PLC在污水處理廠中限制系統(tǒng)設(shè)計(jì)————雙恒壓供水系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)文摘本文主要介紹了PLC在城市污水處理中的詳細(xì)應(yīng)用實(shí)例，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，介紹城市污水處理廠監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的方法?？删幊滔拗破骷碢LC是綜和了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)限制技術(shù)和通信技術(shù)的一種新型的、通用的自動(dòng)限制裝置?，F(xiàn)在可編程限制器已經(jīng)成為最重要、最牢靠、應(yīng)用場合最廣泛的工業(yè)限制微型計(jì)算機(jī)。它具有功能強(qiáng)、牢靠性高、運(yùn)用敏捷便利、易于編程以及適應(yīng)工業(yè)環(huán)境等一系列優(yōu)點(diǎn)。為了提高污水處理廠的運(yùn)行管理水平，PLC也成為了該系統(tǒng)的重要組成單元之一，在該系統(tǒng)中各單元按肯定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相互連接構(gòu)成污水處理廠的限制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞污水處理；自動(dòng)化限制系統(tǒng)；PLC；硬件配置；軟件設(shè)計(jì)。DigestthisarticlemainlyintroducedPLCinthecitysewagetreatmentconcreteapplicationexample,thesystemintroducedthecitysewagetreatmenttechnicalprocessaswellasbasedonSIEMENSS7-400theseriesPLCsewagetreatmentimplementationplan,introducesthecitysewagetreatmentplantsupervisorysystemdataacquisitionthemethod.TheprogrammablecontrollerwasPLCisthegrandtotalcomputertechnology,theautomaticcontroltechnologyandthecommunicationonekindnew,thegeneralautomaticcontroldevice.Nowtheprogrammablecontrolleralreadybecameimportantly,mostreliable,theapplicationsituationmostwidespreadindustrycontrolmicrocomputer.Ithasthefunctionstrong,thereliabilityhigh,theusenimbleconvenient,easytoprogramaswellastheadaptationindustryenvironmentandsoonaseriesofmerits.Inordertoenhancethesewagetreatmentplantthemovementmanagementlevel,PLChasalsobecomeoneofthissystemimportantcompositionunits,inthissystemvariousunitsaccordingtocertaintopologyinterconnectionconstitutionsewagetreatmentplantcontrolsystem.Keywordsewagetreatment;Automationcontrolsystem;PLC;Hardwaredisposition;Softwaredesign.1.污水處理工藝流程1.1工藝流程圖由于城市污水是工業(yè)企業(yè)和居民生活所排放的，所以污水中含有大量的有機(jī)物，這種污水成為生化污水。生化污水處理工藝是利用微生物的吸附、氧化和分解作用來降解污水中有機(jī)物的含量，成為可以沉淀的污泥，從而使凈化水質(zhì)達(dá)到規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)（見圖1）。圖1工藝流程圖1.2對工藝流程的闡述城市污水依次經(jīng)過粗格柵、進(jìn)水泵房、沉砂池、初沉池、曝氣池和二沉池來實(shí)現(xiàn)污水的處理。其中各部分的功能如下：進(jìn)水泵房用于將污水提升，粗格柵用于除掉污水中大塊雜物和污物，進(jìn)而愛護(hù)進(jìn)水泵。沉砂池的細(xì)格柵用于除去污水中的小塊雜物，吸砂橋除砂和漂移油脂，還有砂處理和浮砂油脂處理設(shè)備。初沉池初步除掉水中污泥，用刮泥機(jī)收集污泥至初沉池泥泵房。曝氣池（氧化溝）為生化處理區(qū)，通過投放回流活性污泥攪拌和曝氣供氧，培育微生物大量繁殖，形成更多活性污泥。二沉池徹底清污水，使泥水分別。1.3主要設(shè)備的組成及限制方式表1設(shè)備參量污水處理廠的設(shè)備均采納三級限制方式，即現(xiàn)場限制方式、MCC限制方式和微機(jī)限制方式。目前，以MCC限制為基礎(chǔ)，PLC限制為主導(dǎo)的限制方式始終處于工業(yè)自動(dòng)化限制領(lǐng)域的主戰(zhàn)場，為各種各樣的自動(dòng)化限制設(shè)備供應(yīng)了特別牢靠的限制應(yīng)用。其主要緣由，在于它能夠?yàn)樽詣?dòng)化限制應(yīng)用供應(yīng)平安牢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(dòng)化的須要。1.4粗格柵、細(xì)格柵、提升泵房的設(shè)備限制粗格柵、細(xì)格柵的限制分為現(xiàn)場限制和遠(yuǎn)程限制兩種模式。遠(yuǎn)程限制模式由PLC和上位機(jī)實(shí)現(xiàn)，它包括微機(jī)手動(dòng)和微機(jī)自動(dòng)，而微機(jī)自動(dòng)限制方式為：（1）水位差限制方式，通過格柵機(jī)運(yùn)行液位差計(jì)的測量值用來反映格柵堵塞程度，并傳輸?shù)絇LC限制器，進(jìn)行分析計(jì)算。當(dāng)液位差超過預(yù)設(shè)的數(shù)值，限制格柵運(yùn)行；（2）時(shí)間設(shè)置限制方式，在上位機(jī)的INTERACT組態(tài)軟件中設(shè)置格柵機(jī)運(yùn)行時(shí)間和停機(jī)時(shí)間，經(jīng)PLC限制器的程序運(yùn)算指揮MCC對格柵機(jī)進(jìn)行限制。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)備限制砂攪拌器的自動(dòng)運(yùn)行通過進(jìn)水電磁流量計(jì)限制，而抽砂泵的運(yùn)行狀態(tài)是由微機(jī)對其開、停時(shí)間的設(shè)置限制的。

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限制。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)。污泥與溶解成肯定濃度的絮凝劑混合后，污泥中的固體顆粒被凝合成絮團(tuán)，并分別出自由水，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。1.7PLC限制系統(tǒng)1.7.1PLC限制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及功能污水處理廠PLC限制系統(tǒng)由兩臺(tái)計(jì)算機(jī)、8個(gè)現(xiàn)場限制站、工藝儀表、電量變送器構(gòu)成.脫水機(jī)房。0＃工作站～5＃工作站之間采納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)備限制和數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)絡(luò)限制分布圖（如圖下圖所示）1.7.2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)某污水處理廠的自控系統(tǒng)由環(huán)形拓?fù)湫问剑╮ingtopology）和星形拓?fù)湫问?startopology)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）限制操作：在中控室里采納2臺(tái)IBM90和INTERACT組態(tài)軟件開發(fā)的工控程序能對全廠和2個(gè)污水提升泵站的被控設(shè)備進(jìn)行限制、對各現(xiàn)場限制站PLC的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和修改.（2）顯示功能：用設(shè)計(jì)方法生成圖形，實(shí)時(shí)地、集中地顯示被測參數(shù)所處的改變過程。對全廠工藝過程、工藝參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)等通過顏色的改變直觀地、動(dòng)態(tài)地顯示。

（3）報(bào)表功能：分成年度、月度、日班報(bào)表及運(yùn)行參數(shù)報(bào)表。如：污水處理量、加藥量、耗電量等。

（4）打印功能：各種報(bào)表的打印，各種事務(wù)及報(bào)警實(shí)時(shí)打印。1.8

系統(tǒng)構(gòu)成及其布局依據(jù)工藝特點(diǎn)和限制要求，本系統(tǒng)采納分布式集散監(jiān)控系統(tǒng)，按流程設(shè)兩個(gè)PLC分站，分別監(jiān)控水區(qū)和泥區(qū)的設(shè)備運(yùn)行和限制，設(shè)一個(gè)總站集中分站信息并限制分站工作。詳細(xì)限制分為:

(1)各開關(guān)柜(包括:10kV進(jìn)線柜、0.4kV進(jìn)線柜等)，由“自動(dòng)/停止/手動(dòng)”轉(zhuǎn)換限制狀態(tài)，“手動(dòng)”設(shè)啟/停按鈕，用于手動(dòng)操作。

(2)分站限制，用可編程限制器和工業(yè)限制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等自控設(shè)備，自動(dòng)監(jiān)控所屬范圍運(yùn)行。

(3)總站主機(jī)限制，多為計(jì)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)一限制全廠運(yùn)行，滿意工藝測控要求，使全廠運(yùn)行處于最佳狀態(tài)，是監(jiān)控管理的中心。

2污水處理中的PLC2.1.1設(shè)計(jì)范圍設(shè)計(jì)包括廠界內(nèi)預(yù)處理、生物濾池、污泥處理及附屬設(shè)施須要檢測和限制應(yīng)供應(yīng)的儀表和有關(guān)的協(xié)助裝置等。2.1.2PLC設(shè)計(jì)綜述設(shè)立三級限制層：設(shè)備就地手動(dòng)、PLC子站現(xiàn)場監(jiān)控和中控室遠(yuǎn)程監(jiān)控（如圖下圖所示）。2.2PLC在污水處理中的部分運(yùn)用2.2.1中心限制室中心限制室可對整個(gè)分控式限制系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)管理、系統(tǒng)監(jiān)測、實(shí)時(shí)監(jiān)測、顯示、處理、限制各PLC子站的狀態(tài)、通信、數(shù)據(jù)和信息，完成報(bào)警和報(bào)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)（如圖下圖所示）。2.2.2限制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)PLC限制系統(tǒng)中心限制室與現(xiàn)場PLC子站之間采納最先進(jìn)的限制網(wǎng)絡(luò).中心限制室與廠級管理層之間采納100Mdps的以太通訊網(wǎng)，該網(wǎng)帶有E-mail功能，能向mailserver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可與其他限制網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場總線相連。為保證在供電發(fā)生意外時(shí)，系統(tǒng)能有足夠的反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行應(yīng)急處理，設(shè)計(jì)上中心限制室和各子站均設(shè)有在線式不間斷電源。過電壓愛護(hù)裝置能抑制出現(xiàn)在電力網(wǎng)絡(luò)中的暫態(tài)浪涌電壓和汲取暫態(tài)浪涌電壓能量，在保障供電連續(xù)的條件下，保障計(jì)算機(jī)、PLC限制子站及其他主要設(shè)備免受過電壓的干擾和侵害，運(yùn)用電設(shè)備平安正常運(yùn)行。2.2.3現(xiàn)場生產(chǎn)過程PLC限制系統(tǒng)=1\*GB2⑴預(yù)處理PLC限制及檢測部分廠內(nèi)1#預(yù)處理PLC子站位于污泥脫水間限制室內(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)測和限制。通過網(wǎng)絡(luò)把信號送中心限制室計(jì)算機(jī)操作站完成指示、記錄、報(bào)表和報(bào)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:11DI:30DO:22粗格柵開、停限制依據(jù)超聲波液位差計(jì)測得的粗格柵前后水位差值自動(dòng)限制回轉(zhuǎn)式粗格柵的運(yùn)行，即水位差達(dá)到設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)格柵。當(dāng)回轉(zhuǎn)式粗格柵停止運(yùn)行的時(shí)間超出設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)轉(zhuǎn)為時(shí)間限制，此時(shí)限為可調(diào)式設(shè)計(jì)，并設(shè)置上限報(bào)警。PLC系統(tǒng)將依據(jù)軟件程序自動(dòng)限制螺旋輸送機(jī)、回轉(zhuǎn)式粗格柵機(jī)的依次啟停、運(yùn)行、停車以及平安連鎖愛護(hù)，格柵機(jī)停機(jī)后延時(shí)停螺旋輸送機(jī)。細(xì)格柵開、停限制細(xì)格柵24小時(shí)運(yùn)行，并設(shè)置上限報(bào)警。PLC系統(tǒng)將依據(jù)軟件程序自動(dòng)限制螺旋輸送機(jī)、回轉(zhuǎn)式細(xì)格柵機(jī)的依次啟停、運(yùn)行、停車以及平安連鎖愛護(hù)，格柵機(jī)停機(jī)后延時(shí)停螺旋輸送機(jī).污水閘門限制兩臺(tái)閘門依據(jù)液位手動(dòng)或電動(dòng)，其運(yùn)行信號送入中控室監(jiān)控，不參與限制。=2\*GB2⑵BAF生物濾池PLC限制及檢測部分廠內(nèi)2#BAF生物濾池PLC子站位于變電所低壓配電室限制室內(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)測和限制。并可在中控室計(jì)算機(jī)操作站完成指示、記錄、報(bào)表和報(bào)警打印等監(jiān)控管理功能。該子站模擬量輸入、輸出，數(shù)字量輸入、輸出點(diǎn)數(shù)AI:14AO:3DI:124DO:134沉砂池和沉淀池沉砂池和沉淀池定時(shí)開/停排砂、排泥閥，砂水分別器設(shè)備限制由設(shè)備廠商自帶可設(shè)定限制系統(tǒng)，砂水分別器應(yīng)與排砂閥聯(lián)鎖。2.2.4廠級管理PLC系統(tǒng)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(bào)告、報(bào)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?；?yàn)所須要的參數(shù)。建立與外部Interner的雙向連接，便于發(fā)布信息和從外部獲得信息，建立現(xiàn)代企業(yè)形象。附錄三為PLC設(shè)計(jì)簡圖。2.3PLC設(shè)備及儀表為了保證監(jiān)控管理限制系統(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限制子站是干脆監(jiān)視和限制若干工藝生產(chǎn)過程所單元，其主要設(shè)備是：SIEMENS的S7—400系列PLC可編程限制器。連接方式：采納可拆卸式端子排以提高牢靠性，易于連接和修理各模塊具有光電隔離功能，每個(gè)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辨別率：≥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)功能等觸摸開關(guān)辨別率：32*24個(gè)顯示辨別率：640*480點(diǎn)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(shí)間：≥25000小時(shí)2.4主要PLC設(shè)備表及其說明表2主要電氣設(shè)備1、編程設(shè)備：編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運(yùn)行、檢查維護(hù)不行缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所限制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不干脆參與現(xiàn)場限制運(yùn)行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行編程軟件）充當(dāng)編程器。

2、人機(jī)界面：最簡潔的人機(jī)界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機(jī)界面特別普及。

3、輸入輸出設(shè)備：用于永久性地存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)，如EPROM、EEPROM寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機(jī)等。（如表2所示）

PLC的通信，還未實(shí)現(xiàn)互操作性，IEC規(guī)定了多種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，PLC各廠家均有采納。

對于一個(gè)自動(dòng)化工程(特殊是中大規(guī)模限制系統(tǒng))來講，選擇網(wǎng)絡(luò)特別重要的。

（如下頁表3所示）3PLC設(shè)計(jì)3.1PLC簡介利用可編程序限制器（PLC）組成遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)時(shí)，首先遇到的是PLC的選型問題。在選用PLC時(shí)，除把牢靠性、環(huán)境適應(yīng)性放在首位外，還要依據(jù)詳細(xì)應(yīng)用場合盡量選用合適的可編程序限制器。3.2系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟（如圖下圖所示）：圖9系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟圖3.3軟件部分3.3.1監(jiān)控系統(tǒng)的軟件部分計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)采納MicrosoftWindows2000Professional中文版操作系統(tǒng)。歷史數(shù)據(jù)庫采納MicrosoftSQLServer2000中文版軟件。上位機(jī)監(jiān)控軟件采納當(dāng)前流行的美國GE公司的iFIX3.5組態(tài)軟件來實(shí)現(xiàn)。3.3.2軟件配置我們在課題探討中下位機(jī)PLC采納梯形圖來編制程序。

下位PLC軟件用來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、脈沖計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)換、限值邏輯推斷及聲光報(bào)警輸出、通信數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。

數(shù)據(jù)通訊與分別模塊完成PLC與微機(jī)間數(shù)據(jù)和吩咐的雙向傳送，并將得到的數(shù)據(jù)按系統(tǒng)要求的格式分別成系統(tǒng)變量。

顯示模塊將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示在屏幕上，以圖形或表格形式分屏循環(huán)顯示。在手動(dòng)方式下可固定監(jiān)視畫面并可顯示歷史趨勢圖等。

定時(shí)存貯模塊按每特別鐘將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存貯到相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中，每天整理一次歷史數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)維護(hù)模塊可用來修改定值參數(shù)、口令及限值等。

報(bào)警模塊不論軟件工作在何種方式下，一旦出現(xiàn)超值，系統(tǒng)確認(rèn)后并發(fā)出報(bào)警，屏幕上顯示報(bào)警內(nèi)容和地點(diǎn)，以便實(shí)行措施。3.4對污水處理系統(tǒng)中一個(gè)PLC子站的限制程序進(jìn)行設(shè)計(jì)此程序分為三部分：主程序、子程序和中斷程序。（見附錄四）邏輯運(yùn)算及報(bào)警處理等放在主程序。系統(tǒng)初始化的一些工作放在初始化子程序中完成，這樣可節(jié)約掃描時(shí)間。利用定時(shí)器中斷功能實(shí)現(xiàn)PID限制的定時(shí)采樣及輸出限制。生活供水時(shí)系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的70%，消防供水時(shí)系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的90%。在污水處理系統(tǒng)中，只是用比例(P)和積分(I)限制，其回路增益和時(shí)間常數(shù)可通過工程計(jì)算初步確定，但還須要進(jìn)一步調(diào)整以達(dá)到最優(yōu)限制效果。（程序設(shè)計(jì)見附錄四）程序中運(yùn)用的PLC元器件及功能如下表：表4程序中運(yùn)用的元器件及功能器件地址功能器件地址功能VD100過程變量標(biāo)準(zhǔn)化值T33工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯限制VD104壓力給定值T34工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯限制VD108PI計(jì)算值T37工頻泵增泵濾波時(shí)間限制VD112比例系數(shù)T38工頻泵減增泵濾波時(shí)間限制VD116采樣時(shí)間T39工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯限制VD120積分時(shí)間M0.0故障結(jié)束脈沖信號VD124微分時(shí)間M0.1泵變頻啟動(dòng)脈沖VD204變頻器運(yùn)行頻率下限值M0.3倒泵變頻啟動(dòng)脈沖VD208生活供水變頻器運(yùn)行頻率上限值M0.4復(fù)位當(dāng)前變頻運(yùn)行泵脈沖VD212消防供水變頻器運(yùn)行頻率上限值M0.5當(dāng)前泵工頻運(yùn)行啟動(dòng)脈沖VD250PI調(diào)整結(jié)果存儲(chǔ)單元M0.6新泵變頻啟動(dòng)脈沖VB300變頻工作泵的泵號M2.0泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯限制（接上頁表4）4結(jié)束語本系統(tǒng)與傳統(tǒng)污水工藝PLC限制相比，具有功能齊全、高度智能化、運(yùn)行牢靠、投資省、見效快等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)自2004年10月投入運(yùn)行至今，對該城市的生態(tài)環(huán)境、水資源、城市環(huán)境