基于机架式的PAC控制器实现垃圾填埋场污水渗漏管理系统的设计

在发达国家，每人每年平均产生0.5吨-1.25吨垃圾。但这些垃圾将堆在何处，根据美国环境保护协会统计，预计在美国每年将产生2.51亿吨固态垃圾，大约32.5%的垃圾是可回收或堆肥，12.5%的垃圾可焚烧，还有55% 的垃圾进行填埋处理。在英国，垃圾填埋数据同样在攀升。目前，英国大量的市政垃圾（超过85%）被送至垃圾填埋场。环境与发展问题已成为全球普遍关注的焦点问题，生活垃圾产量巨大、成分复杂、处理费用庞大并极易对城乡环境和区域土壤、水源、大气环境产生破坏，令各国政府头痛不已，生活垃圾已成为现代社会中各个国家和地方当局所面临的必须处理的首要大事和难题之一。

英国当地政府提供建造垃圾填埋场的土地，处理家庭及其他类垃圾。但这些土地不会永久性成为垃圾填埋场。土地作为垃圾填埋场15年后，该土地必须完好无 损归还。这便需要收集、处理、排除渗漏污水，在湿度大及雨水渗入垃圾的情况中会发生污水渗漏。当水渗入固态垃圾中，它会造成污染（有机及无机化学物质、金 属、生物垃圾）并变成渗漏污水。城市垃圾污染加剧 我们每个人每天都会扔出许多垃圾，它们通常是先被送到堆放场，然后再送去填埋。据国家有关部门负责人披露，我国城市人均每年"产"垃圾440公斤；年均总"产量"1.5亿吨。由于实施处理的垃圾只占总量的很少一部分，我国城市历年积存下来的垃圾已达60亿吨，侵占了5亿多平方米土地；有1/4的城市已再无适当场所堆放垃圾。

当它到达地下水或公共下水道系统前，防漏及渗漏污水处理是极其关键的，不仅要保持垃圾填埋场的完善环境，还要服从管制 条约。例如1975年的有害垃圾沉淀事件，没有达到规范，而导致巨额罚款。所以，负责垃圾填埋项目的自动化及控制专家必须应对渗漏污水，并确保建立的排水 参数，以顺利排出污水。主要参数包括：

收集渗漏污水

远程监控污水渗漏程度

从渗漏污水中去除甲烷及氮气

控制渗漏污水PH值高于排入公共下水道系统的水

报警及任何关键事件

事件记录及所有处理问题数据收集

垃圾填埋场数据远程存档

System Devices 系统设备公司， Opto 22集成商

位于英国的系统设备公司是Opto 22的系统集成商，提供自动化系统，及技术支持。公司配备自动化及监控系统、管理控制及数据采集（SCADA）、SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系统，即数据采集与监视控制系统。SCADA系统的应用领域很广，它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统。SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。由于各个应用领域对SCADA的要求不同，所以不同应用领域的SCADA系统发展也不完全相同。 在电力系统中，SCADA系统应用最为广泛，技术发展也最为成熟。它作为能量管理系统（EMS系统）的一个最主要的子系统，有着信息完整、提高效率、正确掌握系统运行状态、加快决策、能帮助快速诊断出系统故障状态等优势，现已经成为电力调度不可缺少的工具。它对提高电网运行的可靠性、安全性与经济效益，减轻调度员的负担，实现电力调度自动化与现代化，提高调度的效率和水平中方面有着不可替代的作用。 机器人方面的专家。在近几年，公司为多个 垃圾填埋工作提供控制系统，不仅满足其当前需要，而且非常灵活，无需改变软硬件即可进行扩展。根据英国系统设备公司Darren Weissenborn所说，这些渗漏污水管理系统均使用Opto 22 SNAP PAC可编程自动化控制器及I/O作为关键组件，使垃圾填埋场操作人员与垃圾填埋相连接，连续控制，并从泵、阀门及其他分站、水池、控制中心、所有独立站 点的设备获得数据。

泵水及处理

垃圾填埋场非常庞大，沿着周边常有一些不同种类耐用的、防刺穿合成塑料（例如高密度聚乙烯），用以确保堆集的垃圾不被雨水冲走，防止污染周围土地或河 流。Weissenborn说在Lancashire垃圾填埋场渗漏污水通过管道引入填埋场周围的井中，再用水泵抽出后送回大型水池中，作为储存和处理。 控制井内液位防止溢出是非常有必要的，为此每个井配有各自的控制单元，带I/O汇总如流量及液位数据。

污水渗漏

特别地，位于Lancashire的垃圾填埋场的污水渗漏管理系统，该系统使用基于机架式的PAC,作为主控制器。这 款控制器可连接以太网，允许进入有线及无线的网络，实现有效、广泛的监控与管理。该系统数字输入包括电导传感器界面及浮球开关，探测站点的液位。传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置或器官。传感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致不同样式的传感器（16张）伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。数字输出 驱动数十个控制阀门，像泵一般工作，驱散渗漏污水中的化学物质。模拟输入可追踪PH值、化学罐数值、压力值；而模拟输出改变设备的操作工艺参数，如供料及 污泥泵。

"控制单元界面与每个泵相互协调",eissenborn说。"它们与传感器相连接，控制何时以及基于设定的液位泵多 久运行一次。我们通过Modbus/TCP用无线以太网连接通讯，监控温度、液位、泵的状态及任何错误状态，Modbus/TCP一种应用层工业协议，我 们的设备与Opto 22硬件均支持这种协议".系统调节泵运作，增加中和物质，用PH调节剂提高或减弱PH值，或者治理水质，防止输送管被腐蚀、溶解，影响水的输送。

如图堤岸防止填埋场溢出污染环境

Weissenborn说尽管监控和数据采集通过分布式控制单元操作，所有的控制由位于填埋控制中心的SNAP PAC主控器进行控制。经公司设计，控制器执行最优化操作，近距离调节水池与井中的液位，自动决策其水量关系。例如，SNAP PAC提供压力输出给执行开关（变速驱动）设置泵的速度。根据水池与井的情况，选择不同的差压值可减慢或加速泵的运动。当液位在允许范围内，控制系统自动 减速运行。不仅优化了操作，也延长了填埋场中价格昂贵的泵的使用寿命。

砖墙在填埋场被设计为防溢出的，可承受污水渗漏。大多数污水渗漏处理代替了"堤岸"区域。Weissenborn说，垃圾填埋场测试氨水液位及PH值。控制系统调节泵运作，增加中和物质，用PH调节剂提高或减弱PH值，pH调节剂有：石灰、碳酸钠、硫酸、二氧化硫、苛性钠等。或者治理水质，防止输送管被腐蚀、溶解，影响水的输送。

人机界面及警报

模拟数字I/O端口通过Modbus /TCP与网络开关无线连接，输送数据给控制器

如Weissenborn所说，如果填埋场发生超出规定操作范围的情况，控制系统 获取错误并及时发出报警是极其重要的。因此，英国系统设备公司污水渗漏管理系统在一下情况会自动发出警报：低化学液位、不正常的阀门或泵状态，泵动作失 败，危险的PH值、甲烷以及氨水浓度。整个系统及报警都在填埋场控制中心的SCADA计算机的HMI屏幕可见，系统监测到任何警报状态，就记录在计算机中，以校正问题。对于外部报警，无论何时填埋场出现危机，如电力损失或者接触开关动作失败，还有泵动作失败、低化学液位等，Opto 22 SNAP PAC控制器向指定手机发送短消息报警。PAC控制器结合了PLC固有的可靠性、坚固性和分布特性，以及PC的处理器、内存和软件的优势，PAC随着现代化计算机软硬件技术、通讯技术、控制技术的发展而不断发展，PAC平台是现代信息技术"3c"（computer、communication、control）的优秀结合体。

获取数据

通过安全的包围整个站点的有线/无线以太网连接监测现场情况，所有收集的数据记录、存储于SCADA计算机的硬盘中，它负责历史数据的收集并满足记录。为了更好做到这点，英国系统设备有限公司设计了一种网络架构，充分利用

SNAP PAC双以太网界面

"我们已成功分割我们的网络，使用一个控制器的以太网口，专用于监测与控制，以太网（Ethernet）指的是由Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范，是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。以太网络使用CSMA/CD（载波监听多路访问及冲突检测）技术，并以10M/S的速率运行在多种类型的电缆上。以太网与IEEE802·3系列标准相类似。其余的控制器用于与计算机及数据库通 讯，"Weissenborn说。"这个设计提供了更好的网络流量管理，并降低了建立嵌入式防火墙的风险，防火墙将填埋场与病毒或其他可能进入公司网络的 威胁相隔离。

远程连接

远程连接顾名思义就是在远程连接另外一台计算机。当某台计算机开启了远程桌面连接功能后我们就可以在网络的另一端控制这台计算机了，通过远程桌面功能我们可以实时的操作这台计算机，在上面安装软件，运行程序，所有的一切都好像是直接在该计算机上操作一样。这就是远程桌面的最大功能，通过该功能网络管理 员可以在家中安全的控制单位的服务器，而且由于该功能是系统内置的所以比其他第三方远程控制工具使用更方便更灵活。

垃圾填埋场操作人员必须确定自动化系统不仅可以最优化管理污水渗漏，而且还可以汇总确认数据，这些数据是排出和疏散污染物的标准，、而不能在未达标时 排入公共下水道系统。由于填埋场远离居民住宅区，这些自动化系统必须提供安全的、远程连接相关责任人员。为了满足这需求，英国系统设备有限公司一旦发生问 题，系统将发送短消息通知员工，并通过ADSL宽带以及安全虚拟网络计算机软件远程连接。通过这个方法，实现对任何故障问题的纠正及原因鉴别。

"如今我们拥有污水渗漏管理系统，我们设计了控制程序，定义了操作参数，覆盖了填埋场整个设备及仪 器，"Weissenborn说。"系统也为我们提供历史数据，长时间存储于计算机系统中，优势在于它是可组合、适应性强的，因此我们能够简便地为其他填 埋场客户制定系统、对系统进行变动。