的连网即可。
  三、系统配置
  1、总体控制要求及功能污水处理厂自控系统的要求是对污水处理过程进行自动控制和自动调节，使处理后的水质指标达到要求的范围。在公司中控室发出上传指令时，将当前时刻运行过程中的主要工作参数（水质参数、流量、液位等）、运行状态及一定时间段内的主要工艺过程曲线等信息上传到公司中控室。功能如下：
  （1）控制操作：在中心控制室能对被控设备进行在线实时控制，如启停某一设备，调节某些模拟输出量的大小，在线设置某些参数等。
  （2）显示功能：用图形实时地显示各现场被控设备的运行工况，以及各现场的状态参数。
  （3）数据管理：依据不同运行参数的变化快慢和重要程度，建立生产历史数据库，存储生产原始数据，供统计分析使用。利用实时数据库和历史数据库中的数据进行比较和分析，得出一些有用的经验参数，有利于优化SBR池的准闭环控制，并把一些必要的参数和结果显示到实时画面和报表中去。
  （4）报警功能：当某一模拟量（如电流、压力、水位等）测量值超过给定范围或某一开关量（如电机启停、阀门开关）阀发生变位时，可根据不同的需要发出不同等级的报警。
  （5）打印功能：可以实现报表和图形打印以及各种事件和报警实时打印。打印方式可分为：定时打印、事件触发打印。
  2、控制系统网络结构如果采用常规集中控制方式，将现场信号通过电缆连接到集中控制室,由于工艺线路长、现场控制点分布范围广，需要敷设大量的电缆及桥架,且现场环境恶劣、其施工难度非常大。因此根据工艺划分，系统共设了三个主站、五个子站、两个操作员站。采用PLC和控制仪表，用于现场数据的采集和控制，并借助AIFCS，方便控制网络系统的建立。控制系统分为三个级别，即现场级、控制级、管理级。管理级集中监控各个分站设备的运行状态；控制级主要功能是接收管理层设置的参数或命令，对污水处理生产过程进行控制，将现场状态输送到管理层；现场级通过接收主控主站的命令，实现数据采集和设备控制。
  四、结束语
  此控制系统运行稳定、可靠。极大地提高了劳动生产率，该系统有效地解决了生产中的很多问题，如减少了生产过程中的突发故障，缩短了生产准备时间和抢修时间，减少了工人的劳动强度，为污水处理厂创造了可观的经济效益和社会效益，达到了节能、降耗的目的。在生产管理上了一个新台阶。