一 引言
随着人民生活水平的提高和可持续发展战略的需要，污水处理越来越受到社会的重视。污水处理既可以起到环保作用，又可以实现水的重复利用，节约水资源。为了提高污水处理的质量和效率，同时节省人力、物力，设计一套自动化监控系统是十分必要的。本文以郓城县污水处理厂为例，介绍了中小型污水处理厂自动化监控系统的整体设计方案。
二 本系统污水处理工艺介绍
郓城县污水处理厂采用倒置A2/O处理工艺(如图1)，A2/O工艺，是目前较为流行的具有一定代表性的污水生物脱氮除磷技术。该工艺的生化部分由厌氧（A1） 、缺氧（A2） 、好氧（O） 三区段组成。其中A1 区位于工艺的最前端,A2区、O区顺居其后,形成所谓A1/A2/O布置形式。1996年张波博士首先提出厌氧/缺氧环境倒置的A2/O工艺，即A2/A1/O布置形式,并为该工艺在理论上做出了科学分析。经过多年的系统研究，证实了该工艺不仅在脱氮除磷效果方面优于常规的A2/O工艺，而且工艺流程更为简捷；毕学军博士在此基础上进一步完善了已有的理论，同时探讨了生产性规模运用的可行性，确定了恰当的工艺运行参数，指出各区段有效容积比：A2/A1/O为1:1:2。实践经验表明，倒置A2/O工艺的氮磷脱除功能明显优于常规A2/O工艺，其CODCr去除能力则与常规A2/O工艺相当。
污水处理总体工艺流程如图2所示。
三 系统整体设计
本系统以OMRON公司的CJ1M和SIEMENS公司的S7-300、S7-200 PLC作为数据采集及控制单元，配合各种检测仪表和控制设备对污水的液位、流量、pH值、温度及溶解氧浓度等控制量进行数据采集，同时，按照控制要求对各个现场设备如粗细格栅、提升泵、鼓风机等进行相应控制。本系统根据工艺流程和控制要求设立了5个分布站，各站通过以太网与上位机相连。上位机通过亚控公司的组态王和各站进行数据交换，从而实现集中控制。
整个监控系统分为三部分:一是现场数据采集部分，完成数据采集功能；二是现场控制单元，分现场控制柜和PLC站，现场控制柜主要完成手动控制，PLC站主要完成数据处理、自动控制及通讯功能；三是上位监控部分，主要监视现场各工艺流程运行状况并实施远程控制功能。
四 系统硬件结构
根据污水处理的工艺要求及现场环境，本系统主要采用了工业控制计算机（IPC）+可编程控制器（PLC）+现场检测仪表的监控模式。本控制系统通过现场检测仪表采集工艺参数，PLC作为主要现场控制单元，根据污水处理工艺流程读取现场仪表信号及各被控设备状态信号，同时将控制信号传至各控制设备。利用IPC作为上位机，进行复杂的数据处理。通过工业以太网将各控制站、中央控制室的工程师站相连，形成一个完整的通讯网络，实现监控。整个自动化监控系统构成SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系统，完成数据采集、处理、监视及对现场设备进行控制的功能。
整个系统由中央控制室、各分布PLC控制站和现场仪表及电控柜构成三级监控网络。系统结构如图3所示。
图3 系统结构图
本系统中，组态王通过网卡以TCP/IP协议与三种不同型号PLC--OMRON CJ1M，SIEMENS S7-300和S7-200通信。PLC的以太网口通过光纤连到以太网交换机，工控机通过普通网卡与交换机相连，从而实现各分站PLC与监控计算机之间的数据通讯，两台监控计算机之间也可以通过网络传递数据以及打印报表等。网络通讯结构图如图4所示。
图4网络通讯结构图
五 系统软件设计
本监控系统软件设计主要包含PLC程序开发和上位监控界面的开发。
1 PLC编程软件
PLC编程软件采用欧姆龙公司的编程组态软件CX-Programmer 7.0，适用于OMRON各系列的PLC，它可完成用户程序的建立、编辑、检查、调试以及监控，同时还具有完善的维护功能，使得程序的开发及系统的维护更为简单、快捷。能够在Windows 2000或Windows XP平台运行，具备如硬件的配置和参数设置、通信的定义、编程、测试、启动和服务、文档/存档、操作/诊断功能等基本功能，所有这些功能均有详细的联机帮助，以便用户掌握。采用结构化、多任务的编程方式，支持梯形图（LAD）、语句表（STL）、结构文本语言、功能块（FB）等符合IEC的编程方式。图5为系统硬件组态图。
图5 硬件组态
2 上位监控组态软件
目前流行的组态软件很多，如INTOUCH、iFIX、WINCC、组态王等，其中组态王6.52性价比高，网络通信功能比较完善，能够很好地满足本系统的要求，故采用它来开发上位监控界面（如图6所示）。
图6 工艺流程上位监控画面
六 结束语
本文在分析了污水处理的基本原理的基础上设计控制方案，并将先进的智能控制策略应用于污水处理系统，提高了污水处理厂的生产效率，降低了能耗。针对污水处理的自动化监控系统的研究可以为污水处理厂的技术改造提供科学的方法和理论依据，也可以为污水处理设备的开发研制和创新提供理论基础和研究方法。