3.3城鎮(zhèn)污水處理廠電氣自控系統(tǒng)的軟件設計

3.3.1上位機組態(tài)軟件

上位機主要給用戶提供設備遠程操控和數(shù)據(jù)顯示的界面，在集散控制系統(tǒng)中充當遠程虛擬管理員的角色，是自動控制系統(tǒng)的可視化部分，完成人機信息交互。上位機系統(tǒng)通過網(wǎng)絡技術實現(xiàn)上位機與底層設備的數(shù)據(jù)、指令傳輸，完成對現(xiàn)場設備的遠程操作，實現(xiàn)對生產(chǎn)現(xiàn)場的無人監(jiān)控，大大提高了生產(chǎn)效率和可靠性。本課題中，選用GE的上位機組態(tài)軟件IFIX6.x來進行監(jiān)控界面的設計，實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場的可視化。

3.3.2IFIX組態(tài)軟件

上位機軟件由控制設備廠商自行開發(fā)，用于顯示系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)和設備運. 行狀態(tài)，是控制系統(tǒng)監(jiān)控界面的開發(fā)平臺。國內(nèi)外專業(yè)組態(tài)軟件主要有:美國Wonderware公司的InTouch、通用電氣公司(GE) 的IFIX、澳大利亞悉雅特公司的Citect、艾斯苯公司的InfoPlus、德國西門子公司的Wincc等。在GE公司的IFIX組態(tài)軟件中，Intellution提供給用戶強大的組態(tài)功能，將FIX原有的腳本語言改為VBA (Visual Basic For Application)，并且在內(nèi)部集成了微軟的VBA腳本語言開發(fā)環(huán)境。為了解決系統(tǒng)兼容的問題,軟件提供了FIXDesktop程序，用戶可以直接在其中運行IFIX程序，并且軟件與Microsoft的操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡完成了良好的集成，與其他組態(tài)軟件相比，IFIX 主要有以下幾個優(yōu)點:

[if !supportLists]（1）[endif]易于集成和擴展。使用形象直觀的圖符工具，用戶可以迅速上手，創(chuàng)建自控系統(tǒng)的監(jiān)控畫面。軟件特有的靈活性，便于系統(tǒng)的集成和升級。

[if !supportLists]（2）[endif]分布式網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。IFIX提供系統(tǒng)分布式、C/S、B/S 架構(gòu)，提高控制系統(tǒng)的擴展性。無論是客戶端還是主機都可運行在單一計算機，或是網(wǎng)絡復雜的分布式多客戶端和多主機數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)，軟件都能保證其優(yōu)異的性能。

[if !supportLists]（3）[endif]SCADA服務器。IFIX能夠關聯(lián)到物理I/O點，直接從設備上采集數(shù)據(jù), 支持用戶在線添加數(shù)據(jù)功能塊，這是區(qū)別于其他組態(tài)軟件的一個地方。

[if !supportLists]（4）[endif]IclientTS 是具有Iclient功能的瘦客戶端，它采用了微軟的Windows 2000終端服務技術。通過系統(tǒng)VBA腳本和ActiveX 控件，系統(tǒng)可以訪問系統(tǒng)中任意SCADA服務器的數(shù)據(jù)。

[if !supportLists]（5）[endif]IFIX分布式、客戶/服務器結(jié)構(gòu)，便于用戶靈活構(gòu)造服務器和客戶端。網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)采集都是通過SCADA節(jié)點標簽名、數(shù)據(jù)域和數(shù)據(jù)I/O地址來判別。

正是基于上述優(yōu)點和生產(chǎn)現(xiàn)場的實際情況，本課題選用通用電氣的組態(tài)軟件IFIX來作為上位機監(jiān)控界面的設計平臺，采用IFIX的GE 9驅(qū)動來實進行SCADA組態(tài)。

3.3.3系統(tǒng)監(jiān)控界面設計

根據(jù)上位機友好界面設計標準，本課題中系統(tǒng)監(jiān)控界面設計參考如下:

1、所有界面都選擇淡藍色作為背景色，讓現(xiàn)場操作人員不會因長時間工作引起視覺疲勞。

2、界面上所有設備和信號指示燈都采用三種顏色來顯示，其中紅色代表關閉狀態(tài)，綠色代表運行狀態(tài)，黃色代表設備故障，方便操作人員及時區(qū)分設備的工作狀態(tài)。

3、監(jiān)控界面采用分層設計，分為系統(tǒng)主界面和過程界面，單擊過程界面上設備圖標，能夠彈出該設置操作按鈕供操作人員操作，簡單快捷。

4、界面所有按鈕都采用凸起效果,在操作過程中很能容易區(qū)分按鈕是否按下，適當采取動畫效果，方便操作人員更加直觀的觀察設備運行狀態(tài)。

[if !supportLists]（1）[endif]總體流程圖

總體流程圖是登錄后的主界面，它主要是反應了生產(chǎn)現(xiàn)場的設備大概分布和性產(chǎn)工藝流程，方便工作人員的操作，總體流程圖實現(xiàn)的功能如下:

①通過總體流程圖界面頂部的標簽按鈕進行系統(tǒng)監(jiān)控界面的更換。

②通過總體流程圖了解生產(chǎn)現(xiàn)場各生產(chǎn)區(qū)域設備運行情況，方便工作人員在盡早處理各個報警消息。

③通過雙擊畫面上的各個設備圖標，可以進入相應的設備運行監(jiān)控操作畫面。

其中，本課題的系統(tǒng)整個工藝過程如下所示:

圖6-1健康城污水處理廠工藝過程系統(tǒng)圖

(2）預處理界面

預處理界面主要是為了實現(xiàn)對預處理區(qū)設備的監(jiān)控和遠程操作，其中主要包括粗格柵機、細格柵機、膜格柵機、沉淀池、污水提升泵機等。上述設備運行情況的監(jiān)控，主要實現(xiàn)的功能有:

（1）[endif]當操作員進入預處理界面后，可以控制預處理區(qū)設備的啟停操作，在進入監(jiān)控界面時設備的顏色代表目前設備的運行狀態(tài)，點擊設備對應的圖標會彈出設備操作按鈕，實現(xiàn)預處理區(qū)設備的啟動和停止。

（2）[endif]當普通人員進入預處理界面后，只能觀測現(xiàn)場設備運行情況及儀表數(shù)據(jù)，使用具有相應授權(quán)的用戶名和登錄密碼后，方能對設備進行啟?？刂?。

（3）[endif]預處理界面頂端的按鈕，能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)控畫面的轉(zhuǎn)換，但同樣需要在具有授權(quán)的條件下才能進行操作。

預處理區(qū)系統(tǒng)監(jiān)控界面如下所示:

?圖6-3膜格柵及旋流沉沙監(jiān)控界面

（3）MBR生化池界面

生化池和膜池是本課題污水處理工藝的重點區(qū)域，生化池監(jiān)控界面主要監(jiān)控對象是好氧區(qū)曝氣所需的鼓風機及其相關設備和儀表參數(shù)，因為生化池設備和結(jié)構(gòu)都是一樣，以其中1#生化池為例來進行簡單介紹。生化池監(jiān)控界面中設備主要包括鼓風機、污泥泵、污泥回流泵、PH計、溶解氧濃度計、液位計等，生化池監(jiān)控界面實現(xiàn)的主要功能如下：

（1）?[endif]對生化池中設備的運行狀況進行監(jiān)控。

（2）?[endif]可以根據(jù)MBR工藝要求，對生化池單個設備的啟停進行單獨控制。

（3）?[endif]單擊生化池設備圖框，可以彈出生化池設備的啟停按鈕和遠程/就地按鈕和|設備運行相關參數(shù)信息，實現(xiàn)遠程與就地操作的轉(zhuǎn)換。

（4）?[endif]單擊生化池監(jiān)控界面頂部的按鈕，可以實現(xiàn)廠區(qū)各個監(jiān)控界面之間的切換，單擊相應按鈕可實現(xiàn)2個生化池監(jiān)控界面之間的切換。

其中系統(tǒng)生化池監(jiān)控界面如下圖所示:

圖6-4生化池監(jiān)控界面

（4）MBR膜池界面

膜池監(jiān)控界面主要監(jiān)控對象是膜系統(tǒng)設備其相關設備和儀表參數(shù)，以其中1#膜池為例來進行簡單介紹。膜池監(jiān)控界面中設備包括產(chǎn)水泵、反洗泵、排空泵、剩余污泥泵、壓縮空氣及真空管路系統(tǒng)等，生化池監(jiān)控界面實現(xiàn)的主要功能如下：

[if !supportLists]（1）?[endif]對膜池中設備的運行狀況進行監(jiān)控。

[if !supportLists]（2）?[endif]可以根據(jù)MBR工藝要求，對膜池單個設備的啟停進行單獨控制。

[if !supportLists]（1）?[endif]單擊膜池設備圖框，可以彈出膜池設備的啟停按鈕和遠程/就地按鈕和|設備運行相關參數(shù)信息，實現(xiàn)遠程與就地操作的轉(zhuǎn)換。

[if !supportLists]（2）?[endif]單擊膜池監(jiān)控界面頂部的按鈕，可以實現(xiàn)廠區(qū)各個監(jiān)控界面之間的切換，單擊相應按鈕可實現(xiàn)2個膜池監(jiān)控界面之間的切換。

其中系統(tǒng)膜池監(jiān)控界面如下圖所示：

?? 圖6-4膜池監(jiān)控界面

圖6-5膜池參數(shù)監(jiān)控界面

3.4系統(tǒng)運行結(jié)果

在系統(tǒng)調(diào)試完成后，在保證水質(zhì)達標的前提下，確定了本系統(tǒng)的工藝參數(shù)和控制運行條件，使得該污水處理系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的運行。在本污水處理系統(tǒng)中，設計的污水進、實際出水水質(zhì)和排放指標如下：

名稱BOD5CODCrSSNH4+-NT-NTP

進水（mg/L）14025022030355

出水（mg/L）1040102150.4

處理程度（%）92.8849593.357.192

本控制系統(tǒng)自設計、安裝完成之后，先后進行了工藝過程、控制設備、監(jiān)控系統(tǒng)和軟件的一系列調(diào)試工作，并確定了系統(tǒng)運行的工藝參數(shù)，使得系統(tǒng)能夠達到設計目標穩(wěn)定運行，從試運行的結(jié)果來看，本控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：

1、污水處理工藝選擇得當，處理水質(zhì)效果好，高于國家出水指標。

2、監(jiān)控及控制系統(tǒng)功能完善，選用的控制設備質(zhì)量達標，平均故障率低，軟件編程靈活，控制站點通訊能力強，提高了系統(tǒng)運行的智能化程度。

3、污水排放參數(shù)是評價系統(tǒng)工藝流程和控制系統(tǒng)的最佳指標，該污水處理集散控制系統(tǒng)已經(jīng)通過各部門的驗收工作，投入運行后，得到了運行的高度認可和肯定。

系統(tǒng)從投入運行到到目前為止，系統(tǒng)一直處于穩(wěn)定運行階段，控制設備還沒有出現(xiàn)過故障，現(xiàn)場儀表數(shù)據(jù)和設備運行情況采集也很穩(wěn)定。

4結(jié)論與展望

本篇論文在污水處理工藝路程的基礎上，對城鎮(zhèn)污水處理廠電氣自控系統(tǒng)的流程及構(gòu)造進行介紹，對城鎮(zhèn)污水處理廠電氣自控系統(tǒng)中的電氣參數(shù)進行相應的計算，簡要概述了PLC技術在該系統(tǒng)設計中的使用情況，并對PLC控制裝置的型號進行了確定。其次對城鎮(zhèn)污水處理廠電氣自控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設計、硬件設進行了闡述，以期更好的完成污水處理廠電氣自控系統(tǒng)的設計，從而使污水處理廠中的操作人員能夠?qū)ξ鬯幚韽S中設備的運行狀況及相應的工藝參數(shù)進行實時的有效控制。

在本文提出的城鎮(zhèn)污水處理廠電氣自控系統(tǒng)的優(yōu)化設計中，主要使用的技術包含自動控制技術、PLC控制技術、遠程監(jiān)控技術以及電氣技術等于污水處理有關的先進技術。在整體的優(yōu)化設計中，主要的工作量為系統(tǒng)的電氣設計、自控系統(tǒng)的方控制方案設計、PLC硬件設計，IFIX組態(tài)軟件設計。

在本文提出的城鎮(zhèn)污水處理廠電氣自動控系統(tǒng)的優(yōu)化設計中，主要包含以下幾個方面：

[if !supportLists]（1）[endif]本文合實際的用電需求以及污水處理設備需求，著重的對污水廠內(nèi)的各個設備參數(shù)及功率做了詳細描述，對城鎮(zhèn)污水處理廠電氣負荷計算的設計做出了實例參考。

[if !supportLists]（2）[endif]介紹了健康城污水處理廠10kV高壓系統(tǒng)構(gòu)成及高低壓電房的設置，通過對污水處理廠電氣系統(tǒng)的選型設計進一步闡述綜保系統(tǒng)在整個高壓配電系統(tǒng)中所占的重要位置及發(fā)揮的作用。

[if !supportLists]（3）[endif]本文對城鎮(zhèn)污水處理廠自動化控制系統(tǒng)進行了詳盡描述，分析了健康城污水廠自控系統(tǒng)的作用，提出了健康城污水廠的的設計原則。

[if !supportLists]（4）[endif]根據(jù)經(jīng)濟性、可靠性原則以及系統(tǒng)所需的I/O點數(shù)需求，確定選用的PLC控制裝置型號。保證所選用的PLC控制裝置為全模塊化裝置，具有靈活性、穩(wěn)定的性的優(yōu)勢特點，且便于更新升級；

[if !supportLists]（5）[endif]利用IFIX組態(tài)軟件完成污水廠整體運行監(jiān)控界面，，達到了系統(tǒng)資源的最優(yōu)化配置，降低了污水處理成本。

另外，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的突飛猛進，可以展望在未來的某一天，我們可以直接通過互聯(lián)網(wǎng)來訪問污水處理廠的自動控制系統(tǒng)，只需要用戶名和密碼登錄即可遠程監(jiān)控全廠的設備。并將污水處理的相關數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡傳輸給上級部門進行管理。但我也看到本次設計中有很多不足，需要在以后的研究和工作中彌補：

（1） 由于自身經(jīng)歷電氣設計工程數(shù)量較少，對 PLC 編程軟件的掌握需要一定的過程，所以選項編程軟件的學習花費了不少時間。

（2）工程工期緊張，導致設計還有很多缺陷，這需要在系統(tǒng)運行中逐步完善。

（3）由于各方面的原因，安慶城東污水處理廠二期工程項目暫還處于獨立運行階段，我們將在后續(xù)的工作中將全廠一、二期工程的污水、污泥工藝自控系統(tǒng)聯(lián)成一個無縫的整體。

致謝

本論文在學校老師的悉心指導下完成的。老師淵博的專業(yè)知識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，嚴于律己、寬以待人的崇高風范，樸實無法、平易近人的人格魅力對本人影響深遠。不僅使本人樹立了遠大的學習目標、掌握了基本的研究方法，還使本人明白了許多為人處事的道理。因為老師指導，使我能夠靜靜地坐下來，在知識的海洋中吸取更多的營養(yǎng)，從而能夠為自己進一步加油。本次論文從選題到完成，每一步都是在導師的悉心指導下完成的，傾注了老師大量的心血。在此，謹向老師表示崇高的敬意和衷心的感謝！在寫論文的過程中，遇到了很多的問題，在老師的耐心指導下，問題都得以解決。所以在此，再次對老師道一聲：老師，謝謝您！希望老師身體健康，家庭幸福！

時光匆匆如流水，轉(zhuǎn)眼便是大學畢業(yè)時節(jié)，春夢秋云，聚散真容易。離校日期已日趨漸進，畢業(yè)論文的完成也隨之進入了尾聲。從開始進入課題到論文的順利完成，一直都離不開老師、同學、朋友給我熱情的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意！

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