3.3城镇污水处理厂电气自控系统的软件设计
3.3.1上位机组态软件
上位机主要给用户提供设备远程操控和数据显示的界面，在集散控制系统中充当远程虚拟管理员的角色，是自动控制系统的可视化部分，完成人机信息交互。上位机系统通过网络技术实现上位机与底层设备的数据、指令传输，完成对现场设备的远程操作，实现对生产现场的无人监控，大大提高了生产效率和可靠性。本课题中，选用GE的上位机组态软件IFIX6.x来进行监控界面的设计，实现生产现场的可视化。
3.3.2IFIX组态软件
上位机软件由控制设备厂商自行开发，用于显示系统采集到的数据和设备运. 行状态，是控制系统监控界面的开发平台。国内外专业组态软件主要有:美国Wonderware公司的InTouch、通用电气公司(GE) 的IFIX、澳大利亚悉雅特公司的Citect、艾斯苯公司的InfoPlus、德国西门子公司的Wincc等。在GE公司的IFIX组态软件中，Intellution提供给用户强大的组态功能，将FIX原有的脚本语言改为VBA (Visual Basic For Application)，并且在内部集成了微软的VBA脚本语言开发环境。为了解决系统兼容的问题,软件提供了FIXDesktop程序，用户可以直接在其中运行IFIX程序，并且软件与Microsoft的操作系统和网络完成了良好的集成，与其他组态软件相比，IFIX 主要有以下几个优点:
[if !supportLists]（1）[endif]易于集成和扩展。使用形象直观的图符工具，用户可以迅速上手，创建自控系统的监控画面。软件特有的灵活性，便于系统的集成和升级。
[if !supportLists]（2）[endif]分布式网络结构。IFIX提供系统分布式、C/S、B/S 架构，提高控制系统的扩展性。无论是客户端还是主机都可运行在单一计算机，或是网络复杂的分布式多客户端和多主机数据采集和控制系统，软件都能保证其优异的性能。
[if !supportLists]（3）[endif]SCADA服务器。IFIX能够关联到物理I/O点，直接从设备上采集数据, 支持用户在线添加数据功能块，这是区别于其他组态软件的一个地方。
[if !supportLists]（4）[endif]IclientTS 是具有Iclient功能的瘦客户端，它采用了微软的Windows 2000终端服务技术。通过系统VBA脚本和ActiveX 控件，系统可以访问系统中任意SCADA服务器的数据。
[if !supportLists]（5）[endif]IFIX分布式、客户/服务器结构，便于用户灵活构造服务器和客户端。网络中数据采集都是通过SCADA节点标签名、数据域和数据I/O地址来判别。
正是基于上述优点和生产现场的实际情况，本课题选用通用电气的组态软件IFIX来作为上位机监控界面的设计平台，采用IFIX的GE 9驱动来实进行SCADA组态。
3.3.3系统监控界面设计
根据上位机友好界面设计标准，本课题中系统监控界面设计参考如下:
1、所有界面都选择淡蓝色作为背景色，让现场操作人员不会因长时间工作引起视觉疲劳。
2、界面上所有设备和信号指示灯都采用三种颜色来显示，其中红色代表关闭状态，绿色代表运行状态，黄色代表设备故障，方便操作人员及时区分设备的工作状态。
3、监控界面采用分层设计，分为系统主界面和过程界面，单击过程界面上设备图标，能够弹出该设置操作按钮供操作人员操作，简单快捷。
4、界面所有按钮都采用凸起效果,在操作过程中很能容易区分按钮是否按下，适当采取动画效果，方便操作人员更加直观的观察设备运行状态。
[if !supportLists]（1）[endif]总体流程图
总体流程图是登录后的主界面，它主要是反应了生产现场的设备大概分布和性产工艺流程，方便工作人员的操作，总体流程图实现的功能如下:
①通过总体流程图界面顶部的标签按钮进行系统监控界面的更换。
②通过总体流程图了解生产现场各生产区域设备运行情况，方便工作人员在尽早处理各个报警消息。
③通过双击画面上的各个设备图标，可以进入相应的设备运行监控操作画面。
其中，本课题的系统整个工艺过程如下所示:
图6-1健康城污水处理厂工艺过程系统图
(2）预处理界面
预处理界面主要是为了实现对预处理区设备的监控和远程操作，其中主要包括粗格栅机、细格栅机、膜格栅机、沉淀池、污水提升泵机等。上述设备运行情况的监控，主要实现的功能有:
（1）[endif]当操作员进入预处理界面后，可以控制预处理区设备的启停操作，在进入监控界面时设备的颜色代表目前设备的运行状态，点击设备对应的图标会弹出设备操作按钮，实现预处理区设备的启动和停止。
（2）[endif]当普通人员进入预处理界面后，只能观测现场设备运行情况及仪表数据，使用具有相应授权的用户名和登录密码后，方能对设备进行启停控制。
（3）[endif]预处理界面顶端的按钮，能够实现监控画面的转换，但同样需要在具有授权的条件下才能进行操作。
预处理区系统监控界面如下所示:
图6-3膜格栅及旋流沉沙监控界面
（3）MBR生化池界面
生化池和膜池是本课题污水处理工艺的重点区域，生化池监控界面主要监控对象是好氧区曝气所需的鼓风机及其相关设备和仪表参数，因为生化池设备和结构都是一样，以其中1#生化池为例来进行简单介绍。生化池监控界面中设备主要包括鼓风机、污泥泵、污泥回流泵、PH计、溶解氧浓度计、液位计等，生化池监控界面实现的主要功能如下：
（1） [endif]对生化池中设备的运行状况进行监控。
（2） [endif]可以根据MBR工艺要求，对生化池单个设备的启停进行单独控制。
（3） [endif]单击生化池设备图框，可以弹出生化池设备的启停按钮和远程/就地按钮和|设备运行相关参数信息，实现远程与就地操作的转换。
（4） [endif]单击生化池监控界面顶部的按钮，可以实现厂区各个监控界面之间的切换，单击相应按钮可实现2个生化池监控界面之间的切换。
其中系统生化池监控界面如下图所示:
图6-4生化池监控界面
（4）MBR膜池界面
膜池监控界面主要监控对象是膜系统设备其相关设备和仪表参数，以其中1#膜池为例来进行简单介绍。膜池监控界面中设备包括产水泵、反洗泵、排空泵、剩余污泥泵、压缩空气及真空管路系统等，生化池监控界面实现的主要功能如下：
[if !supportLists]（1） [endif]对膜池中设备的运行状况进行监控。
[if !supportLists]（2） [endif]可以根据MBR工艺要求，对膜池单个设备的启停进行单独控制。
[if !supportLists]（1） [endif]单击膜池设备图框，可以弹出膜池设备的启停按钮和远程/就地按钮和|设备运行相关参数信息，实现远程与就地操作的转换。
[if !supportLists]（2） [endif]单击膜池监控界面顶部的按钮，可以实现厂区各个监控界面之间的切换，单击相应按钮可实现2个膜池监控界面之间的切换。
其中系统膜池监控界面如下图所示：
图6-4膜池监控界面
图6-5膜池参数监控界面
3.4系统运行结果
在系统调试完成后，在保证水质达标的前提下，确定了本系统的工艺参数和控制运行条件，使得该污水处理系统能够稳定的运行。在本污水处理系统中，设计的污水进、实际出水水质和排放指标如下：
名称BOD5CODCrSSNH4+-NT-NTP
进水（mg/L）14025022030355
出水（mg/L）1040102150.4
处理程度（%）92.8849593.357.192
本控制系统自设计、安装完成之后，先后进行了工艺过程、控制设备、监控系统和软件的一系列调试工作，并确定了系统运行的工艺参数，使得系统能够达到设计目标稳定运行，从试运行的结果来看，本控制系统具有以下优点：
1、污水处理工艺选择得当，处理水质效果好，高于国家出水指标。
2、监控及控制系统功能完善，选用的控制设备质量达标，平均故障率低，软件编程灵活，控制站点通讯能力强，提高了系统运行的智能化程度。
3、污水排放参数是评价系统工艺流程和控制系统的最佳指标，该污水处理集散控制系统已经通过各部门的验收工作，投入运行后，得到了运行的高度认可和肯定。
系统从投入运行到到目前为止，系统一直处于稳定运行阶段，控制设备还没有出现过故障，现场仪表数据和设备运行情况采集也很稳定。
4结论与展望
本篇论文在污水处理工艺路程的基础上，对城镇污水处理厂电气自控系统的流程及构造进行介绍，对城镇污水处理厂电气自控系统中的电气参数进行相应的计算，简要概述了PLC技术在该系统设计中的使用情况，并对PLC控制装置的型号进行了确定。其次对城镇污水处理厂电气自控系统的总体结构设计、硬件设进行了阐述，以期更好的完成污水处理厂电气自控系统的设计，从而使污水处理厂中的操作人员能够对污水处理厂中设备的运行状况及相应的工艺参数进行实时的有效控制。
在本文提出的城镇污水处理厂电气自控系统的优化设计中，主要使用的技术包含自动控制技术、PLC控制技术、远程监控技术以及电气技术等于污水处理有关的先进技术。在整体的优化设计中，主要的工作量为系统的电气设计、自控系统的方控制方案设计、PLC硬件设计，IFIX组态软件设计。
在本文提出的城镇污水处理厂电气自动控系统的优化设计中，主要包含以下几个方面：
[if !supportLists]（1）[endif]本文合实际的用电需求以及污水处理设备需求，着重的对污水厂内的各个设备参数及功率做了详细描述，对城镇污水处理厂电气负荷计算的设计做出了实例参考。
[if !supportLists]（2）[endif]介绍了健康城污水处理厂10kV高压系统构成及高低压电房的设置，通过对污水处理厂电气系统的选型设计进一步阐述综保系统在整个高压配电系统中所占的重要位置及发挥的作用。
[if !supportLists]（3）[endif]本文对城镇污水处理厂自动化控制系统进行了详尽描述，分析了健康城污水厂自控系统的作用，提出了健康城污水厂的的设计原则。
[if !supportLists]（4）[endif]根据经济性、可靠性原则以及系统所需的I/O点数需求，确定选用的PLC控制装置型号。保证所选用的PLC控制装置为全模块化装置，具有灵活性、稳定的性的优势特点，且便于更新升级；
[if !supportLists]（5）[endif]利用IFIX组态软件完成污水厂整体运行监控界面，，达到了系统资源的最优化配置，降低了污水处理成本。
另外，随着互联网技术的突飞猛进，可以展望在未来的某一天，我们可以直接通过互联网来访问污水处理厂的自动控制系统，只需要用户名和密码登录即可远程监控全厂的设备。并将污水处理的相关数据通过网络传输给上级部门进行管理。但我也看到本次设计中有很多不足，需要在以后的研究和工作中弥补：
（1） 由于自身经历电气设计工程数量较少，对 PLC 编程软件的掌握需要一定的过程，所以选项编程软件的学习花费了不少时间。
（2）工程工期紧张，导致设计还有很多缺陷，这需要在系统运行中逐步完善。
（3）由于各方面的原因，安庆城东污水处理厂二期工程项目暂还处于独立运行阶段，我们将在后续的工作中将全厂一、二期工程的污水、污泥工艺自控系统联成一个无缝的整体。
致谢
本论文在学校老师的悉心指导下完成的。老师渊博的专业知识、严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严于律己、宽以待人的崇高风范，朴实无法、平易近人的人格魅力对本人影响深远。不仅使本人树立了远大的学习目标、掌握了基本的研究方法，还使本人明白了许多为人处事的道理。因为老师指导，使我能够静静地坐下来，在知识的海洋中吸取更多的营养，从而能够为自己进一步加油。本次论文从选题到完成，每一步都是在导师的悉心指导下完成的，倾注了老师大量的心血。在此，谨向老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！在写论文的过程中，遇到了很多的问题，在老师的耐心指导下，问题都得以解决。所以在此，再次对老师道一声：老师，谢谢您！希望老师身体健康，家庭幸福！
时光匆匆如流水，转眼便是大学毕业时节，春梦秋云，聚散真容易。离校日期已日趋渐进，毕业论文的完成也随之进入了尾声。从开始进入课题到论文的顺利完成，一直都离不开老师、同学、朋友给我热情的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！
参考文献
[1]吴建章. 基于PLC污水处理厂电气控制系统的设计[D].武汉理工大学,2015.
[2]张亮. 城市生活污水处理厂电气和控制系统的节能优化研究[D].北京建筑大学,2017.
[3]武雅琼. 分时分区采暖建筑热负荷计算及围护结构优化[D].西安建筑科技大学,2015.
[4]姚尧,郑大宇.周转箱的负荷计算与保温层优化研究[J].冷藏技术,2017,40(02):50-53.
[5]刘安.电气工程自控系统在污水处理工艺中的运用探索[J].集成电路应用,2018,35(05):84-86.
[6]刘芹.小城镇污水处理厂电气自控设计[J].自动化应用,2018(08):139-140.
[7]梁雄伟. 阿什河流域滨岸缓冲带结构设计及功能强化技术[D].哈尔滨工业大学,2017.
[8]张庆辉. 直喷式柴油机燃烧噪声机理及优化方法研究[D].浙江大学,2017.
[9]范波. 基于能流分析的空调系统运行和控制水平评估方法研究[D].上海交通大学,2014.
[10]李维刚,刘超,卞皓,刘相华.热连轧机负荷分配优化计算策略[J].钢铁研究学报,2017,29(05):391-396.
[11]马庆奎.城市生活污水处理电气自控系统的设计与实现[J].城市建设理论研究(电子版),2017(13):220-221.
[12]贝建宏.城市生活污水处理电气自控系统的设计与实现[J].科技展望,2015,25(36):89.
[13]覃智君,侯云鹤,李大虎,王冲,彭超逸,文劲宇.输电网负荷恢复方案的优化计算方法[J].电工技术学报,2016,31(08):116-124.
[14]夏小永.开滦污水处理单位电力负荷计算与节能优化控制[J].电子测试,2014(10):29-30.
[15]黄旭兴.电气自控系统在污水处理厂的运用[J].通讯世界,2014(16):133-134.
[16]李大勇. 瓦房店岭东污水处理厂电气及自控系统设计[D].吉林大学,2015.
[17]Akbar Esmaeili,Betsabe Saremnia. Comparison study of adsorption and nanofiltration methods for removal of total petroleum hydrocarbons from oil-field wastewater[J]. Journal of Petroleum Science and Engineering,2018,171.
[18]L. Ponce-Robles,M.I. Polo-López,I. Oller,J.A. Garrido-Cardenas,S. Malato. Practical approach to the evaluation of industrial wastewater treatment by the application of advanced microbiological techniques[J]. Ecotoxicology and Environmental Safety,2018,166.
[19]简文星.智能建筑电气自动化系统优化设计[J].建材与装饰,2018(16).
[20]李轩.氧化沟工艺污水处理厂的优化设计[J].江西建材,2017(1):252-253.
[21]Xinlei Zhang,Dan Shao,Wei Lyu,Guoqiang Tan,Huijun Ren. Utilizing discarded SiC heating rod to fabricate SiC/Sb-SnO 2 anode for electrochemical oxidation of wastewater[J]. Chemical Engineering Journal,2018.
[22]Thiago Bressani-Ribeiro,Cesar Rossas Mota Filho,Vanessa Rodrigues de Melo,Fábio José Bianchetti,Carlos Augusto de Lemos Chernicharo. Planning for achieving low carbon and integrated resources recovery from sewage treatment plants in Minas Gerais, Brazil[J]. Journal of Environmental Management,2019,242.
[23]董姗燕,李咏梅,池春榕等.基于活性污泥数学模型(ASM_s)的污水处理系统不确定性分析研究进展[J].化工进展,2017(12):338-344.
[24]田宇心，李冰，胡志荣，邱勇.改良Bardenpho污水处理工艺优化设计与极限脱氮分析[C]// 2017中国环境科学学会科学与技术年会.
[25]Finnian Freeling,Nikiforos A. Alygizakis,Peter von der Ohe,Jaroslav Slobodnik,Peter Oswald,Reza Aalizadeh,Lubos Cirka,Nikolaos S. Thomaidis,Marco Scheurer. Occurrence and potential environmental risk of surfactants and their transformation products discharged by wastewater treatment plants[J]. Science of the Total Environment,2019.
[26]罗宝记.污水处理厂的环保节能问题及对策[J].山东工业技术,2017(1):14-14.
[27]邓磊,侯晓庆,吴念鹏.MBR+高级氧化工艺在高排放标准污水处理厂中的应用[J].给水排水,2017(8).
[28]冷湘梓,钱新 高海龙等.基于非线性规划模型的低污染水湿地净化方案优化技术[J].环境科学与技术,v.40(02):190-194.
[29]黄连芝,谢静,刘志勇,徐章,杨军,樊雪莲,汪华林,杨雪晶.瑞士PILLS项目情况及简介[J].中国公共卫生:1-5.
[30]宋阳,姜成英,王爱杰,刘双江.城市污水处理厂活性污泥生物泡沫研究进展[J/OL].微生物学通报:1-22[2019-05-16].https://doi.org/10.13344/j.microbiol.china.190207.