基于機(jī)架式的PAC控制器實(shí)現(xiàn)垃圾填埋場(chǎng)污水滲漏管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在發(fā)達(dá)國(guó)家，每人每年平均產(chǎn)生0.5噸-1.25噸垃圾。但這些垃圾將堆在何處，根據(jù)美國(guó)環(huán)境保護(hù)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，預(yù)計(jì)在美國(guó)每年將產(chǎn)生2.51億噸固態(tài)垃圾，大約32.5%的垃圾是可回收或堆肥，12.5%的垃圾可焚燒，還有55% 的垃圾進(jìn)行填埋處理。在英國(guó)，垃圾填埋數(shù)據(jù)同樣在攀升。目前，英國(guó)大量的市政垃圾（超過(guò)85%）被送至垃圾填埋場(chǎng)。環(huán)境與發(fā)展問(wèn)題已成為全球普遍關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題，生活垃圾產(chǎn)量巨大、成分復(fù)雜、處理費(fèi)用龐大并極易對(duì)城鄉(xiāng)環(huán)境和區(qū)域土壤、水源、大氣環(huán)境產(chǎn)生破壞，令各國(guó)政府頭痛不已，生活垃圾已成為現(xiàn)代社會(huì)中各個(gè)國(guó)家和地方當(dāng)局所面臨的必須處理的首要大事和難題之一。

英國(guó)當(dāng)?shù)卣峁┙ㄔ炖盥駡?chǎng)的土地，處理家庭及其他類垃圾。但這些土地不會(huì)永久性成為垃圾填埋場(chǎng)。土地作為垃圾填埋場(chǎng)15年后，該土地必須完好無(wú) 損歸還。這便需要收集、處理、排除滲漏污水，在濕度大及雨水滲入垃圾的情況中會(huì)發(fā)生污水滲漏。當(dāng)水滲入固態(tài)垃圾中，它會(huì)造成污染（有機(jī)及無(wú)機(jī)化學(xué)物質(zhì)、金 屬、生物垃圾）并變成滲漏污水。城市垃圾污染加劇 我們每個(gè)人每天都會(huì)扔出許多垃圾，它們通常是先被送到堆放場(chǎng)，然后再送去填埋。據(jù)國(guó)家有關(guān)部門負(fù)責(zé)人披露，我國(guó)城市人均每年"產(chǎn)"垃圾440公斤；年均總"產(chǎn)量"1.5億噸。由于實(shí)施處理的垃圾只占總量的很少一部分，我國(guó)城市歷年積存下來(lái)的垃圾已達(dá)60億噸，侵占了5億多平方米土地；有1/4的城市已再無(wú)適當(dāng)場(chǎng)所堆放垃圾。

當(dāng)它到達(dá)地下水或公共下水道系統(tǒng)前，防漏及滲漏污水處理是極其關(guān)鍵的，不僅要保持垃圾填埋場(chǎng)的完善環(huán)境，還要服從管制 條約。例如1975年的有害垃圾沉淀事件，沒(méi)有達(dá)到規(guī)范，而導(dǎo)致巨額罰款。所以，負(fù)責(zé)垃圾填埋項(xiàng)目的自動(dòng)化及控制專家必須應(yīng)對(duì)滲漏污水，并確保建立的排水 參數(shù)，以順利排出污水。主要參數(shù)包括：

收集滲漏污水

遠(yuǎn)程監(jiān)控污水滲漏程度

從滲漏污水中去除甲烷及氮?dú)?/p>

控制滲漏污水PH值高于排入公共下水道系統(tǒng)的水

報(bào)警及任何關(guān)鍵事件

事件記錄及所有處理問(wèn)題數(shù)據(jù)收集

垃圾填埋場(chǎng)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程存檔

System Devices 系統(tǒng)設(shè)備公司， Opto 22集成商

位于英國(guó)的系統(tǒng)設(shè)備公司是Opto 22的系統(tǒng)集成商，提供自動(dòng)化系統(tǒng)，及技術(shù)支持。公司配備自動(dòng)化及監(jiān)控系統(tǒng)、管理控制及數(shù)據(jù)采集（SCADA）、SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，它可以應(yīng)用于電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過(guò)程控制等諸多領(lǐng)域。在電力系統(tǒng)以及電氣化鐵道上又稱遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過(guò)程控制與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。它可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號(hào)報(bào)警等各項(xiàng)功能。由于各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)CADA的要求不同，所以不同應(yīng)用領(lǐng)域的SCADA系統(tǒng)發(fā)展也不完全相同。 在電力系統(tǒng)中，SCADA系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛，技術(shù)發(fā)展也最為成熟。它作為能量管理系統(tǒng)（EMS系統(tǒng)）的一個(gè)最主要的子系統(tǒng)，有著信息完整、提高效率、正確掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、加快決策、能幫助快速診斷出系統(tǒng)故障狀態(tài)等優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已經(jīng)成為電力調(diào)度不可缺少的工具。它對(duì)提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性、安全性與經(jīng)濟(jì)效益，減輕調(diào)度員的負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)電力調(diào)度自動(dòng)化與現(xiàn)代化，提高調(diào)度的效率和水平中方面有著不可替代的作用。 機(jī)器人方面的專家。在近幾年，公司為多個(gè) 垃圾填埋工作提供控制系統(tǒng)，不僅滿足其當(dāng)前需要，而且非常靈活，無(wú)需改變軟硬件即可進(jìn)行擴(kuò)展。根據(jù)英國(guó)系統(tǒng)設(shè)備公司Darren Weissenborn所說(shuō)，這些滲漏污水管理系統(tǒng)均使用Opto 22 SNAP PAC可編程自動(dòng)化控制器及I/O作為關(guān)鍵組件，使垃圾填埋場(chǎng)操作人員與垃圾填埋相連接，連續(xù)控制，并從泵、閥門及其他分站、水池、控制中心、所有獨(dú)立站 點(diǎn)的設(shè)備獲得數(shù)據(jù)。

泵水及處理

垃圾填埋場(chǎng)非常龐大，沿著周邊常有一些不同種類耐用的、防刺穿合成塑料（例如高密度聚乙烯），用以確保堆集的垃圾不被雨水沖走，防止污染周圍土地或河 流。Weissenborn說(shuō)在Lancashire垃圾填埋場(chǎng)滲漏污水通過(guò)管道引入填埋場(chǎng)周圍的井中，再用水泵抽出后送回大型水池中，作為儲(chǔ)存和處理。 控制井內(nèi)液位防止溢出是非常有必要的，為此每個(gè)井配有各自的控制單元，帶I/O匯總?cè)缌髁考耙何粩?shù)據(jù)。

污水滲漏

特別地，位于Lancashire的垃圾填埋場(chǎng)的污水滲漏管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用基于機(jī)架式的PAC,作為主控制器。這 款控制器可連接以太網(wǎng)，允許進(jìn)入有線及無(wú)線的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)有效、廣泛的監(jiān)控與管理。該系統(tǒng)數(shù)字輸入包括電導(dǎo)傳感器界面及浮球開關(guān)，探測(cè)站點(diǎn)的液位。傳感器是一種物理裝置或生物器官，能夠探測(cè)、感受外界的信號(hào)、物理?xiàng)l件（如光、熱、濕度）或化學(xué)組成（如煙霧），并將探知的信息傳遞給其他裝置或器官。傳感器工作原理的分類物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)，磁致不同樣式的傳感器（16張）伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。被測(cè)信號(hào)量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。化學(xué)傳感器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器，被測(cè)信號(hào)量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。數(shù)字輸出 驅(qū)動(dòng)數(shù)十個(gè)控制閥門，像泵一般工作，驅(qū)散滲漏污水中的化學(xué)物質(zhì)。模擬輸入可追蹤PH值、化學(xué)罐數(shù)值、壓力值；而模擬輸出改變?cè)O(shè)備的操作工藝參數(shù)，如供料及 污泥泵。

"控制單元界面與每個(gè)泵相互協(xié)調(diào)",eissenborn說(shuō)。"它們與傳感器相連接，控制何時(shí)以及基于設(shè)定的液位泵多 久運(yùn)行一次。我們通過(guò)Modbus/TCP用無(wú)線以太網(wǎng)連接通訊，監(jiān)控溫度、液位、泵的狀態(tài)及任何錯(cuò)誤狀態(tài)，Modbus/TCP一種應(yīng)用層工業(yè)協(xié)議，我 們的設(shè)備與Opto 22硬件均支持這種協(xié)議".系統(tǒng)調(diào)節(jié)泵運(yùn)作，增加中和物質(zhì)，用PH調(diào)節(jié)劑提高或減弱PH值，或者治理水質(zhì)，防止輸送管被腐蝕、溶解，影響水的輸送。

如圖堤岸防止填埋場(chǎng)溢出污染環(huán)境

Weissenborn說(shuō)盡管監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集通過(guò)分布式控制單元操作，所有的控制由位于填埋控制中心的SNAP PAC主控器進(jìn)行控制。經(jīng)公司設(shè)計(jì)，控制器執(zhí)行最優(yōu)化操作，近距離調(diào)節(jié)水池與井中的液位，自動(dòng)決策其水量關(guān)系。例如，SNAP PAC提供壓力輸出給執(zhí)行開關(guān)（變速驅(qū)動(dòng)）設(shè)置泵的速度。根據(jù)水池與井的情況，選擇不同的差壓值可減慢或加速泵的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)液位在允許范圍內(nèi)，控制系統(tǒng)自動(dòng) 減速運(yùn)行。不僅優(yōu)化了操作，也延長(zhǎng)了填埋場(chǎng)中價(jià)格昂貴的泵的使用壽命。

磚墻在填埋場(chǎng)被設(shè)計(jì)為防溢出的，可承受污水滲漏。大多數(shù)污水滲漏處理代替了"堤岸"區(qū)域。Weissenborn說(shuō)，垃圾填埋場(chǎng)測(cè)試氨水液位及PH值?？刂葡到y(tǒng)調(diào)節(jié)泵運(yùn)作，增加中和物質(zhì)，用PH調(diào)節(jié)劑提高或減弱PH值，pH調(diào)節(jié)劑有：石灰、碳酸鈉、硫酸、二氧化硫、苛性鈉等?；蛘咧卫硭|(zhì)，防止輸送管被腐蝕、溶解，影響水的輸送。

人機(jī)界面及警報(bào)

模擬數(shù)字I/O端口通過(guò)Modbus /TCP與網(wǎng)絡(luò)開關(guān)無(wú)線連接，輸送數(shù)據(jù)給控制器

如Weissenborn所說(shuō)，如果填埋場(chǎng)發(fā)生超出規(guī)定操作范圍的情況，控制系統(tǒng) 獲取錯(cuò)誤并及時(shí)發(fā)出報(bào)警是極其重要的。因此，英國(guó)系統(tǒng)設(shè)備公司污水滲漏管理系統(tǒng)在一下情況會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)：低化學(xué)液位、不正常的閥門或泵狀態(tài)，泵動(dòng)作失 敗，危險(xiǎn)的PH值、甲烷以及氨水濃度。整個(gè)系統(tǒng)及報(bào)警都在填埋場(chǎng)控制中心的SCADA計(jì)算機(jī)的HMI屏幕可見(jiàn)，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到任何警報(bào)狀態(tài)，就記錄在計(jì)算機(jī)中，以校正問(wèn)題。對(duì)于外部報(bào)警，無(wú)論何時(shí)填埋場(chǎng)出現(xiàn)危機(jī)，如電力損失或者接觸開關(guān)動(dòng)作失敗，還有泵動(dòng)作失敗、低化學(xué)液位等，Opto 22 SNAP PAC控制器向指定手機(jī)發(fā)送短消息報(bào)警。PAC控制器結(jié)合了PLC固有的可靠性、堅(jiān)固性和分布特性，以及PC的處理器、內(nèi)存和軟件的優(yōu)勢(shì)，PAC隨著現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、通訊技術(shù)、控制技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展，PAC平臺(tái)是現(xiàn)代信息技術(shù)"3c"（computer、communication、control）的優(yōu)秀結(jié)合體。

獲取數(shù)據(jù)

通過(guò)安全的包圍整個(gè)站點(diǎn)的有線/無(wú)線以太網(wǎng)連接監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)情況，所有收集的數(shù)據(jù)記錄、存儲(chǔ)于SCADA計(jì)算機(jī)的硬盤中，它負(fù)責(zé)歷史數(shù)據(jù)的收集并滿足記錄。為了更好做到這點(diǎn)，英國(guó)系統(tǒng)設(shè)備有限公司設(shè)計(jì)了一種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，充分利用

SNAP PAC雙以太網(wǎng)界面

"我們已成功分割我們的網(wǎng)絡(luò)，使用一個(gè)控制器的以太網(wǎng)口，專用于監(jiān)測(cè)與控制，以太網(wǎng)（Ethernet）指的是由Xerox公司創(chuàng)建并由Xerox、Intel和DEC公司聯(lián)合開發(fā)的基帶局域網(wǎng)規(guī)范，是當(dāng)今現(xiàn)有局域網(wǎng)采用的最通用的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。以太網(wǎng)絡(luò)使用CSMA/CD（載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)及沖突檢測(cè)）技術(shù)，并以10M/S的速率運(yùn)行在多種類型的電纜上。以太網(wǎng)與IEEE802·3系列標(biāo)準(zhǔn)相類似。其余的控制器用于與計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)庫(kù)通 訊，"Weissenborn說(shuō)。"這個(gè)設(shè)計(jì)提供了更好的網(wǎng)絡(luò)流量管理，并降低了建立嵌入式防火墻的風(fēng)險(xiǎn)，防火墻將填埋場(chǎng)與病毒或其他可能進(jìn)入公司網(wǎng)絡(luò)的 威脅相隔離。

遠(yuǎn)程連接

遠(yuǎn)程連接顧名思義就是在遠(yuǎn)程連接另外一臺(tái)計(jì)算機(jī)。當(dāng)某臺(tái)計(jì)算機(jī)開啟了遠(yuǎn)程桌面連接功能后我們就可以在網(wǎng)絡(luò)的另一端控制這臺(tái)計(jì)算機(jī)了，通過(guò)遠(yuǎn)程桌面功能我們可以實(shí)時(shí)的操作這臺(tái)計(jì)算機(jī)，在上面安裝軟件，運(yùn)行程序，所有的一切都好像是直接在該計(jì)算機(jī)上操作一樣。這就是遠(yuǎn)程桌面的最大功能，通過(guò)該功能網(wǎng)絡(luò)管理 員可以在家中安全的控制單位的服務(wù)器，而且由于該功能是系統(tǒng)內(nèi)置的所以比其他第三方遠(yuǎn)程控制工具使用更方便更靈活。

垃圾填埋場(chǎng)操作人員必須確定自動(dòng)化系統(tǒng)不僅可以最優(yōu)化管理污水滲漏，而且還可以匯總確認(rèn)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是排出和疏散污染物的標(biāo)準(zhǔn)，、而不能在未達(dá)標(biāo)時(shí) 排入公共下水道系統(tǒng)。由于填埋場(chǎng)遠(yuǎn)離居民住宅區(qū)，這些自動(dòng)化系統(tǒng)必須提供安全的、遠(yuǎn)程連接相關(guān)責(zé)任人員。為了滿足這需求，英國(guó)系統(tǒng)設(shè)備有限公司一旦發(fā)生問(wèn) 題，系統(tǒng)將發(fā)送短消息通知員工，并通過(guò)ADSL寬帶以及安全虛擬網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)軟件遠(yuǎn)程連接。通過(guò)這個(gè)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)任何故障問(wèn)題的糾正及原因鑒別。

"如今我們擁有污水滲漏管理系統(tǒng)，我們?cè)O(shè)計(jì)了控制程序，定義了操作參數(shù)，覆蓋了填埋場(chǎng)整個(gè)設(shè)備及儀 器，"Weissenborn說(shuō)。"系統(tǒng)也為我們提供歷史數(shù)據(jù)，長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，優(yōu)勢(shì)在于它是可組合、適應(yīng)性強(qiáng)的，因此我們能夠簡(jiǎn)便地為其他填 埋場(chǎng)客戶制定系統(tǒng)、對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行變動(dòng)。