垃圾滲瀝液處理中遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

楊威巍

（南通潤澤環(huán)境工程技術(shù)有限公司，江蘇 南通 226000）

最近幾年，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。同時(shí)隨著我國居民生活水平的提高，排放到環(huán)境中的生活垃圾日益增多。目前垃圾的大體處理方式主要有兩種：焚燒處理和填埋處理。無論使用哪種方式，都會(huì)產(chǎn)生垃圾滲瀝液。垃圾滲濾液的處理和利用，即保護(hù)了環(huán)境，也促進(jìn)了社會(huì)的和諧。PLC和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在垃圾滲瀝液處理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用在保障產(chǎn)水合格的同時(shí)，提高了安全系數(shù)，減少了事故發(fā)生率，并且在降低成本、資源能耗等方面起到了重要的作用。根據(jù)無錫某垃圾集運(yùn)處理中心的滲濾液處理，設(shè)計(jì)了基于PLC和工業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)軟件的垃圾滲瀝液處理遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，能夠?qū)鴿B瀝液處理過程進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)采用組態(tài)王6.6，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)軟件能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、異常報(bào)警、報(bào)表制作、趨勢分析等功能[1]?，F(xiàn)場分布的西門子PLC和檢測儀表，作為該垃圾滲瀝液處理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的下位機(jī)使用，完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和自動(dòng)控制的功能。

1 滲瀝液處理工藝流程

本項(xiàng)目滲瀝液（廢水）處理系統(tǒng)采用“預(yù)處理+UASB厭氧反應(yīng)器+MBR（兩級(jí)A/O+內(nèi)置式超濾）+深度處理（納濾）”工藝。剩余污泥由污泥儲(chǔ)池儲(chǔ)存，采用脫水機(jī)脫水，運(yùn)至生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，污水經(jīng)過本工藝要求同時(shí)滿足一階段和二階段的出水水質(zhì)要求。其具體工藝流程如圖1所示。

圖1 滲瀝液處理工藝流程

2 滲瀝液系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

2.1 滲瀝液系統(tǒng)工藝要求分析

在預(yù)處理、調(diào)節(jié)池單元，利用超聲波液位計(jì)、PLC、水泵和攪拌機(jī)等組成了若干個(gè)控制回路。超聲波液位計(jì)將液位變化轉(zhuǎn)化成4-20 ma信號(hào)傳送給PLC，PLC根據(jù)信號(hào)給水泵攪拌機(jī)等設(shè)備發(fā)出高位啟動(dòng)，低位停止。從而通過自動(dòng)控制機(jī)泵的啟?？刂祁A(yù)處理、調(diào)節(jié)池等單元的水量。

UASB是這滲瀝液系統(tǒng)中去除COD的重要工藝之一，好的UASB系統(tǒng)會(huì)去除90%的COD，在好氧系統(tǒng)中利用流量計(jì)，PLC，水泵構(gòu)成一個(gè)控制回路，通過PID控制水泵的進(jìn)水量，從而達(dá)到穩(wěn)定的流量，使得UASB在一個(gè)穩(wěn)定的環(huán)境下運(yùn)行，同時(shí)UASB的適宜溫度為34-38 ℃。UASB在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生一定量的沼氣，考慮到資源的再利用，沼氣接入鍋爐燃燒，通過溫度計(jì)，水泵和PLC構(gòu)成一個(gè)回路，使UASB常年保持在36 ℃左右[2]。

AO單元是去除氨氮的重要工藝之一，其最重要的任務(wù)是控制水中的含氧量。水中含氧量的控制通過ORP儀來實(shí)時(shí)檢測，并將數(shù)據(jù)傳送給PLC，PLC根據(jù)ORP儀提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，對(duì)曝氣風(fēng)機(jī)進(jìn)行PID控制，從而使水中含氧量控制在2.8左右。

MBR單元，是整個(gè)處理工藝中去除污泥和SS的重要工藝之一。PLC通過液位、壓力等參數(shù)的變化，作出相應(yīng)的反饋信號(hào)控制水泵、風(fēng)機(jī)和電動(dòng)閥，使其能泥水分離，同時(shí)不堵塞MBR膜。

NF系統(tǒng)是整個(gè)處理工藝中去取一價(jià)離子、二價(jià)離子的核心單元，PLC通過pH計(jì)、壓力等參數(shù)的變化，作出相應(yīng)的反饋信號(hào)通過加藥計(jì)量泵、進(jìn)水泵、高壓泵、循環(huán)泵來實(shí)現(xiàn)NF系統(tǒng)中的自動(dòng)控制，從而達(dá)到直排標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 滲瀝液系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)要求

滲瀝液系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)方案根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，采用“中控集中監(jiān)測”的原則構(gòu)建控制系統(tǒng)。采用中控遠(yuǎn)程控制和現(xiàn)場操作柱控制的結(jié)構(gòu)，操作柱按鈕在“本地”時(shí)，中控?zé)o法控制，現(xiàn)場操作柱為最高級(jí)控制，操作柱按鈕在“遠(yuǎn)程”時(shí)，系統(tǒng)由中控控制。電氣自控系統(tǒng)以西門子PLC和Profinet網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為控制系統(tǒng)主干，同時(shí)通過安裝在上位工控機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)軟件來監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備。滲瀝液處理的監(jiān)控系統(tǒng)是由上位工控機(jī)、SIMATICS7-1500PLC控制系統(tǒng)、SIMATICS7-1200PLC控制系統(tǒng)、SIMATIC S7-200smart PLC控制系統(tǒng)組成，通過Profinet網(wǎng)絡(luò)組成高可靠性的分布式系統(tǒng)[3]。遠(yuǎn)程系統(tǒng)通過光纖（網(wǎng)線）和PLC連接。本系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 滲瀝液監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

3 硬件設(shè)計(jì)

3.1 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)硬件系統(tǒng)配置

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)為研華工控機(jī)，具體配置為IPC-610MB-25LED/AIMB-501G2/I5-2500，3.2GHz/8G/1T企業(yè)級(jí)+240G SSD MLG企業(yè)級(jí)/1G獨(dú)顯/鍵盤/27寸顯示器/Windows10專業(yè)版操作系統(tǒng)，通過遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，操作人員可以便捷地監(jiān)測到各個(gè)機(jī)泵的運(yùn)行狀態(tài)，各個(gè)儀表的數(shù)據(jù)，控制各個(gè)現(xiàn)場設(shè)備。

3.2 下位機(jī)（PLC）硬件系統(tǒng)配置

各個(gè)PLC控制站主要負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場各個(gè)傳感器的信號(hào)，除了把信號(hào)轉(zhuǎn)換后傳給遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中顯示，并且根據(jù)控制要求對(duì)現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)作出相應(yīng)的控制，所以各個(gè)PLC不但具有中心控制的作用，還具有數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站的作用。在遠(yuǎn)程狀態(tài)下，根據(jù)檢測數(shù)據(jù)對(duì)某些電機(jī)進(jìn)行PID控制或者連鎖控制，以達(dá)到最佳狀態(tài)。本系統(tǒng)選用了PLC品牌為西門子，分別為1臺(tái)S7-1500、1臺(tái)S7-1200、3臺(tái)S7-200SMART。

1#PLC站主要負(fù)責(zé)格柵、氣浮、沉淀池、調(diào)節(jié)池、UASB、AO池MBR系統(tǒng)等設(shè)備的數(shù)據(jù)采集并控制。主要配備CPU模塊CPU1515-2PN1塊，22塊16點(diǎn)數(shù)字量輸入DI模塊，9塊16點(diǎn)數(shù)字量輸出DO模塊，12塊8路模擬量輸入AI模塊和10塊4路模擬量輸出AO模塊。

2#PLC站主要完成如下任務(wù)：控制火炬燃燒。主要配備CPU模塊CPU1212 1塊。

3#、4#PLC站主要完成如下任務(wù)：控制NF系統(tǒng)，主要配備CPU模塊SR60各1塊，8路模擬量輸入AI模塊各1塊和模擬量輸入輸出AO模塊各2塊。

5#PLC站主要完成如下任務(wù)：控制離心脫水機(jī)系統(tǒng)。主要配備CPU模塊SR60 1塊，1塊8路模擬量輸入AI模塊。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)通過網(wǎng)線接入Profinet網(wǎng)絡(luò)?？紤]部分PLC到中控室距離較遠(yuǎn)，故部分PLC采用光纖。

4 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行取決于軟件設(shè)計(jì)質(zhì)量的好壞，開發(fā)一套符合現(xiàn)場環(huán)境使用的軟件顯得特別重要。根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際情況，系統(tǒng)要能穩(wěn)定、安全和便于操作。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)同樣分為遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和PLC軟件設(shè)計(jì)。

遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件的開發(fā)采用了組態(tài)王6.6。是一款新型的工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，是以Windows10中文操作系統(tǒng)作為其操作平臺(tái)的全中文界面的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)軟件。

4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)介紹

根據(jù)系統(tǒng)需求，主要設(shè)計(jì)高、低濃工藝流程圖，高、低濃預(yù)處理單元、高濃厭氧單元、MBR單元、納濾反滲透單元、污泥單元、冷卻塔單元、報(bào)表等畫面，使用鼠標(biāo)點(diǎn)擊菜單中的不同的選項(xiàng)按鈕，就會(huì)彈出與之對(duì)應(yīng)的界面。各個(gè)畫界面之間可以自由切換。

（1）工藝流程示意圖畫面：用以顯示整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)及儀表數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)分為高濃系統(tǒng)和低濃系統(tǒng)，其中高濃系統(tǒng)如圖三所示。

（2）趨勢畫面：趨勢畫面可實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集并繪制曲線效果圖，可保留90天的歷史數(shù)據(jù)。

（3）單元控制畫面：實(shí)時(shí)地顯示各單元被控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，以及儀表的參數(shù)。根據(jù)實(shí)時(shí)顯示的數(shù)據(jù)，生產(chǎn)管理人員可以快速、清晰地對(duì)系統(tǒng)做出調(diào)整。

圖3 滲瀝液處理系統(tǒng)

（4）報(bào)警畫面：顯示設(shè)備故障的故障時(shí)間及故障方位，并做歷史記錄。

（5）報(bào)表畫面：可查詢每日流量累計(jì)，并有打印功能。

4.2 下位機(jī)控制程序開發(fā)

本系統(tǒng)的PLC（S7-1500、S7-1200）控制軟件采用TIA Protal V16編程，本系統(tǒng)的PLC（S7-200SMSRT）控制軟件采用STEP7-Micr/SMART V2.5編程。

5 結(jié)論

目前該系統(tǒng)在無錫經(jīng)開區(qū)垃圾集運(yùn)中心正常使用，運(yùn)行穩(wěn)定、安全、可靠。該系統(tǒng)使用時(shí)不僅能對(duì)滲瀝液處理進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，而且還提高了整體效益，節(jié)約了人力物力，提高了系統(tǒng)安全性。