【正文】 外文翻譯 基于 PLC 的控制系統(tǒng)在污水處理中的應用 介紹了以 PLC 為核心的分布式控制系統(tǒng)在污水處理系統(tǒng)中的應用。具體敘述了控制系統(tǒng)的結構、任務分配及實現(xiàn)、控制方式和程序設計思想 .控制系統(tǒng)采用集中監(jiān)測管理、分散控制的方式，上位機負責現(xiàn)場設備的遠程控制和監(jiān)視，軟件采用 Intouch7. 0 編制。 PLC 本地站負責對具體的工藝、設備、主要被控參數(shù)進行控制及采集各種運行數(shù)據(jù)，程序設計采用具有在線跟蹤和離線仿真功能的Concept 2. 2XL 軟件。上位機與 PLC 之間采用組網(wǎng)簡單、運行速度快、通信穩(wěn)定性強的 MB+網(wǎng) 。整 個控制系統(tǒng)成功地解決了 PLC 在污水處理中的自動化控制問題，提高了污水處理設備運行效率和管理水平。 近年來，為了實現(xiàn)高質量、低消耗、穩(wěn)定可靠的運行。國內外許多污水處理廠采用了現(xiàn)代先進控制技術和計算機技術，從而構成計算機監(jiān)督、控制、管理系統(tǒng) .使系統(tǒng)優(yōu)化運行。而可編程邏輯控制器（ PLC）則是以微處理器為核心。綜合了計算機技術自動控制技術和通信技術而發(fā)展起來的一種新型、通用的自動控制裝置。具有結構簡單、性能優(yōu)越、可靠性高、靈話通用、易于編程、使用方便等優(yōu)點等。銀川市第一污水處理廠采用了 SBR 工藝及以 PLC 為核心的控 制系統(tǒng)，日處理污水 10 x 104 t 處理后的達標污水可用于農業(yè)灌溉。 1 控制系統(tǒng)結構 控制系統(tǒng)采用“集中監(jiān)測管理，分散控制”的方式。模擬屏、上位機、集線器、打印機位于中控室，二臺 PLC 位于控制現(xiàn)場。采用這種結構可使生產(chǎn)過程中的信息能夠集中管理，以實現(xiàn)整體操作、管理和優(yōu)化。同時，也使得控制危險分散，提高系統(tǒng)可靠性。 上位機 中控室的兩臺上位計算機采用 PII 級工控機，運行 Windows NT 操作系統(tǒng)。上位機負責現(xiàn)場設各的遠程控制 (全自動控制、自動控制、點動控制 )和監(jiān)視，利用 Intouch7. 0 工程軟件包提供良好的人機對話界而，以查詢方式從 PLC 獲取有關參數(shù)和設備狀態(tài)信息，以棒圖形式在 CRT 上直觀顯示出來，同時打印必要的數(shù)據(jù)，供主控及管理人員指導生產(chǎn)。監(jiān)控界而包括系統(tǒng)總圖、系統(tǒng)分圖、模擬量一覽表、參數(shù)設置、報警窗、歷史趨勢、登錄窗等界而 .在系統(tǒng)總圖里，運行人員能夠監(jiān)視所有控制設備的運行狀態(tài)、設備事故及液位、流量等信號 .在系統(tǒng)分圖里，操作人員能夠對所有控制設備進行單機點動運行操作、成組自動運行操作或全廠全自動操作并監(jiān)視。同時上位機 2 兼做編程器 .中控室另設置一個鑲嵌式模擬屏，由上位機 1 控制，用以直 觀顯示全廠工藝流程及主要參數(shù)值。 PLC 站 根據(jù)污水處理的二部分，現(xiàn)場設備的遠程控制輸出和現(xiàn)場信號采集由二個PLC 木地控制站完成。 PLC1 本地控制站控制格柵、污水提升泵房、曝氣沉砂池等預處理部分。 PLC2 本地控制站控制污泥脫水、壓濾機等部。 PLC3 本地控制站控制 SBR 生物處理部分 .另外，在現(xiàn)場本地控制站各設 1 臺操作終端設各，負責在本地對現(xiàn)場設各的控制 (自動控制、點動控制 )。 現(xiàn)場各個監(jiān)控點的物理參數(shù)，包括水位、溫度、流量、轉速、電流等模擬量，由對應的一次儀表傳感器或變送器檢測出來 并轉變?yōu)?4～ 20 mA 電流信號，經(jīng)屏蔽電纜送到各個子系統(tǒng)的 PLC 內，由 PLC 通過各種模塊接口采樣電信號。同樣，模擬量控制信號由 PLC 輸出后以 4～ 20mA 電流形式送到執(zhí)行機構，控制執(zhí)行機構的動作。 施耐德公司的 Modicon Quantum 系列 PLC 為滿足開放的、基于標準的網(wǎng)絡連接和現(xiàn)場總線連接等應用技術提供了多種網(wǎng)絡選擇，支持 Modbus,Modbus Plus（ MB+），遠程 I/0, TCP/IP 等網(wǎng)絡連接，具有較強的靈活性。因此，污水處理中用到的 PLC 選用施耐德的 Modicon Ouantum 系列。 通信 MB+協(xié)議是 Modicon 公司推出的一個開放式的采用 IEEE802. 4 令牌協(xié)議的現(xiàn)場總線通信 5 協(xié)議。 MB+網(wǎng)絡同其他網(wǎng)絡相比具有組網(wǎng)簡單、投資少、網(wǎng)絡速度快、通信穩(wěn)定性強等特點，它使計算機、控制器和其他數(shù)據(jù)源通過使用雙絞線或光纜在整個網(wǎng)絡上作為同位體進行通信。而 Modicon Quantum 系列 PLC 的CPU 模塊含有 MB+通信口，因此，通信網(wǎng)絡選用 MB+網(wǎng)絡 .中控室的兩臺上位機、二個 PLC 本地控制站通過 MB+網(wǎng)絡連接在一起。 PLC 的 CPU 模塊通過 MB+通信口與兩臺上位機進行 數(shù)據(jù)交換，采集上位監(jiān)控系統(tǒng)的各種操作指令及現(xiàn)場檢測信號和數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析處理，通過輸出模塊向控制對象輸出控制信號；同時，PLC 通過 MB+網(wǎng)向上位機返回各種數(shù)據(jù)，上位機對數(shù)據(jù)進行運算處理，顯示各種信號和打印各種報表。 2 PLC 控制程序設計 系統(tǒng)有四種控制方式：本地手動控制，單一臺設備點動控制，成組設備自動控制，全廠設備全自動控制。前二種方式一般只在設各調試或維修時使用，系統(tǒng)主要以全自動控制方式運行。在這種方式下，所有各類設備都由 PLC 按照預先編制的程序自動控制，不需要操作人員干預 .各種現(xiàn)場數(shù)據(jù)通過 PLC 傳至上位機，在上位機上描繪出來，使全廠的工藝、設備運行得到全面的控制。 PLC3 站控制的生物處理部分是整個污水處理的關鍵部分，限于篇幅，僅以PLC3 站的程序設計為例。 控制過程 PLC3 站用來控制從污水進入曝氣池到處理后的污水流出曝氣池的整個過程。在這個過程中，包括控制各種閥、泵、風機的順序及定時開關和風機的轉速調節(jié)等。曝氣池是污水處理的核心構筑物，污水在池中是通過微生物的生物氧化作用來去除有機物的，水中氧的含量對污水的處理效果是至關重要的。根據(jù) SBR工藝要求，曝氣池內的溶解氧含量通 ?？刂圃?1～ 3 mg/L 范圍內，在曝氣階段末溶解氧含量應不超過 2 mg/，均會影響出水質量。對日處理10 x 104 t 的 4 組 8 池模式的 SBR 反應池，每組反應池配一臺由變頻器控制的風機，用于向兩個曝氣池輪流曝氣供氧。在每個曝氣池的不同地點設 4 塊溶解氧測試儀，測量池中污水的含氧量， PLC 每隔 5 min 檢測一次曝氣池內的溶解氧值，根據(jù)溶解氧的平均值來控制風機轉速。若溶解氧低于設定下限時，調頻風機轉速增加 5 % ；若溶解氧高于設定上限時，調頻風機轉速降低 5 %.這樣，就實現(xiàn)了曝氣池供氧量的自動 調節(jié)，既避免了不必要的能源損失，又優(yōu)化了運行工藝。 PLC 程序設計 采用的編程軟件是 Concept 2. 2XL。 Concept 是基于 Windows 下的 PLC 編程工具，具有良好的用戶界面，并具有在線跟蹤及離線仿真功能。 PLC3 站的控制程序分為五個程序模塊。 （ 1）公用程序模塊 —— 包括初始化部分、時分秒等時問脈沖單元、 SBR 反應周期設定、溶解氧設定等。 （ 2）開關量順序控制模塊 —— 協(xié)調控制各個閥、泵、風機等設備的運行及相關故障的報警。 SBR 池的進氣閥、進水閥、回流泵、剩余污泥泵 由 PLC 根據(jù)污水處理周期的工藝時間段控制，出水閥由 PLC 根據(jù)工藝時間和超聲液位儀的測量值來控制。 （ 3）斷電保護模塊 —— 系統(tǒng)斷電后， PLC 將所有狀態(tài)鎖存，待加電后使 PLC恢復所保持的狀態(tài)繼續(xù)運行。 （ 4）通信模塊 —— 用來完成 PLC 與上位機的各種數(shù)據(jù)傳送。 （ 5）溶解氧值自動調節(jié)模塊 —— 根據(jù)溶解氧值調節(jié)風機轉速以及相關故障的報警。調節(jié)轉速的目標是在整個曝氣周期中，保證溶解氧的值為 2 mg/控制策略如下：曝氣周期開始，風機以全速運行，以使溶解氧在較短的時問內達到 2 mg/L，同時以 5 min 為周期檢測溶解氧值。當溶解氧值大于 2mg/L 時，風機轉速下降 5 %；當溶解氧值小于 2 mg/L 時，風機轉速上升 5%.如果風機轉速升到允許的最高轉速時，溶解氧值還小于 2mg/L，則維持最高轉速。這種情況有可能在曝氣周期的末期出現(xiàn)，但并不會明顯地影響污水處理質量。 在曝氣的整個周期內，隨時監(jiān)控變頻器的輸出電流值，使其不超過變頻器的額定值。如遇到意外情況使輸出電流超過額定值時，立即降低風機轉速。如果風機轉速降到允許的最低轉速時，輸出電流還超過額定值，則停風機，同時發(fā)出報警信號。 隨著自動控制技術的發(fā)展， UNITANK 工藝越來越得到廣泛應用。目前以經(jīng)驗為主，以 DO、時間、流量作為工藝控制參數(shù)，來調整曝氣機的運行及排泥時間等，缺乏準確的數(shù)學模型來實現(xiàn) SBR 法的更高層次的自動控制。有人曾提出以 COD 或 DO 為參數(shù)的模糊控制的思想。今后 SBR 法的自動控制的研究方向主要是尋找多個控制參數(shù)，既能反映進水的水質水量變化及反應過程中的降解情況，又能作為計算機控制參數(shù)。 PLC 集順序控制和過程控制于一體，具有可靠性高，使用方便、靈活，組網(wǎng)簡單的特點，是實現(xiàn)中小規(guī)模工業(yè)自動化的有力工具。在污水處理中，基于 PLC的控制系統(tǒng)在實時 性、可靠性、精確性等力一而滿足了設計要求，保證了污水處理的順利進行。 由于 Inter 的快速發(fā)展，希望能夠通過 Inter 來訪問污水處理廠的自控系統(tǒng)，只需要輸入用戶名和密碼便可實現(xiàn)