关键词：污水处理 控制装置 触摸屏 PLC
随着经济的发展和人口的增加，人类对水的需求量越来越大，而人类生产生活中排出的废水却又给水环境带来了日趋严重的污染，使本来就有限的水资源变得更加紧张。缺水已制约了社会经济的发展。为了减少环境污染、节约用水，充分利用有限的水资源，我国很多城市已经开始建设城市住宅小区生活污水处理设施，将洗涤、盥洗、厨房和厕所的生活污水经过处理后作为杂用供水，如：城市绿化用水、洗车用水、清扫用水、景观用水、消防用水等。这种小型水处理系统正在不断推广应用，本文介绍城市住宅小区为这种污水处理设施相配套的控制装置，该装置具有可靠、先进、简单等特点。
一、小型污水处理系统工艺流程
图1为一个典型小区生活污水处理系统工艺流程图
图1
它由格栅、调节池、生化池、沉淀过滤池、消毒池等部分组成，各部分的功能如下：
1、格栅
污水中一般都有大量杂质、漂浮物的存在，格栅主要用来清除污水中体积较大的污物和漂浮物。当污水达到一定水位时，系统要求启动格栅，自动清除这部分杂质。
2、调节池
由于通常污水进水量和水质是不稳定的，为保证后续水处理过程稳定高效，设立调节池起到均匀水质、调节水量等缓冲作用。在调节池低液位时启动进水阀，高液位时关闭进水阀，使池内始终保持一定水量。
3、生化池
这是整个污水处理中最重要的部份，采用SBR工艺，通过氧化曝气等手段，使污水中的水、泥分离，并去除小颗粒的杂质等。根据池内污水液位控制水泵、空压机和污泥回流泵的启动/停止。当生化池低液位时启动进水泵，并对相关设备实现定时控制。根据相应的液位，顺序控制几个排水阀的开与关。还可以根据电磁流量计（气体）的显示数据来控制进气电磁阀从而达到控制进气流量的目的。
4、沉淀过滤池
通过生化池处理过的污水中还存在一定量的悬浮物及少量杂质。沉淀过滤池的功能就是去除悬浮物和杂质等，保证出水水质达到一定的排放标准。在沉淀过滤过程中，当池中液位低于规定高度时,停止过滤泵。
5、消毒池
消毒池的主要作用是通过加一定量的酸和碱来消灭水中的细菌和病毒。根据在线分析仪表显示的PH值、氨氮、溶氧等值以及综合进水流量来控制变频器，从而控制加酸药泵和加碱药泵的速度完成加药量的控制。当水质变化达到极限，超出变频调节范围的情况下，可手动调节药剂的浓度来改变加药量。
二、控制装置的组成
目前国内的大型污水处理控制系统，是由中央管理机和现场PLC控制单元组成的两级集散型监控系统为主要形式。对于小型污水处理系统的控制如小区生活污水处理大多还是采用传统的继电控制装置。通过操作台上按钮、开关、指示灯等进行控制，个别也有用PC机作画面监视。这种继电控制装置接线复杂、体积大、可靠性差、操作安装和维护不方便，影响其推广应用。
本污水处理控制装置采用触摸屏、PLC等器件，应用三菱公司的FX1N—60MR型PLC和F940WGOT—TWD—C触摸屏。FX1N—60MR 为60点（输入36点，输出24点）的可编程控制器。F940WGOT触摸屏具有完善的画面功能;带256色TFT高清晰度液晶显示器;有三个通信接口可与PC或打印机（COM2：RS-232C）和PLC（COM1：RS-232C，COM0：RS-422）通信。
装置的结构框图如图2所示。除“急停”外，所有操作和监控均在触摸屏上完成。按水处理工艺的要求，可分单步、运行和维修三种工况。本装置可对液位、流量和PH值等参数进行在线监测。并按水处理工艺的要求通过对泵、阀等驱动部件（电机）的控制实现对上述参数的闭环调节，完成对整个污水处理系统的自动控制功能;用触摸屏（GOT）代替传统的操作台、PC机或工控机，触摸屏作为人机接口通过系统画面、用户制作的工艺流程图、触摸键和显示命令等使现场操作人员对整个污水处理系统进行实时监控、管理和操作。
图2
同时该水处理系统作为一个独立的环节联到上层网络中，在网络中的上位机上实现远距离监控。本控制装置与传统继电控制装置相比具有可靠性高、抗干扰性较强、编程简单灵活、设计调试周期短和易于操作维护等优点。
三、F940WGOT触摸屏
GOT的画面功能丰富、制作简单，它包括系统画面和用户制作的画面两大部分。主要功能如下：
1、系统画面：系统画面也就是GOT原有的画面，它主要包括监示功能、数据采样功能、报警功能和输出打印等功能。
l 监示功能：在命令清单程序方式下进行PLC程序的读出/写入/插入/删除，还可以监示变更可编程控制器的各软元件的ON/OFF状态，定时器、计数器及数据寄存器的设定值或现在值;通过相应的触摸键操作选择元素序号进行画面显示;对指定的PLC位元件进行强制ON/OFF;监示功能中还有一个PC诊断功能，即能显示可编程控制器的I/O错误、PC硬件错误和通信错误等信息。
l 数据采样功能：指定所采样的数据寄存器、采样的时间（触动条件或特定周期）、采样的开始和终止时间，在触摸屏上用清单或图表形式显示采样的时间（小时、分、秒）和数据，采样数据也能在用户制作的画面上显示。
l 报警功能：此功能使整个系统的故障检修变得简单，可使最多256点的可编程控制器的连续位元件与报警信息相对应，预先设定有关数据例如水位、流量等的上下限，当超过此限时，通过预设的报警声或相关画面就能够自动报警提示操作人员。
l 输出打印功能：采样的数据、报警记录等数据可以打印和读出保存到软盘，并且可以转化为文本（.TXT）形式，便于在EXCEL及WORD等常用的软件中进行编辑。
2、用户制作画面
用户制作画面是用户用画面制作软件（SWOPC-FXDU/WIN-C）根据工艺和现场要求而制作的一系列画面。只需在上层网络的电脑中使用同一个画面制作软件，触摸屏上的画面就能被显示，使现场GOT的画面资源被不同层次的个人电脑所使用。所以当整个环节联到上层网络时，上层网络的电脑操作画面不需要重新设计，就能与现场同步地进行显示和操作。这一特点不仅保持了操作的一致性而且大大缩短了设计过程。用户制作画面主要有以下几个功能：
l 画面保护功能：用户制作保护画面设定登陆密码和不同的保护级别，使操作人员、编程人员和工作人员等分别只能对自己权限范围之内的画面进行操作、修改等，保证了系统画面的安全性。
l 显示功能：用户根据工艺要求可以制作500个显示画面;在GOT上可同时显示数个画面;根据预设的切换条件和时间各个画面之间可以自由来回切换。本系统中制作了十几幅画面，分别显示开机画面、登陆画面、工况选择画面、各个工况中每个池的工作画面以及重要参数的显示报警画面等。图3为前3幅画面。制作画面时除了可调用软件图形库中的图形外，还能从外部文件中导入位图文件。
图3
l 监示功能：用户制作的监示画面通过数值或（圆形或条形）图监示并显示PLC字元件的设定值或现在值。通过绘制（条形或圆形）统计图显示字元件现在值的比例，例如可以显示各个池中当前的水位高度比例等。
l 数据变更功能：在触摸屏的画面上通过触摸键可以变更正在监示的数值或图型上的数据。例如在调试过程中可以变更PLC定时器的定时常数，从而改变电机或泵的运行时间。
l 开关功能：将显示画面的触摸键设定为开关功能，就能用此键来ON/OFF可编程控制器的位元件 。本装置中就用此方法，控制现场各种泵、阀的开（启）和关（停）。简化了装置的硬件，操作也更加方便、明了。
3、设计时注意事项：
l 全画面共通设定与个别画面设定：在通过触摸键切换画面时务必注意两者的区别并合理应用之。如：有几幅画面都有一个返回“菜单画面”的键，此时，该键就用共通设定。将画面切换设定为全画面共通设定时，画面切换时无论在哪个显示画面都将返回到菜单画面。当画面切换设定为个别画面设定时，则根据切换条件将切换到相应的画面。
l 通信数据的格式：当通过可编程控制器字元件（T,C,D,V,Z）指定显示汉字和字母时，要注意字元件的存储格式。例：用D0指定‘AB’（A=41H，B=42H），AB在D0中的存储状态为：B在高四位，A在低四位，如图4中a所示;用D0指定文字‘科’（89C8H）,存储状态是科的低四位存在D0的高四位，科的高四位存在D0的低四位，如图4中b所示;用D0，D1指定‘A科B’时，D0、D1中的存储状态如图4中c所示。
图4
l 利用画面存储准确反馈所需画面：例从画面1和画面2均可以切换到画面3，见图5所示。若在切换前存储的画面序号为“1”，则从画面3可回到画面1而不能返回到画面2。同理，若存储画面序号设为2，则可返回到画面2。所以在设计画面时务必注意前后画面的相互关系和切换条件，存储相应的画面序号。
图5
四、软件设计
本污水处理系统有三种工况：运行、单步和维修，运行为正常工作时的工况;单步主要是用于调试、检测设备;维修是在现场任何设备出现故障时的工况。根据不同的工况在触摸屏上选择相应的工况画面，通过画面上的键，使PLC按程序控制相应的设备。所以PLC的工作流程也有三种。图6为运行工况的流程图。（其它两种流程图略）
图6 运行工况流程图
参考文献
1 《F940GOT操作手册》 三菱公司
2 程建芳 陈汉民 城市污水处理控制系统 自动化仪表 2000年第21卷第七期：33—35
3 汪小澄 肖志怀 PLC在一级污水处理厂中的应用 微计算机信息 2001年第17卷第1期：11-12
4 金旭华 可编程控制器在小型污水处理站的应用 电子器件 2000年第23卷第3期：224-226
