電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 污水 處理廠的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 1 污水處理 廠 的 PLC 控制 系統(tǒng) 設(shè)計 污泥 運(yùn)輸機(jī) 的 PLC 程序設(shè)計 文 摘 本文主要介紹了 PLC 在城市污水處理中的具體應(yīng)用 ，系統(tǒng)介紹了城市污水處理工藝流程以及基于 SIEMENS的 S7 400 系列 PLC 的污水處理實(shí)施方案，介紹 了 城市污水處理廠監(jiān)空系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的方法。 為了提高污水處理廠的運(yùn)行管理水平， PLC 是該系統(tǒng)的重要組成單元，各單元按一定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)互連構(gòu)成污水處理廠的控制系統(tǒng)。研究結(jié)果表明，該系統(tǒng)不僅具有較強(qiáng)的并行協(xié)調(diào)處理能力，而且具有高可靠性、靈活性和可擴(kuò)展性，以及高速處理能力等優(yōu)點(diǎn)。 結(jié)合某 污水處理 廠自動化控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況，介紹污水處理廠的設(shè)備組成、自動化控制方式和 PLC 各工作站的功能、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成在污水處理中的應(yīng)用，總結(jié)自動化控制系統(tǒng)對提高生產(chǎn)效率、減少現(xiàn)場操作人員、提高安全性發(fā)揮的良好效果。 關(guān)鍵詞 污水處理 ；自動化控制系統(tǒng)； PLC； 硬件配置 ； 軟件設(shè)計 。 在我國，隨著經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，人民生活水平的提高，對生態(tài)環(huán)境的要求日益提高，要求越來越多的污水處理后達(dá)標(biāo)排放。在全國乃至世界范圍內(nèi)，正在興建及待建的污水廠也日益增多。有學(xué)者曾根據(jù)日處理污水量將污水處理廠分為大、中、小三種規(guī)模：日處理量大于 10 萬 m3 為大型處理廠，1-10m3 萬為中型污水處理廠，小于 1 萬 m3 的為小型污水處理廠。近年來，大型污水處理廠建設(shè)數(shù)量相對減少，而中小型污水廠則越來越多。如何搞好中、小型污水處理廠，特別是小型污水廠，是近幾年許多專家和工程技術(shù)人員比較關(guān)注的問題。 我國是個缺水的國家，人均水資源占有量只為世界人均水資源占有量的 1/4。而且我國的水資源在時空和地域上分布不均勻，更加重了缺水的實(shí)際情況。因此近些來，我國的城市水資源進(jìn)一步緊張，許多城市嚴(yán)重缺水。與此同時，水資源的污染卻日益嚴(yán)重，也因此許多城市都規(guī)劃和建設(shè)了水污水處理廠，來改變 目前水資源緊缺且污染的現(xiàn)狀。 隨著全球水資源供應(yīng)的緊張和對自動化要求的增加，我國的污水處理廠必然是向著高度自動化和無人職守的方向發(fā)展。目前， PLC 在其穩(wěn)定性和高度自動化程度的不斷加強(qiáng)，使 PLC 成為在城市污水處理自動化方面的首選。 1 污水處理工藝流程 1.1工藝流程圖 首先從廠外污水泵站提升到污水處理廠的污水，經(jīng)過粗格柵，去除污水中較大的垃圾、漂浮物；通過 5臺 100KW和 3臺 54KW的污水泵將污水提升到細(xì)格柵，將較小的漂浮物去除；在沉砂池攪拌、除砂；然后進(jìn)入生化池進(jìn)行厭氧、耗氧處理，經(jīng)沉淀池泥水分離，上 層澄清液作為凈化后的清潔排電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 污水 處理廠的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 2 放水；沉淀下來的污泥一部分回流到生化池再生利用，一部分作為剩余污泥回流到污泥濃縮池，進(jìn)一步濃縮，通過污泥處理系統(tǒng)，把泥漿態(tài)的污泥脫水、壓濾，形成干污泥餅（如圖 1所示）。 1.2 對工藝流程的闡述 首先從廠外污水泵站提升到污水處理廠的污水，經(jīng)過粗格柵，去除污水中較大的垃圾、漂浮物；通過 5臺 100KW和 3臺 54KW的污水泵將污水提升到細(xì)格柵，將較小的漂浮物去除；在沉砂池攪拌、除砂；然后進(jìn)入生化池進(jìn)行厭氧、耗氧處理，經(jīng)沉淀池泥水分離，上層澄清液作為凈化后的清潔排放水；沉淀下來的污泥 一部分回流到生化池再生利用，一部分作為剩余污泥回流到污泥濃縮池，進(jìn)一步濃縮，通過污泥處理系統(tǒng)，把泥漿態(tài)的污泥脫水、壓濾，形成干污泥餅（如圖 2所示）。 電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 污水 處理廠的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 3 1.3 主要設(shè)備的組成及控制方式 1.3.1主要設(shè)備 活性污泥法的曝氣方式可分為兩大類：鼓風(fēng)曝氣及機(jī)械曝氣兩大類。鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)的主要設(shè)備是鼓風(fēng)機(jī)及擴(kuò)散系統(tǒng)。小污水廠的鼓風(fēng)機(jī)一般采用羅茨風(fēng)機(jī)及小型離心 風(fēng)機(jī)。分散系統(tǒng)一般采用微孔曝氣器。但必須是適應(yīng)于間歇曝氣的運(yùn)行方式。鼓風(fēng)機(jī)往往安裝在 SBR 池旁邊，以減少管路系統(tǒng)的造價。由于污水廠較小，一般不設(shè) 鼓風(fēng)機(jī)房 ，僅在鼓風(fēng)機(jī)上設(shè)罩棚。這主要適用于廠礦企業(yè)內(nèi)的污水處理廠，不嚴(yán)格控制噪音的情況。如果污水廠毗臨生活小區(qū)，若采用鼓風(fēng)曝氣則必須建鼓風(fēng)機(jī)房， 同時還要有相應(yīng)的降噪措施，這樣情況下宜采用機(jī)械曝氣方式。 （如表 1） 1.3.2設(shè)備控制方式 污水處理廠的設(shè)備均采用三級控制方式，即現(xiàn)場控制方式、 MCC 控制方式和微機(jī)控制方式。目前，以 MCC 控制為基礎(chǔ)， PLC 控制為主導(dǎo)的控制方式始終處于工業(yè)自動化控制領(lǐng)域的主戰(zhàn)場，為各種各樣的自動化控制設(shè)備提供了非常可靠的控制應(yīng)用。其主要原因，在于它能夠?yàn)樽詣踊刂茟?yīng)用提供安全可靠和比 較完善的解決方案，適合于當(dāng)前污水處理廠對自動化的需要。 控制系統(tǒng)采用 “雙入單出 ”的模糊控制器。輸入量為 pH 值給定值與測量值的偏差 e 以及偏差變化率 ec，輸出量為向加藥泵供電的變頻器的輸入控制電壓 u。控制過程為控制器定時采樣 pH 值和pH 值變化率與給定值比較，得 pH 值偏差 e 以及偏差變化率 ec，并以此作為 PLC 控制器的輸入變電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 污水 處理廠的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 4 量，經(jīng)模糊控制器輸出控制變頻器輸出頻率 n，從而改變加藥量使 pH 值保持穩(wěn)定。 1.4 粗格柵、細(xì)格柵、提升泵房的設(shè)備控制 粗格柵、細(xì)格柵的控制分為現(xiàn)場控制和遠(yuǎn)程控制兩種模式。遠(yuǎn)程控制模式由 PLC 和上位機(jī)實(shí)現(xiàn)，它包括微機(jī)手動和微機(jī)自動，而微機(jī)自動控制方式為：（ 1）水位差控制方式，通過格柵機(jī)運(yùn)行液位差計的測量值用來反映格柵阻塞程度，并傳輸?shù)?PLC 控制器，進(jìn)行分析計算。當(dāng)液位差超過預(yù)設(shè)的數(shù)值，控制格柵運(yùn)行；（ 2）時間設(shè)置控制方式，在上位機(jī)的 INTERACT 組態(tài)軟件中設(shè)置格柵機(jī)運(yùn)行時間和停機(jī)時間，經(jīng) PLC 控制器的程序運(yùn)算指揮 MCC對格柵機(jī)進(jìn)行控制。 提升泵運(yùn)行控制以遠(yuǎn)程控制為主。某 污水處理廠有兩個提升泵站，每個泵站設(shè)有一個 PLC 工作站與廠內(nèi)主站聯(lián)絡(luò)（如圖 3所示）。 它 們距污水處理廠約 4 5公里。為實(shí)現(xiàn)進(jìn)水提升泵的遠(yuǎn)程自動控制的安全、可靠，水位測量和提升泵的流量測量和數(shù)據(jù)分析、傳輸、控制等設(shè)備是不可缺少的，所以在進(jìn)水泵房處安裝了液位計，測量泵井的水位；每臺提升泵的提升管安裝電磁流量計，測量每臺提升泵工作的瞬時流量；兩個 PLC工作站分別擔(dān)負(fù)各泵站的設(shè)備控制、設(shè)備保護(hù)、數(shù)據(jù)采樣、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)茸饔?。根?jù)測量值對應(yīng)控制程序，自動控制提升泵的運(yùn)行組合。這樣可以根據(jù)廠外來水量準(zhǔn)確及時地調(diào)整泵運(yùn)行數(shù)量，減少設(shè)備疲勞；同時可以取消傳統(tǒng)泵站三班倒的人力資源耗費(fèi)。 1.5 沉砂池、生化池 、沉淀池、污泥回流泵房和鼓風(fēng)機(jī)房的設(shè)備控制 砂攪拌器的自動運(yùn)行通過進(jìn)水電磁流量計控制，而抽砂泵的運(yùn)行狀態(tài)是由微機(jī)對其開、停時間的設(shè)置控制的。 生化池厭氧區(qū)的攪拌器、沉淀池的吸刮泥機(jī)、污泥回流泵房的閥門和回流泵都是由微機(jī)觸發(fā)指令通過 PLC 控制。 生化池好氧區(qū)的 DO 計、 MLSS 計、 ORP 計、空氣調(diào)節(jié)閥和 HV-TURBO 鼓風(fēng)機(jī)是污水處理的重要設(shè)備 。曝氣池溶解氧的控制、厭氧段與好氧段的控制、污泥濃度的控制是 污水處理廠工藝的核心。該系統(tǒng)控制思路： PLC 通過對 DO 的檢測，自動調(diào)節(jié)空氣閥的開度；當(dāng)檢測 到空氣閥的調(diào)節(jié)不能滿電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 污水 處理廠的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 5 足 DO 的需要時，再著行調(diào)整鼓風(fēng)機(jī)的出風(fēng)導(dǎo)葉片的開度（目前各污水廠在該系統(tǒng)的應(yīng)用都不理想，主要問題是溶解氧的測量值滯后、不穩(wěn)定及空氣閥門的選型）； PLC 檢測 DO 計、 MLSS 計、 ORP計的值傳送上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，實(shí)時掌握厭氧段與好氧段、污泥濃度等狀況，及時調(diào)整工藝控制。 1.6 脫水機(jī)房 脫水機(jī)房的設(shè)備主要擔(dān)負(fù)由污泥提升泵將回流泵井的剩余污泥與污泥絮凝劑按比例混合進(jìn)行脫 水處理 的任務(wù) 。污泥與溶解成一定濃度的絮凝劑混合后，污泥中的固體顆粒被凝聚成絮團(tuán)，并分離出自由水，然后被輸送到帶式污泥脫水 機(jī)上，經(jīng)頂脫水區(qū)、重力脫水區(qū)、楔形脫水區(qū)、壓濾脫水區(qū)后形成濾餅排出。設(shè)備的控制思路是以時序的邏輯控制為主導(dǎo)，污泥和絮凝劑混合的比例通過污泥電磁流量計、清水流量計和投藥泵投藥量實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)流程控制原理圖（如圖 4所示）。 脫水機(jī)系統(tǒng)的聯(lián)動控制時序： 條件：各設(shè)備準(zhǔn)備就緒，無故障；空壓機(jī)、自動配藥池工作正常。 啟動：皮帶輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) 帶式脫水機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) 投藥泵運(yùn)轉(zhuǎn) 污泥泵運(yùn)轉(zhuǎn)。 停機(jī)：控制順序與啟動順序相反。 時間：根據(jù)實(shí)際的運(yùn)行狀況，可在 PLC中設(shè)置各設(shè)備聯(lián)動間隔時間。 1.7 PLC控制系統(tǒng) 污水處 理廠自控系統(tǒng)遵循“集中管理，分散控制，數(shù)據(jù)共享”的原則，設(shè)計選型先進(jìn)，安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理，并能保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定高效地運(yùn)行。 PLC控制系統(tǒng)滿足污水處理廠運(yùn)行管理和安全處理的要求，即生產(chǎn)過程自動控制和報警、自動保護(hù)、自動操作、自動調(diào)節(jié)、提高運(yùn)行效率，降低運(yùn)行成本，減輕勞動強(qiáng)度，對污水處理廠內(nèi)各系統(tǒng)工藝流程中的重要參數(shù)、設(shè)備工作情況等進(jìn)行計算機(jī)在線集中實(shí)時監(jiān)測，重要設(shè)備進(jìn)行計算機(jī)在線集散控制，確保污水處理廠的出水水質(zhì)達(dá)到設(shè)計排放標(biāo)準(zhǔn)。 電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 污水 處理廠的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 6 1.7.1 PLC控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及功能 污水處理廠 PLC控制系統(tǒng)由兩臺計 算機(jī)、 8 個現(xiàn)場控制站、工藝儀表、電量變送器構(gòu)成。 8個 現(xiàn)場控制站用于控制現(xiàn)場設(shè)備、采集動態(tài)工藝參數(shù)和設(shè)備工作情況?，F(xiàn)場控制站根據(jù)污水處理廠的實(shí)際工藝和構(gòu)筑物的幾何分布，設(shè)置在控制對象和信號源相對集中的幾個單體中，并考慮在不影響控制功能和設(shè)備安全的前提下，盡量節(jié)省投資。本控制系統(tǒng)由 8個現(xiàn)場控制站組成。它們分別位于：廠外 1#泵站；廠外 2#泵站；廠內(nèi)中心控制室；廠內(nèi)低壓電房；鼓風(fēng)機(jī)房（ 3個站）；脫水機(jī)房。 0工作站 5工作站之間采用 A1SJ71AR21模塊通過同軸電纜通訊。 1#工作站和 2#工作站與廠內(nèi)主工作站的距 離 4 5公里，且無人值班，故租用電信公司無源電話專線通過調(diào)制解調(diào)器和 A1SJ71UC24通信模塊進(jìn)行泵房設(shè)備控制和數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)絡(luò)控制分布圖（如圖 5所示）。 1.7.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 污水處理廠的自控系統(tǒng)由環(huán)形拓?fù)湫问剑?ring topology）和星形拓?fù)湫问?(startop ology)兩種總線網(wǎng)絡(luò)形式構(gòu)成。 1.7.3 上位機(jī)組態(tài)功能 （ 1）控制操作：在中控室里采用 2臺 IBM90和 INTERACT組態(tài)軟件開發(fā)的工控程序能對全廠和2個污水提升泵站的被控設(shè)備進(jìn)行控制、對各現(xiàn)場控制站 PLC的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和修改 ，具有良好的人機(jī)交互界面，可方便地進(jìn)行圖形間的切換和各種功能的調(diào)用。設(shè)立不同的安全操作等級，針對不同的操作者，設(shè)置相應(yīng)的加密等級，記錄操作員及其操作信息。 （ 2）顯示功能：用設(shè)計方法生成圖形，實(shí)時地、集中地顯示被測參數(shù)所處的變化過程。對全廠工藝過程、工藝參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)等通過顏色的變化直觀地、動態(tài)地顯示。 數(shù)據(jù)處理及管理：操作記錄并顯示工藝參數(shù)、電量參數(shù)的變化曲線或趨勢圖，利用在線數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、統(tǒng)計、計算、顯示。 報警功能：當(dāng)某一參數(shù)異常或設(shè)備故障時，可根據(jù)不同的報警類別，發(fā)出聲光報警 、屏幕報警。 （ 3）報表功能：分成年度、月度、日班報表及運(yùn)行參數(shù)報表。如：污水處理量、加藥量、耗電量等。 （ 4）打印功能：各種報表的打印，各種事件及報警實(shí)時打印。 由于污水廠較小，各構(gòu)筑物之間一般用渠道相連，既節(jié)省了占地，又減少了水頭損失。有專家統(tǒng)計，采用渠道輸配水的污水處理廠的水頭損失要比管道輸配水的小 2 -3m。對于采用 SBR 法的小型污水處理廠，一般將沉砂池與 SBR 池通過渠道相連、污泥濃縮池與脫水機(jī)房和泥餅堆放場合建。這樣，在常規(guī)的設(shè)計中，小型污 水廠內(nèi)至多有三個主要的處理單元：輔助生產(chǎn)區(qū)（含辦公 、變配電及總控等）、水處理單元、泥處理單元。有時泥處理和水處理單元也可合建。 電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 污水 處理廠的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 7 由于方便輸配水，各構(gòu)筑物采用了合建方式，在設(shè)計時應(yīng)注意距離較近的構(gòu)筑物的基礎(chǔ)處理，埋深上盡量接近。通過連接構(gòu)筑物的渠道應(yīng)做沉降縫。 多座反應(yīng)池的排泥管也可采用渠道而非管道和止回閥連接的方式，這樣不僅減少了設(shè)備的維護(hù)管理，而且沒有閥門堵塞的問題。連接方式如圖 1。在小型污水處理廠內(nèi)多采用類似策略，可以大大節(jié)省工程費(fèi)用，方便維護(hù)管理。 1.8 系統(tǒng)構(gòu)成及其布局 根據(jù)工藝特點(diǎn)和控制要求，本系統(tǒng)采用分布式集散監(jiān)控系統(tǒng)，按流 程設(shè)兩個 PLC 分站，分別監(jiān)控水區(qū)和泥區(qū)的設(shè)備運(yùn)行和控制，設(shè)一個總站集中分站信息并控制分站工作。具體控制分為 : (1) 現(xiàn)地控制，設(shè)現(xiàn)場箱或按鈕站，由“現(xiàn)場 /遙控”轉(zhuǎn)換控制狀態(tài)，“現(xiàn)場”設(shè)點(diǎn)動按鈕，用于調(diào)整和檢修。 (2) 各開關(guān)柜 (包括 :10kV 進(jìn)線柜、 0.4kV 進(jìn)線柜等 )，由“自動 /停止 /手動”轉(zhuǎn)換控制狀態(tài)，“手動”設(shè)啟 /停按鈕，用于手動操作。 (3) 分站控制，用可編程控制器和工業(yè)控制計算機(jī)系統(tǒng)等自控設(shè)備，自動監(jiān)控所屬范圍運(yùn)行。 (4) 總站主機(jī)控制，多為計算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)，集中分站信息，進(jìn)行各種處理， 并通過分站統(tǒng)一控制全廠運(yùn)行，滿足工藝測控要求，使全廠運(yùn)行處于最佳狀態(tài)，是監(jiān)控管理的中心。 電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 污水 處理廠的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 8 監(jiān)控系統(tǒng)由操作員工作站、服務(wù)器工作站、投影儀、打印機(jī)、 2 個 PLC 工作站和現(xiàn)場一次設(shè)備。 通信網(wǎng)絡(luò)采用西門子的過程現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn) (Profibus)，它為分布式 I/O 站或驅(qū)動器等現(xiàn)場器件提供了高速通信所需的用戶接口，以及提供了在主站間大量數(shù)據(jù)內(nèi)部交換的接口通信協(xié)議采用 SINEC L2，該協(xié)議遵從 DIN19245 標(biāo)準(zhǔn)。 SINEC L2 又分為如下子協(xié)議 :L2-TF、 L2-FMS、 L2-DP 及 L2-AP。其中L2-DP 遵從 Profibus 標(biāo)準(zhǔn)開放式結(jié)構(gòu)，適用于對時間要求嚴(yán)格的現(xiàn)場，能夠以最快的速度快速處理和傳送網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。所以本系統(tǒng)可以快速的采集和處理由 PLC 所采集的數(shù)據(jù)，符合控制系統(tǒng)要求的快速性。 2 污水處理中的 PLC 2.1 概述 2.1.1 設(shè)計范圍 設(shè)計包括廠界內(nèi)預(yù)處理處理、生物濾池、污泥處理及附屬設(shè)施需要檢測和控制應(yīng)提供的儀表和有關(guān)的輔助裝置等。 2.1.2 PLC設(shè)計綜述 實(shí)用性： PLC系統(tǒng)其目的在于滿足污水廠生產(chǎn)控制和管理要求，在保證先進(jìn)的條件下，設(shè)備和系統(tǒng)應(yīng)符合實(shí)際要求。 可靠性：污水處理廠的生產(chǎn)過程要求 PLC控制系 統(tǒng)具有連續(xù)可靠性。 經(jīng)濟(jì)性： PLC系統(tǒng)的技術(shù)含量高，設(shè)備復(fù)雜，因此，在設(shè)計時應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。 先進(jìn)性：網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、 PLC控制技術(shù)發(fā)展迅速。 根據(jù)某污水處理 廠的設(shè)計規(guī)模和 BAF生物濾池工藝的特點(diǎn)，本著技術(shù)先進(jìn)，性價比高，適用可靠的原則進(jìn)行設(shè)計。依據(jù)集中監(jiān)測為主，分散控制為輔的基本原則，設(shè)計采用以 PLC（可編程控制器）為基礎(chǔ)的監(jiān)測控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（ SCADA） ,在中央控制室利用 PC（工業(yè)級 PC）對廠內(nèi)各工況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，并有信號報警和聯(lián)鎖等設(shè)施以保證生產(chǎn)正常運(yùn)行，生產(chǎn)的工藝過程 PLC采用就地獨(dú)立控 制。從安全生產(chǎn)的角度和操作人員技術(shù)掌握程度上考慮，設(shè)立三級控制層：設(shè)備就地手動、 PLC子站現(xiàn)場監(jiān)控和中控室遠(yuǎn)程監(jiān)控（如圖 6所示）。 在綜合樓設(shè)立中央控制室，下設(shè) 1#預(yù)處理 PLC子站， 2#BAF生物濾池 PLC子站和 3#污泥處理 PLC子站等共 7個現(xiàn)場處理子站。在中央控制時可對主要設(shè)備實(shí)施開、?？刂?。同時，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)也通過通訊總線送入上位計算機(jī)，在計算機(jī)上對全廠設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行監(jiān)控。 電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 污水 處理廠的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 9 中央控制室還設(shè)置了以太網(wǎng)交換器，與廠級管理 PLC 層以太信息網(wǎng)絡(luò)相連接，并設(shè)置廠長辦公終端、生產(chǎn)管理終端、化驗(yàn)室終端。 2.2 PLC在污水處理中的部分運(yùn)用 2.2.1中央控制室 在辦公樓設(shè)立中央控制室，中央控制室內(nèi)設(shè)有兩臺 21” 純平高分辨率計算機(jī)操作站、一臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、三臺打印機(jī)、一臺網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。兩臺計算機(jī)操作站互為備用，并可安裝 PLC編程軟件，程序可方便地通過控制網(wǎng)絡(luò)分別下載到指定的現(xiàn)場控制站，以便在調(diào)試過程中隨時修改程序。中央控制室可對整個分控式控制系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)管理、系統(tǒng)監(jiān)測、實(shí)時監(jiān)測、顯示、處理、控制各 PLC子站的狀態(tài)、通信、數(shù)據(jù)和信息，完成報警和報表打印。在廠級管理層可以通過 Internet將結(jié)果、效益分析等發(fā)往 主管局等政府機(jī)關(guān)（如圖 7所示）。 電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 污水 處理廠的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 10 主要功能： 生產(chǎn)工藝過程以工藝流程圖方式顯示，圖形可以取出每幅圖的局部進(jìn)行放大，便于分幅，分組組展示，流程上有相關(guān)的實(shí)時生產(chǎn)過程的動態(tài)參數(shù)值顯示。當(dāng)動態(tài)顯示值顯示改變時，隨之改變圖形的數(shù)值。 2.2.2 控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 通訊控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用可與信息系統(tǒng)無縫連接、可進(jìn)行三階層通信、高速可靠通信。 PLC控制系統(tǒng)中央控制室與現(xiàn)場 PLC 子站之間采用最先進(jìn)的控制網(wǎng)絡(luò)，該控制網(wǎng)是一種最現(xiàn)代化的開放網(wǎng)絡(luò)，已成為工業(yè) PLC領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)。它具有靈活的結(jié)構(gòu)，安裝方便，支持 PLC之間及 PLC和上位機(jī)之間的自動數(shù)據(jù)鏈接，也可使用信息服務(wù)進(jìn)行可編程的數(shù)據(jù)傳送，可得到大容量、柔性數(shù)據(jù)鏈接及大容量的數(shù)據(jù)傳送，對應(yīng)低成本的通信系統(tǒng)。其通訊介質(zhì)選屏蔽雙絞線。通訊速率可達(dá) 2Mbps，保證數(shù)據(jù)高速確定地傳輸。 主要特性： 通訊方法為 N:N令牌環(huán)。 在網(wǎng)絡(luò)兩端內(nèi)藏必要的終端電阻，只需作開關(guān)設(shè)定。 最大傳送距離： 1KM（線纜） 20KM（光纜）。 最大傳輸率： 2Mbps。 傳送媒體方式：屏蔽雙絞線或光纜。 最大節(jié)點(diǎn)數(shù)： 32 或 62PLC。 電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 污水 處理廠的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 11 通過網(wǎng)關(guān)或 PLC可與其他控制網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場總線相連。 中央控制室與廠級管理層之間采 用 100Mdps 的以太通訊網(wǎng)，該網(wǎng)帶有 E-mail功能，能向 mail server發(fā)送用戶自定義信息，故障信息，狀態(tài)信息等，通過網(wǎng)關(guān)（以太網(wǎng)交換器）或 PLC可與其他控制網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場總線相連。 主要特性： 支持 TCP/IP,UDP/IP標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。 傳輸率： 10/100Mbps。 傳輸協(xié)議： TCP/IP、 UDP/IP、 FTP。 傳輸距離： 40KM。 傳送媒體方式：單模光纖。 通過網(wǎng)關(guān)或 PLC可與其他控制網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場總線相連。 為保證在供電發(fā)生意外時，系統(tǒng)能有足夠的反應(yīng)時間進(jìn)行應(yīng)急處理，設(shè)計上中央控制室和各子站均設(shè)有 在線式不間斷電源。 過電壓保護(hù)裝置能抑制出現(xiàn)在電力網(wǎng)絡(luò)中的暫態(tài)浪涌電壓和吸收暫態(tài)浪涌電壓能量，在保障供電連續(xù)的條件下，保障計算機(jī)、 PLC控制子站及其他主要設(shè)備免受過電壓的干擾和侵害，使用電設(shè)備安全正常運(yùn)行。 2.2.3 分 現(xiàn)場生產(chǎn)過程 PLC 控制系統(tǒng) （ 1） 預(yù)處理 PLC 控制及檢測部 廠內(nèi) 1#預(yù)處理 PLC子站位于污泥脫水間控制室內(nèi)。 對工藝專業(yè)要求檢測的各種工藝參數(shù)，水泵、閘門、粗格柵、細(xì)格柵、排砂裝置等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和控制。通過網(wǎng)絡(luò)把信號送中央控制室計算機(jī)操作站完成指示、記錄、報表和報警打印 等監(jiān)控管理功能。 其主要設(shè)備有： 粗格柵、閘板，細(xì)格柵、螺旋輸送機(jī) 該子站模擬量輸入、輸出，數(shù)字量輸入、輸出點(diǎn)數(shù) AI:11 DI:30 DO:22 粗格柵開、?？刂?根據(jù)超聲波液位差計測得的粗格柵前后水位差值自動控制回轉(zhuǎn)式粗格柵的運(yùn)行，即水位差達(dá)到設(shè)定值時，自動啟動格柵。當(dāng)回轉(zhuǎn)式粗格柵停止運(yùn)行的時間超出設(shè)定值時，系統(tǒng)轉(zhuǎn)為時間控制，此時限為可調(diào)式設(shè)計，并設(shè)置上限報警。 PLC系統(tǒng)將根據(jù)軟件程序自動控制螺旋輸送機(jī)、回轉(zhuǎn)式粗格柵機(jī)的順序啟停、運(yùn)行、停車以及安全連 鎖保護(hù)，格柵機(jī)停機(jī)后延時停螺旋輸送機(jī)。 電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 污水 處理廠的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 12 細(xì)格柵開、停控制 細(xì)格柵 24小時運(yùn)行，并設(shè)置上限報警。 PLC 系統(tǒng)將根據(jù)軟件程序自動控制螺旋輸送機(jī)、回轉(zhuǎn)式細(xì)格柵機(jī)的順序啟停、運(yùn)行、停車以及安全連鎖保護(hù)，格柵機(jī)停機(jī)后延時停螺旋輸送機(jī)。 污水閘門控制 ： 兩臺閘門根據(jù)液位手動或電動，其運(yùn)行信號送入中控室監(jiān)控，不參加控制。 （ 2） BAF 生物濾池 PLC 控制及檢測部分 廠內(nèi) 2#BAF生物濾池 PLC子站位于變電所低壓配電室控制室內(nèi)。 對工藝專業(yè)要求檢測的各種工藝參數(shù)，水泵、風(fēng)機(jī)反沖洗泵等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和控制。并 可在中控室計算機(jī)操作站完成指示、記錄、報表和報警打印等監(jiān)控管理功能。 其主要設(shè)備有： 排砂閥，排泥閥，啟閉機(jī)，砂水分離器，電動進(jìn)水閥，電動排水閥，電動進(jìn)氣閥，電動氣沖閥電動反沖洗閥，回用潛水泵，離心鼓風(fēng)機(jī)。 該子站模擬量輸入、輸出，數(shù)字量輸入、輸出點(diǎn)數(shù) AI:14 AO:3 DI:124 DO:134 沉砂池和沉淀池 沉砂池和沉淀池定時開 /停排砂、排泥閥，砂水分離器設(shè)備控制由設(shè)備廠商自帶可設(shè)定控制系統(tǒng)，砂水分離器應(yīng)與排砂閥聯(lián)鎖。 BAF生物濾池 工藝過程簡述： 污水經(jīng)強(qiáng)化預(yù)處理后進(jìn)入第一級生物過濾（ C/N）池，污水通過濾池進(jìn)水管進(jìn)入濾池底部，填料上的微生物利用進(jìn)水中的溶解氧降解 BOD，同時， SS 也通過一系列復(fù)雜的物化過程被填料及其上面的生物膜吸附截留在濾床內(nèi)。流出填料層的廢水進(jìn)入第二級生物過濾池的污水流程同第一級，但在第二級生物過濾池中可根據(jù)運(yùn)行情況不曝氣并減 少回流比以節(jié)能。經(jīng)二級生物過濾處理后的污水即直接進(jìn)入接觸池消毒。 第一級生物濾池按時間及水位差控制濾池的反沖洗。在該級濾池有超聲波液位計， DO 測定儀等國外儀表。第二級生物濾池按吸附與過濾方式運(yùn)行。按時間及水 位差控制濾池的反沖洗。在該級濾池裝有超聲波液位計， SS測定儀， DO 測定儀等國外儀表。檢測信號均送生物濾池處理 PLC子站進(jìn)行監(jiān)控。根據(jù)生物濾池水位差的反鎖信號控制反沖洗機(jī)組開停，根據(jù) DO 測量儀所測反鎖信號控制調(diào)節(jié)曝氣風(fēng)機(jī)的風(fēng)量。 BAF生物濾池按所設(shè)計時間進(jìn)行周期性反沖洗，其中，第一級按每個周期 16小時，第二級按每個周期 36小時進(jìn)行反沖洗。或者在一個周期內(nèi)，如果水頭損失達(dá)到所設(shè)反沖設(shè)定值時，優(yōu)先進(jìn)入反沖洗程序反沖洗周期設(shè)定值根據(jù)水質(zhì)情況在反沖洗程序中為可調(diào)值。 BAF生物濾池根據(jù)其優(yōu)先順序逐臺啟動濾池的反沖洗。 一、二級曝氣生物濾池控制過程： 電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 污水 處理廠的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 13 反沖洗階段 根據(jù)時間設(shè)定為周期性反沖洗。 根據(jù)超聲波液位計所測水位值確定反沖洗過程。 當(dāng)水位下降到所設(shè)定值時，停止進(jìn)水閥，開啟反洗水出水閥。 待濾池液位再次下降到設(shè)定反洗液位值時，先開啟反洗鼓風(fēng)機(jī)，后開啟反洗風(fēng)閥進(jìn)行氣沖洗。氣洗數(shù)分鐘后，關(guān)閉反洗氣閥，關(guān)閉反洗鼓風(fēng)機(jī)，氣沖洗結(jié)束。氣沖洗結(jié)束，進(jìn)入水沖洗階段。先開啟反沖洗水泵，后開啟反洗管路閥們，進(jìn)行水洗數(shù)分鐘后，水沖洗結(jié)束。當(dāng)水沖洗結(jié)束后，繼續(xù)開啟反沖洗鼓風(fēng)機(jī)，再開啟反沖洗風(fēng)閥，進(jìn)入氣、水混合沖洗階段。氣、水混合反洗數(shù)分鐘 后，關(guān)閉反洗風(fēng)閥，關(guān)閉反洗鼓風(fēng)機(jī)；關(guān)閉反洗水水閥，關(guān)閉反洗水泵。至此，反沖洗過程全部結(jié)束。 當(dāng)反沖洗階段結(jié)束后，先開啟進(jìn)水閥，后開啟曝氣鼓風(fēng)機(jī)，再開啟曝氣風(fēng)閥，最后關(guān)閉反沖洗水出水閥。進(jìn)入正常曝氣階段。 強(qiáng)制反洗 若反洗效果不佳，說明濾路可能出現(xiàn)堵塞，此時，關(guān)閉進(jìn)水閥，開啟反沖洗出水閥，開啟強(qiáng)制反沖洗泵和強(qiáng)制反沖洗閥們，進(jìn)行強(qiáng)制反沖洗，其過程按反沖過程運(yùn)行（如圖 8所示）。 （ 3） 污泥脫水 PLC 控制及檢測部分 廠內(nèi) 3#污泥 PLC 子站位于污泥脫水間控制室內(nèi)。 對于工藝專業(yè)要求檢測的各種工藝參數(shù)，水泵、加藥 設(shè)備、離心脫水機(jī)等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和控制。通過網(wǎng)絡(luò)把信號送中央控制室計算機(jī)操作站完成指示、記錄、報表和報警打印等監(jiān)控管理功能。 其主要設(shè)備有： 離心脫水機(jī)，污泥進(jìn)料泵，沖洗水泵，皮帶輸送機(jī)，無軸螺旋輸送機(jī)，隔膜計量泵，攪拌機(jī)。 該子站模擬量輸入、輸出，數(shù)字量輸入、輸出點(diǎn)數(shù) AI:4 AO:3 DI:30 DO:24 污泥脫水系統(tǒng) 電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 污水 處理廠的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 14 污泥脫水系統(tǒng)為成套設(shè)備（包括污泥進(jìn)料泵、加藥泵、離心脫水機(jī)），自帶現(xiàn)場控制柜。該系統(tǒng)運(yùn)行、故障信號送入 PLC 顯示 ，根據(jù)儲泥池液位， PLC給出設(shè)備的開、停命令，運(yùn)行中設(shè)備根據(jù)自帶的控制程序動作，給料機(jī)組機(jī)開 /停與離心脫水機(jī)。 脫水后污泥螺旋輸送機(jī)和皮帶輸送機(jī)與離心脫水機(jī)聯(lián)鎖，先開啟螺旋輸送機(jī)和皮帶輸送機(jī)，再開啟離心脫水機(jī)，最后開啟污泥泵，停運(yùn)時，先停污泥泵，再停離心脫水機(jī)，最后停螺旋輸送機(jī)和皮帶輸送機(jī)。 2.2.4 廠級管理 PLC 系統(tǒng) 為了及時地對來自污水處理現(xiàn)場的生產(chǎn)信息進(jìn)行收集、儲存、分析和加工處理，以便工廠領(lǐng)導(dǎo)層對生產(chǎn)管理的準(zhǔn)確決策，設(shè)計中考慮了廠級管理終端。 該系統(tǒng)主要功能： 生產(chǎn)過程的全面查詢，包括各種進(jìn)、 出廠水流量，各中能耗等。 生產(chǎn)過程分析報告、報表和圖形。 設(shè)備資料數(shù)據(jù)庫和設(shè)備運(yùn)行管理數(shù)據(jù)庫。 化驗(yàn)所需要的參數(shù)。 建立與外部 Interner 的雙向連接，便于發(fā)布信息和從外部獲取信息 。 2.3 PLC設(shè)備及儀表選型 為了保證監(jiān)控管理控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行， PLC 監(jiān)控系統(tǒng)選用 SIEMENS 的 S7 400 系列產(chǎn)品?，F(xiàn)場 PLC控制子站是直接監(jiān)視和控制若干工藝生產(chǎn)過程所單元，其主要設(shè)備是： SIEMENS 的 S7 400 系列 PLC可編程控制器。 直流電源。 PLC性能特點(diǎn)： CPU 指示 高速 RISC的 CPU 最大 IO點(diǎn)數(shù)為 5120點(diǎn) 數(shù)據(jù)內(nèi)存容量： 64K字 電源電壓范圍： 85 132VAC或 170 264VAC 基本指令處理速度： 0.04ms/k 特殊指令處理速度： 0.12ms/k I/O模塊指令 數(shù)字量輸入模塊（ DI） ： 輸入點(diǎn)數(shù)： 16 點(diǎn) 電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 污水 處理廠的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 15 輸入電壓： 24VDC 快速刷新時間： 0.004ms 連接方式：采用可拆卸式端子排以提高可靠性，易于連接和維修各模塊 各模塊具有光電隔離功能，每個輸出點(diǎn)都具有狀態(tài)指示 數(shù)字量輸出模塊（ DO） 輸入點(diǎn)數(shù)： 16 點(diǎn)繼電器 最大開閉幕、能力： AC250V/DC24V， 2A 快速刷新時間： 0.004ms 連接方式：采用可拆卸式端子排以提高可靠性，易于連接和維修 各模塊具有光電隔離功能，每個輸出點(diǎn)都具有狀態(tài)指示 模擬量輸入模塊（ AI）： 輸入點(diǎn)： 8路 輸入范圍： 0 5V,1 5V,0 10V,-10 +10V,4 20mA 分辨率： 12 位 隔離方式：光電隔離 轉(zhuǎn)換速度： 1ms/點(diǎn) 精度（ 25）：電壓 0.2% 電流 0.4% 其他功能：斷線檢測 ,峰值保持、平均值功能、定 標(biāo)功能等 連接方式：采用可拆卸式端子排以提高可靠性，易于連接和維修 各模塊具有光電隔離功能，每個輸出點(diǎn)都具有狀態(tài)指示 模擬量輸出模塊（ AO）： 輸出點(diǎn)數(shù)： 8路 輸出范圍： 0 5V,1 5V,0 10V,-10 +10V,4 20mA 分辨率： 12 位 隔離方式：光電隔離 轉(zhuǎn)換速度： 1ms/點(diǎn) 精度（ 25）：電壓 0.3%FS 電流 0.5%FS 其他功能：輸出限幅，上 /下限報警，脈沖輸出 連接方式：采用可拆卸式端子排以提高可靠性，易于連接和維 修 操作員面板（ PT 觸摸屏） 顯示器： TFT 彩色 有效顯示區(qū)域： 10.4 觸摸開關(guān)分辨率： 32*24個 顯示分辨率： 640*480 點(diǎn) 電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 污水 處理廠的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 16 通訊接口： RS-422A/RS-485 口 RS-232C口 電源電壓范圍： DC20.4V DC26.4V 運(yùn)行時間： 25000小時 能取代手持式編程器對 PLC 進(jìn)行編程器對 PLC進(jìn)行編程 隔離裝置 根據(jù)開關(guān)量信號輸入輸出點(diǎn)配置繼電器以隔離 PLC與被測控的設(shè)備。 在儀表選型上，介于監(jiān)測儀表的重要性，在儀表選型上應(yīng)遵循： 準(zhǔn)確全面反映進(jìn)廠水的水質(zhì)水量情況。 準(zhǔn)確全面反映出水廠的水質(zhì)情況。 各處理單元的出口的主要水質(zhì)情況。 參與控制的水質(zhì)和物理參數(shù)。 盡量選用國內(nèi)可靠成熟的儀表產(chǎn)品，以節(jié)約投資，也方便維修。對關(guān)鍵的現(xiàn)場儀表，則考慮引進(jìn)國外設(shè)備。 超聲波液位計 超聲波液位計是非接觸式測量儀表該儀表通過對超聲波發(fā)射和反射的行程所需的時間和測量距離成正比的原理測量液位。儀表由傳感器（超聲波探頭）、變送器及專用電纜組成，德國 E+H公司。 型號：傳感器 FDU80-RG2A 變送器 FMU682-R1A1A1 (1）被測介質(zhì)：污水和稀污泥 (2）測量范圍： FDU80 量程 0 50m (3）輸入范圍： 4 20mA DC， 負(fù)載電阻 600 (4）電源： 220VAC 50HZ (5）測量值誤差： 0.2%滿量程 分辨率： 1mm (6）安裝位置：室外 (7）防護(hù)等級：傳感器： IP68 變送器： IP65 (8）現(xiàn)場顯示： 4 1/2數(shù)顯 (9）專用電纜： 10M (10）安裝支架：墻支架 919792-0001 電磁流量計 電磁流量計是測量和指示導(dǎo)電液體的流量， 由傳感器、變送器及專用電纜組成，傳感器形式為發(fā)蘭連接，帶接地環(huán)，轉(zhuǎn)換器具備微處理器信號功能，用手持磁棒方法，不打開外殼就可對機(jī)內(nèi)實(shí)行編程。上海光華愛爾美特。 型號：傳感器 IFS4000 轉(zhuǎn)換器 SC100AS/MP-2211 PH計 電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 污水 處理廠的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 17 此裝置為一組電極，這組電極產(chǎn)生的電勢與被測液體的氫離子濃度成比例，該裝置包括傳感器、變送器及專用電纜，包括傳感器的安裝支架及傳感器的手動清洗頭，德國 E+H公司。 型號： 傳感器 CPS11-2AA2TSA 變送器 CPM253-PR0010 SS 計 該裝置包括傳感器、變送器及專用電纜，包括傳感器的安裝支架及傳感器的手動清洗頭，德國 E+H公司。 DO 計 測量原理是覆膜式，電流測量傳感器。該裝置包括傳感器、變送器及專用電纜，包括傳感器的安裝支架及傳感器的手動清洗頭，德國 E+H公司。 型號：傳感器 C0S4-2 變送器 C0M253-0010 污泥液位測量系統(tǒng) 該裝置是通過濃度變送器，應(yīng)用成熟的雙 -光束，脈動 -光方法實(shí)現(xiàn)。包括濃度計、濃度傳感器、步進(jìn)電機(jī)控制器、跟蹤單元，德國 E+H公司。 型號： CUC101-A0 2.4 儀表的動力要求 和相應(yīng)的配電室提供，中央控制室、各子供電要求，交流電壓： 220VAC 10% 50Hz 5%，直流電壓： 24V-5% +10%。中控機(jī)房電源采用雙回路電源供電，并裝設(shè)防雷器和 UPS，計算機(jī)不得與空調(diào)等大容量電器共回路。 PLC子站電源取自低壓配電屏儀表控制配電回路，回路裝設(shè)電源防雷器及 UPS. 2.5主要 PLC設(shè)備表及其說明 由于污水廠較小，各構(gòu)筑物之間一般用渠道相連，既節(jié)省了占地，又減少了水頭損失。有專家統(tǒng)計，采用渠道輸配水的污水處理廠的水頭損失要比管道輸配水的小 2 -3m。對于 采用 SBR 法的小型污水處理廠，一般將沉砂池與 SBR 池通過渠道相連、污泥濃縮池與脫水機(jī)房和泥餅堆放場合建。這樣，在常規(guī)的設(shè)計中，小型污 水廠內(nèi)至多有三個主要的處理單元：輔助生產(chǎn)區(qū)（含辦公、變配電及總控等）、水處理單元、泥處理單元。有時泥處理和水處理單元也可合建。 由于方便輸配水，各構(gòu)筑物采用了合建方式，在設(shè)計時應(yīng)注意距離較近的構(gòu)筑物的基礎(chǔ)處理，埋深上盡量接近。通過連接構(gòu)筑物的渠道應(yīng)做沉降縫。 多座反應(yīng)池的排泥管也可采用渠道而非管道和止回閥連接的方式，這樣不僅減少了設(shè)備的維護(hù)管理，而且沒有閥門堵塞的問題 。連接方式如圖 1。在小型污水處理廠內(nèi)多采用類似策略，可以大大節(jié)省工程費(fèi)用，方便維護(hù)管理。 小型污水處理廠受服務(wù)區(qū)域的現(xiàn)狀及污水收集輸送系統(tǒng)的限制，其廠址往往是小區(qū)內(nèi)或廠礦企電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 污水 處理廠的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 18 業(yè)內(nèi)不規(guī)則、不好利用的地塊，有的高低起伏較大、有的存在地面障礙和架空線路、有的靠近居住區(qū)，這些不利因素在總平面布置時必須充分考慮。 一般來講，對于污水廠的現(xiàn)狀情況應(yīng)充分考慮，因地置宜，若廠址高差變化太大，廠區(qū)內(nèi)的設(shè)計地坪也應(yīng)隨之調(diào)整，采取不同標(biāo)高。整個全廠看來，呈臺階式布 置。有條件的盡量放坡處理，不做擋墻，以節(jié)省土建投資。在護(hù) 坡上做綠化小品，起到美化全廠、改善環(huán)境的目的。若空中有高壓線，則在地面上可考慮大量的進(jìn)行 綠化，在滿足電氣相關(guān)規(guī)范的同時，盡可能的增加廠區(qū)的綠化面積。 再比如，如果廠址靠近居民區(qū)，則要在總圖上更要加以注意，首先污水及污泥處理構(gòu)筑物應(yīng)盡量布置在遠(yuǎn)離居民區(qū)的地方，而且在有條件的情況下，處理構(gòu)筑物可以采取增設(shè)上部建筑或加蓋的方式以減少對周圍環(huán)境的影響。必要時，增加相應(yīng)的環(huán)保措施。 如前所述，在小型污水處理廠的設(shè)計，有時因毗臨居民區(qū)或處于小區(qū)內(nèi)的重要地區(qū)，往往有較高的環(huán)保要求，這就要求進(jìn)行必要的環(huán)保方面的考慮。大致 可分為以下幾個方面。 （如表 2 ） 電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 污水 處理廠的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 19 設(shè)備分布 污水處理的一次設(shè)備主要包括 :進(jìn)水泵、排污泵、柵格機(jī)、配電設(shè)備、傳送機(jī)、各種傳感器和各種檢測儀表等。 (1) 水區(qū)分布的一次設(shè)備及其功能 進(jìn)水泵 :主要作用是將城市生活生產(chǎn)所排放的污水經(jīng)過柵格過濾后提升，使其進(jìn)入沉砂池。 柵格機(jī) :主要用于各個進(jìn)水泵的入口處，防止較大的污物進(jìn)入泵內(nèi)，進(jìn)而保護(hù)進(jìn)水泵，保證其能正常工作。 配電設(shè)備 :主要是指 10kV 高壓配電設(shè)備和 0.4kV 配電設(shè)備，用來給進(jìn)水泵供電。它的穩(wěn)定性對于整個污水處理廠的安全運(yùn)行至關(guān)重要。 各種傳感器 :主要是測量集水池水位和柵格間水位的液位傳感器，用來測量各個進(jìn)水泵出口壓力的壓力傳感器，以及測量進(jìn)水泵出口流量的流量傳感器等傳感設(shè)備。 （ 2) 泥區(qū)分布的 一次設(shè)備及其功能 排污泵 :主要是將沉砂池中的污泥送入初沉池中，進(jìn)而對污泥進(jìn)行處理。 配電設(shè)備 :用來給排污泵供電。 傳送機(jī) :用來將處理好的泥餅從脫水泵房運(yùn)送出去。 各種傳感器 :用來采集現(xiàn)場的模擬量。 以上所說各種設(shè)備均為系統(tǒng)中 PLC 的監(jiān)控對象，系統(tǒng)一次設(shè)備與 PLC 的連接 : 其中配電設(shè)備通過傳感器與 PLC 進(jìn)行通訊，使 PLC 能監(jiān)測到配電設(shè)備的各種開關(guān)量和模擬量，進(jìn)而達(dá)到監(jiān)控配電區(qū)的作用。 2.6 PLC具體配置情況 根據(jù)具體情況，本監(jiān)控系統(tǒng)的 PLC 分成水區(qū) PLC 和泥區(qū) PLC 兩個分站。根據(jù)水區(qū)和泥區(qū)的監(jiān)控對象的點(diǎn)數(shù)的多少，對 PLC 分別配置如下 : 水區(qū) PLC 配置 水區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)的 PLC 采用 SIEMENS 的 S7-400 系列。根據(jù)水區(qū)的具體要求，水區(qū) PLC 總體配置如下 : 中央處理模塊 (CPU):選用 CPU412; 數(shù)字量輸入模塊 (DI):選用 SM421，共 14 塊 (32 點(diǎn) /塊 )，處理 448 點(diǎn)輸入信號 ; 數(shù)字量輸出模塊 (DO):選用 SM422，共 5 塊 (32 點(diǎn) /塊 )，處理 160 點(diǎn)輸出信號 ; 模擬量輸入模塊 (AI):選用 SM431;共 6 塊 (16 點(diǎn) /塊 )，處理 96 點(diǎn)輸入信號 ; 通信模塊 (CP):選用 CP443-5,共 1 塊為 RS485 接口 ; 接口模板 (IM):選用 IM460-0 和 IM460-0，用于 PLC 的擴(kuò)展。 泥區(qū) PLC 配置 電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 污水 處理廠的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 20 泥區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)的 PLC 采用 SIEMENS 的 S7-400 系列。根據(jù)泥區(qū)的具體要求，泥區(qū) PLC 總體配置如下 : 中央處理模塊 (CPU):選用 CPU412-2; 數(shù)字量輸入模塊 (DI):選用 SM421，共 15 塊 (32 點(diǎn) /塊 )。處理 480 點(diǎn)輸入信號 ; 數(shù)字量輸出模塊 (DO):選用 SM422，共 4 塊 (32 點(diǎn) /塊 )。處理 128 點(diǎn)輸出信號 ; 模擬量輸入模塊 (AI):選用 SM431，共 2 塊 (16 點(diǎn) /塊 )。處理 32 點(diǎn)輸入信號 ; 通信模塊 (CP):選用 CP443-5，共 1 塊為 RS485 接口。 系統(tǒng)構(gòu)成及其布局 根據(jù)工藝特點(diǎn)和控制要求，本系統(tǒng)采用分布式集散監(jiān)控系統(tǒng)，按流程設(shè)兩個 PLC 分站，分別監(jiān)控水區(qū)和泥區(qū)的設(shè)備運(yùn)行和控制，設(shè)一個總站集中分站信息并控制分站工作。具體控制分為 : （ 1) 現(xiàn) 長就 地 手動 控制，設(shè)現(xiàn)場箱或按鈕站，由“現(xiàn)場 /遙控”轉(zhuǎn)換控制狀態(tài)，“現(xiàn)場”設(shè)點(diǎn)動按鈕，用于調(diào)整和檢修。 （ 2) 各開關(guān)柜 (包括 :10kV 進(jìn)線柜、 0.4kV 進(jìn)線柜等 )，由“自動 /停止 /手動”轉(zhuǎn)換控制狀態(tài)，“手動”設(shè) 啟 /停按鈕，用于手動操作。 （ 3) 分站控制，用可編程控制器和工業(yè)控制計算機(jī)系統(tǒng)等自控設(shè)備，自動監(jiān)控所屬范圍運(yùn)行。 （ 4) 總站主機(jī)控制，多為計算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)，集中分站信息，進(jìn)行各種處理，并通過分站統(tǒng)一控制全廠運(yùn)行，滿足工藝測控要求，使全廠運(yùn)行處于最佳狀態(tài)，是監(jiān)控管理的中心。 監(jiān)控系統(tǒng)由操作員工作站、服務(wù)器工作站、投影儀、打印機(jī)、 2 個 PLC 工作站和現(xiàn)場一次設(shè)備。通信網(wǎng)絡(luò)采用西門子的過程現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn) (Profibus)，它為分布式 I/O 站或驅(qū)動器等現(xiàn)場器件提供了高速通信所需的用戶接口，以及提供了在主站間大量 數(shù)據(jù)內(nèi)部交換的接口通信協(xié)議采用 SINEC L2，該協(xié)議遵從 DIN19245 標(biāo)準(zhǔn)。 SINEC L2 又分為如下子協(xié)議 :L2-TF、 L2-FMS、 L2-DP 及 L2-AP。其中L2-DP 遵從 Profibus 標(biāo)準(zhǔn)開放式結(jié)構(gòu)，適用于對時間要求嚴(yán)格的現(xiàn)場，能夠以最快的速度快速處理和傳送網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。所以本系統(tǒng)可以快速的采集和處理由 PLC 所采集的數(shù)據(jù)，符合控制系統(tǒng)要求的快速性。 SIMATIC S7-400 簡介 SIMATIC S7-400 系列 PLC 是西門子公司生產(chǎn)的大中型可編程序控制器，其功能強(qiáng)大，穩(wěn)定性高，完全適合城市污水 處理對可編程序控制器功能的要求。 SIMATIC S7-400 是應(yīng)用于中、高檔性能范圍的可編程序控制器。模塊化及無風(fēng)扇的設(shè)計，堅(jiān)固耐用，容易擴(kuò)展和廣泛的通訊能力，容易實(shí)現(xiàn)的分布式結(jié)構(gòu)以及用戶友好的操作使 SIMATIC S7-400 成為中、高檔性能控制領(lǐng)域中首選的理想解決方案。用戶還可以根據(jù)需要不斷的進(jìn)行升級可編程序控制器。 SIMATIC S7-400 自動化系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計。它所具有的模板的擴(kuò)展和配置功能使其能夠按照每個不同的需求靈活組合。一個系統(tǒng)包括 :電源模板、中央處理單元 (CPU)、各種信號模板 (SM)、通訊模板 (CP)、功能模板 (FM)、接口模板 (IM)等。 電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 污水 處理廠的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 21 2.7 監(jiān)控系統(tǒng)的軟件部分 計算機(jī)操作系統(tǒng)采用 Microsoft Windows 2000 Professional 中文版操作系統(tǒng)。歷史數(shù)據(jù)庫采用 Microsoft SQL Server 2000 中文版軟件。上位機(jī)監(jiān)控軟件采用當(dāng)前流行的美國 GE 公司的 iFIX3.5組態(tài)軟件來實(shí)現(xiàn)。 （ 1) 操作系統(tǒng)軟件 Windows 2000 Professional 中文版操作系統(tǒng)提供了一個快速、高效的多用戶、多任務(wù)操作系統(tǒng)環(huán)境，是目前使用廣泛的工控操 作系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采用 Windows 2000 server 中文版配合 Microsoft SQL2000 使用，用來保存歷史數(shù)據(jù)。各工作站均采用 Windows 2000 Professional 中文版操作系統(tǒng)。 （ 2) iFIX3.5 監(jiān)控軟件 實(shí)現(xiàn)了對整個系統(tǒng)的開關(guān)量、狀態(tài)量、電量、模擬量的采集和處理，并顯示在主工作站的界面上 ;對一些污水處理廠重要的物理量如各個進(jìn)水泵的電流、頻率、出口壓力等都實(shí)時顯示在主工作站的主界面上，便于調(diào)度員及時掌握系統(tǒng)的運(yùn)行情況 ; （ 3) 數(shù)據(jù)庫軟件 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上安裝 Microsoft SQL 2000 中文版，用來儲存整個電站重要的歷史數(shù)據(jù)，通過 iFIX3.5 與 Microsoft SQL 2000 的通訊來讀取歷史數(shù)據(jù)。單獨(dú)設(shè)計一個數(shù)據(jù)庫服務(wù)器可以避免因?yàn)橄到y(tǒng)局部故障導(dǎo)致歷史數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象的發(fā)生。 （ 4) STEP7 可以利用 IEC-1131 標(biāo)準(zhǔn)中八種編程語言中的六種 (STL、 LAD、 FBD、 CFC、 SFC 和 SCL)進(jìn)行編程。本系統(tǒng)利用 STEP7 對西門子可編程序控制器進(jìn)行配置、編程。 （ 5) SIX 利用 SIMATIC S7-400 在 iFIX3.5 中驅(qū)動程序，可以在 iFIX3.5 數(shù) 據(jù)庫中配置 PLC 的 DI、DO、 AI 和 DB 等模塊和中間繼電器的地址分配。 3 PLC 設(shè)計 3.1 PLC簡介 利用可編程序控制器（ PLC）組成遠(yuǎn)程自動監(jiān)測系統(tǒng)時，首先遇到的是 PLC的選型問題。在選用PLC時，除把可靠性、環(huán)境適應(yīng)性放在首位外，還要根據(jù)具體應(yīng)用場合盡量選用合適的可編程序控制器。 關(guān)于可編程控制器選型的一般原則可從以下幾方面考慮： 1、明確控制對象要求。本系統(tǒng)要求