1、/.污水處理廠的PLC控制系統設計污泥運輸機的 PLC程序設計1污水處理工藝流程1.1工藝流程圖inr上直機八a, ”、ComtiplIbTLiiilr Xff JC>J Fl 廠 亙 "1 i ic: J c加前I 阿麗|/地| Iis：Lr - r-I 5c&in,2mA5423 IP L越II-jt鳴？関mncoHcy-g(5113二二:囤1 J加S二期8淪輕W «!上悅機LCoiHtJI Ur Link1vZRSH! '理，.主祐1-s二期平就魂定迪#«車1£喝（4*JcJW'HC) |c2wic ; cwc二 PS

2、Bfp ra- r -r扁皿D電玫釧L圖1.1工藝流程詳圖mm 跨?麗 j i別廿 HSiii:cpmX Ksin-IL圖1.2工藝流程簡圖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勺污水泵將污水提升到細格柵，將較小的漂浮物去除；在沉砂池攪拌、除砂；然后進入生化池進行厭氧、耗氧處理，經沉淀池泥水分離，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，進一步濃縮，通過污泥處理系統，把泥漿態的污泥脫水、壓濾，形成干污泥餅（如圖 1.2所示）。

3、1.3主要設備的組成及控制方式1.3.1主要設備活性污泥法的曝氣方式可分為兩大類：鼓風曝氣及機械曝氣兩大類。鼓風曝氣系統的主要設備是鼓風機及擴散系統。小污水廠的鼓風機一般采用羅茨風機及小型離心風機。分散系統一般采用微孔曝氣器。但必須是適應于間歇曝氣的運行方式。鼓風機往往安裝在SBR池旁邊，以減少管路系統的造價。由于污水廠較小，一般不設風機房，僅在鼓風機上設罩棚。這主要適用于廠礦企業內的污水處理廠，不嚴格控制噪音的情況。如果污水廠毗臨生活小區，若采用鼓風曝氣則必須建鼓風機房，同時還要有相應的降噪措施，這樣情況下宜采用機械曝氣方式。1.3.2設備控制方式污水處理廠的設備均采用三級控制方式，即現場控

4、制方式、MCC空制方式和微機控制方式。目前，以MCC控制為基礎，PLC控制為主導的控制方式始終處于工業自動化控制領域的主戰場，為各種各樣的自動化控制設備 提供了非?？煽康目刂茟谩Ｆ渲饕颍谟谒軌驗樽詣踊刂茟锰峁┌踩煽亢捅容^完善的解決方案,適合于當前污水處理廠對自動化的需要?？刂葡到y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?？刂七^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控制器的輸入變量，經模糊控制器輸出控制變頻器輸出 頻率n，從

5、而改變加藥量使 pH值保持穩定。PLC和上位機實現，它包括微1.4 粗格柵、細格柵、提升泵房的設備控制粗格柵、細格柵的控制分為現場控制和遠程控制兩種模式。遠程控制模式由機手動和微機自動，而微機自動控制方式為:（1 ）水位差控制方式，通過格柵機運行液位差計的測量值用來反映格柵阻塞程度，并傳輸到 PLC控制器，進行分析計算。當液位差超過預設的數值,控制格柵運行；（2）時間設置控制方式，在上位機的interacts態軟件中設置格柵機運行時間和停機時間，經PLC控制器的程序運算指揮 MCC對格柵機進行控制。提升泵運行控制以遠程控制為主。某污水處理廠有兩個提升泵站，每個泵站設有一個PLC工作站與廠內主站

6、聯絡（如圖1.3所示）。圖1.3各子站聯絡圖可靠，水位測量和提升泵的流量它們距污水處理廠約 45公里。為實現進水提升泵的遠程自動控制的安全、測量和數據分析、傳輸、控制等設備是不可缺少的，所以在進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工作站分別擔負各泵站的設備控制、設備保護、數據采樣、遠程數據傳輸等作用。根據測量值對應控制 程序，自動控制提升泵的運行組合。這樣可以根據廠外來水量準確及時地調整泵運行數量，減少設備疲勞；同時 可以取消傳統泵站三班倒的人力資源耗費。1.5沉砂池、生化池、沉淀池、污泥回流泵房和鼓風機房的設備控制生

7、化池厭氧區的攪拌器、沉淀池的吸刮泥機、污泥回流泵房的閥門和回流泵都是由微機觸發指令通過PLC控制。生化池好氧區的 DO計、MLSS計、ORP計、空氣調節閥和 HV-TURB（鼓風機是污水處理的重要設備。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。該系統控制思路:PLC通過對DO的檢測，自動調節空氣閥的開度；當檢測到空氣閥的調節不能滿足DO的需要時，再著行調整鼓風機的出風導葉片的開度（目前各污水廠在該系統的應用都不理想，主要問題是溶解氧的測量值滯后、不穩定及空氣閥門的選型）；PLC檢測DO計、MLSS計、ORP計的值傳送上位機進行數據分析，實時掌握厭氧段與好氧

8、段、污泥濃度等狀況,及時調整工藝控制。1.6脫水機房脫水機房的設備主要擔負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行脫水處理的任務。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，并分離出自由水，然后被輸送到帶式污泥脫水機上，經頂脫水區、重力脫水區、楔形脫水區、壓濾脫水區后形成濾餅排出。設備的控制思路是以時序的邏輯控制為主導，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現。該系統流程控制原理圖（如圖1.4所示）。徒計電清木泵粽合粧=<1 b空ira車11 *圖1.4污泥脫水系統流程控制圖脫水機系統的聯動控制時序:條件：各設備準備就

9、緒,無故障；空壓機、自動配藥池工作正常。 啟動：皮帶輸送機運轉 帶式脫水機運轉 投藥泵運轉污泥泵運轉。停機：控制順序與啟動順序相反。時間：根據實際的運行狀況，可在 PLC中設置各設備聯動間隔時間。1.7 PLC控制系統污水處理廠自控系統遵循“集中管理，分散控制，數據共享”的原則，設計選型先進，安全可靠，經濟合理,并能保證系統長期穩定高效地運行。PLC控制系統滿足污水處理廠運行管理和安全處理的要求，即生產過程自動控制和報警、自動保護、自動操作、自動調節、提高運行效率，降低運行成本，減輕勞動強度，對污水處理廠內各系統工藝流程中的重要參數、設備工作情況等進行計算機在線集中實時監測，重要設備進行計算機

10、在線集散控制，確保污水處理廠的出水水質達到設計排放標準。1.7.1 PLC控制系統的基本構成及功能污水處理廠PLC控制系統由兩臺計算機、8個現場控制站、工藝儀表、電量變送器構成。8個現場控制站用于控制現場設備、采集動態工藝參數和設備工作情況?，F場控制站根據污水處理廠的實際工藝和構筑物的幾何分布，設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備安全的前提下，盡量節省投資。本控制系統由8個現場控制站組成。它們分別位于：廠外1#泵站；廠外2#泵站；廠內中心控制室；廠內低壓電房；鼓風機房（3個站）；脫水機房。0 #工作站5#工作站之間采用 A1SJ71AR21模塊通過同軸電纜通

11、訊。/.1#工作站和2#工作站與廠內主工作站的距離45公里，且無人值班，故租用電信公司無源電話專線通過調制解1.5所示）。調器和A1SJ71UC24通信模塊進行泵房設備控制和數據傳輸。網絡控制分布圖（如圖1.7.2 網絡結構污水處理廠的自控系統由環形拓撲形式（ring topology ）和星形拓撲形式（startop ology）兩種總線網絡形式構成。1.7.3上位機組態功能（1）控制操作：在中控室里采用2臺IBM90和INTERACT組態軟件開發的工控程序能對全廠和2個污水提升泵站的被控設備進行控制、對各現場控制站PLC的參數進行設定和修改，具有良好的人機交互界面，可方便地進行圖形間的切換

12、和各種功能的調用。設立不同的安全操作等級，針對不同的操作者，設置相應的加密等級，記錄操作 員及其操作信息。（2）顯示功能：用設計方法生成圖形，實時地、集中地顯示被測參數所處的變化過程。對全廠工藝過程、工藝參 數、設備狀態等通過顏色的變化直觀地、動態地顯示。數據處理及管理：操作記錄并顯示工藝參數、電量參數的變化曲線或趨勢圖，利用在線數據和數據庫的數據 進行分析、統計、計算、顯示。報警功能：當某一參數異常或設備故障時，可根據不同的報警類別，發出聲光報警、屏幕報警。（3）報表功能：分成年度、月度、日班報表及運行參數報表。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

13、實時打印。由于污水廠較小，各構筑物之間一般用渠道相連，既節省了占地，又減少了水頭損失。有專家統計，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房和泥餅堆放場合建。這樣，在常規的設計中，小型污水廠內至多有三個主要的處理單元：輔助生產區（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，各構筑物采用了合建方式,在設計時應注意距離較近的構筑物的基礎處理,埋深上盡量接近。通過連接構筑物的渠道應做沉降縫。圖1.5全廠網絡控制圖IIKOSEtk-t-

14、二一= CELf u Ei -I多座反應池的排泥管也可采用渠道而非管道和止回閥連接的方式，這樣不僅減少了設備的維護管理，而且沒 有閥門堵塞的問題。在小型污水處理廠內多采用類似策略，可以大大節省工程費用，方便維護管理。PLC分站，分別監控水區和泥區1.8 系統構成及其布局根據工藝特點和控制要求，本系統采用分布式集散監控系統，按流程設兩個 的設備運行和控制，設一個總站集中分站信息并控制分站工作。具體控制分為(1)現地控制，設現場箱或按鈕站，由“現場/遙控”轉換控制狀態，“現場”設點動按鈕，用于調整和檢修。(2) 各開關柜(包括:10kV進線柜、0.4kV進線柜等)，由“自動/停止/手動”轉換控制狀

15、態，“手動”設啟/停按鈕,用于手動操作。(3) 分站控制，用可編程控制器和工業控制計算機系統等自控設備，自動監控所屬范圍運行。(4) 總站主機控制，多為計算機監控管理系統，集中分站信息，進行各種處理，并通過分站統一控制全廠運行,滿足工藝測控要求，使全廠運行處于最佳狀態，是監控管理的中心。監控系統由操作員工作站、服務器工作站、(P rofibus)，它為投影儀、打印機、2個PLC工作站和現場一次設備。通信網絡采用西門子的過程現場總線標準 分布式I/O站或驅動器等現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據內部交換的接 口通信協議采用 SINEC L2,該協議遵從 DIN192

16、45標準。SINEC L2又分為如下子協議：L2-TF、L2-FMS L2-DP及L2-AP。其中L2-DP遵從Profibus標準開放式結構，適用于對時間要求嚴格的現場，能夠以最快的速度快速處理和傳送網絡數據。所以本系統可以快速的采集和處理由PLC所采集的數據，符合控制系統要求的快速性。2.污水處理中的PLC2.1概述2.1.1設計范圍設計包括廠界內預處理處理、生物濾池、污泥處理及附屬設施需要檢測和控制應提供的儀表和有關的輔助裝置等。2.1.2 PLC設計綜述實用性:PLC系統其目的在于滿足污水廠生產控制和管理要求，在保證先進的條件下，設備和系統應符合實際要求?？煽啃?污水處理廠的生產過程要

17、求PLC控制系統具有連續可靠性。經濟性:PLC系統的技術含量高，設備復雜，因此，在設計時應進行技術經濟比較。先進性:網絡技術、信息技術、PLC控制技術發展迅速。根據某污水處理廠的設計規模和BAF生物濾池工藝的特點，本著技術先進，性價比高，適用可靠的原則進行設計。依據集中監測為主，分散控制為輔的基本原則，設計采用以PLC(可編程控制器)為基礎的監測控制和數據采集系統(SCADA ,在中央控制室利用PC (工業級PC對廠內各工況進行實時監控，并有信號報警和聯鎖等設施以保證生產正常運行，生產的工藝過程PLC采用就地獨立控制。從安全生產的角度和操作人員技術掌握程度上考慮，設立三級控制層：設備就地手動、

18、PLC子站現場監控和中控室遠程監控(如圖 2.1所示)。在綜合樓設立中央控制室，下設1#預處理PLC子站，2#BAF生物濾池PLC子站和3#污泥處理PLC子站等共7個現場處理子站。在中央控制時可對主要設備實施開、?？刂?。同時，設備運轉狀態也通過通訊總線送入上位計算機，在計算機上對全廠設備運轉情況進行監控。中央控制室還設置了以太網交換器，與廠級管理PLC層以太信息網絡相連接，并設置廠長辦公終端、生產管理終端、化驗室終端。:打印機i中控室遠程監控 i 如2= PLC 站!Ij廠外爲PLC站 rar；-1_1#FLCfflfflW3#PLC?占SttPLC 站III9H圖2.1全廠網絡控制圖4-、尸

19、生觀 址i? n ft備O二期二期壽設備就地動手I FLC千姑現場監控2.2 PLC在污水處理中的部分運用2.2.1中央控制室I*蔚稍屯楓淹庇制會呼;怦聞血ca血至程肓圖2.2流程簡圖PLC編程軟件，程序可方便地通過控制網絡分在辦公樓設立中央控制室，中央控制室內設有兩臺21 ”純平高分辨率計算機操作站、一臺數據庫服務器、三臺打印機、一臺網絡設備。兩臺計算機操作站互為備用，并可安裝 別下載到指定的現場控制站，以便在調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進行系統組態管理、系統監測、實時監測、顯示、處理、控制各P LC子站的狀態、通信、數據和信息，完成報警和報表打印。2.2所示）。

20、在廠級管理層可以通過Internet將結果、效益分析等發往主管局等政府機關（如圖生產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行放大，便于分幅，分組組展示，流程上有相關的實時生產過程的動態參數值顯示。當動態顯示值顯示改變時，隨之改變圖形的數值。222控制網絡系統通訊控制網絡系統采用可與信息系統無縫連接、可進行三階層通信、高速可靠通信。PLC控制系統中央控制室與現場PLC子站之間采用最先進的控制網絡，該控制網是一種最現代化的開放網絡，已成為工業PLC領域的標準網絡。它具有靈活的結構，安裝方便，支持PLC之間及PLC和上位機之間的自動數據鏈接，也可使用信息服務進行可編程的數據傳送，可

21、得到大容量、柔性數據鏈接及大容量的數據傳送，對應低成本的通信系統。其通訊介質選屏蔽雙絞線。通訊速率可達 2Mbps保證數據高速確定地傳輸。主要特性：通訊方法為 N:N令牌環。在網絡兩端內藏必要的終端電阻，只需作開關設定。最大傳送距離：1KM（線纜）20KM（光纜）。最大傳輸率：2Mb ps傳送媒體方式：屏蔽雙絞線或光纜。最大節點數：32或62PLCo通過網關或PLC可與其他控制網絡、現場總線相連。中央控制室與廠級管理層之間采用100Mdps的以太通訊網，該網帶有E-mail功能，能向mail server發送用戶自定義信息，故障信息，狀態信息等，通過網關（以太網交換器）或P LC可與其他控制網

22、絡、現場總線相連。主要特性:支持TCP/IP,UDP/IP標準協議。傳輸率：10/100Mb ps。傳輸協議：TCP/IP、UDP/IP、FTR傳輸距離：40KM傳送媒體方式：單模光纖。通過網關或PLC可與其他控制網絡、現場總線相連。為保證在供電發生意外時，系統能有足夠的反應時間進行應急處理，設計上中央控制室和各子站均設有在線式不間斷電源。（1）預處理PLC控制及檢測部過電壓保護裝置能抑制出現在電力網絡中的暫態浪涌電壓和吸收暫態浪涌電壓能量，在保障供電連續的條件下，保障計算機、PLC控制子站及其他主要設備免受過電壓的干擾和侵害，使用電設備安全正常運行。2.2.3分現場生產過程PLC控制系統廠內

23、1#預處理PLC子站位于污泥脫水間控制室內。對工藝專業要求檢測的各種工藝參數，水泵、閘門、粗格柵、細格柵、排砂裝置等設備的運行狀態、故障狀態進行監測和控制。通過網絡把信號送中央控制室計算機操作站完成指示、記錄、報表和報警打印等監控管理功能。其主要設備有:粗格柵、閘板，細格柵、螺旋輸送機該子站模擬量輸入、輸出，數字量輸入、輸出點數AI:11DI:30DO:22粗格柵開、?？刂聘鶕暡ㄒ何徊钣嫓y得的粗格柵前后水位差值自動控制回轉式粗格柵的運行，即水位差達到設定值時，自動啟動格柵。當回轉式粗格柵停止運行的時間超出設定值時，系統轉為時間控制，此時限為可調式設計，并設置上限報警。PLC系統將根據軟件程

24、序自動控制螺旋輸送機、回轉式粗格柵機的順序啟停、運行、停車以及安全連鎖保護,格柵機停機后延時停螺旋輸送機。細格柵開、?？刂萍毟駯?4小時運行，并設置上限報警。PLC系統將根據軟件程序自動控制螺旋輸送機、回轉式細格柵機的順序啟停、運行、停車以及安全連鎖保護，格柵機停機后延時停螺旋輸送機。污水閘門控制:兩臺閘門根據液位手動或電動，其運行信號送入中控室監控，不參加控制。(2) BAF生物濾池PLC控制及檢測部分廠內2#BAF生物濾池PLC子站位于變電所低壓配電室控制室內。對工藝專業要求檢測的各種工藝參數，水泵、風機反沖洗泵等設備的運行狀態、故障狀態進行監測和控制。并可在中控室計算機操作站完成指示、記

25、錄、報表和報警打印等監控管理功能。其主要設備有:排砂閥，排泥閥，啟閉機，砂水分離器，電動進水閥，電動排水閥，電動進氣閥，電動氣沖閥電動反沖洗閥,回用潛水泵，離心鼓風機。該子站模擬量輸入、輸出，數字量輸入、輸出點數Al:14 AO:3 Dl:124DO:134沉砂池和沉淀池沉砂池和沉淀池定時開/停排砂、排泥閥，砂水分離器設備控制由設備廠商自帶可設定控制系統,砂水分離器應與排砂閥聯鎖。BAF生物濾池工藝過程簡述:污水經強化預處理后進入第一級生物過濾(C/N )池，污水通過濾池進水管進入濾池底部，填料上的微生物利用進水中的溶解氧降解 BOD同時，SS也通過一系列復雜的物化過程被填料及其上面的生物膜吸

26、附截留在濾床內。流出填料層的廢水進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運行情況不曝氣并減少回流比以節能。經二級生物過濾處理后的污水即直接進入接觸池消毒。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子站進行監控。根據生物濾池水位差的反鎖信號控制反沖洗機組開停，根據 DO測量儀所測反鎖信號控制調節曝氣風機的風量。BAF生物濾池按所設計時間進行周期性反沖洗，其中

27、，第一級按每個周期16小時，第二級按每個周期36小時進行反沖洗。或者在一個周期內，如果水頭損失達到所設反沖設定值時，優先進入反沖洗程序反沖洗周期設定值根據水質情況在反沖洗程序中為可調值。BAF生物濾池根據其優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:反沖洗階段根據時間設定為周期性反沖洗。根據超聲波液位計所測水位值確定反沖洗過程。當水位下降到所設定值時，停止進水閥，開啟反洗水出水閥。后開啟反洗風閥進行氣沖洗。氣洗數分鐘后,待濾池液位再次下降到設定反洗液位值時，先開啟反洗鼓風機, 關閉反洗氣閥，關閉反洗鼓風機，氣沖洗結束。氣沖洗結束，進入水沖洗階段。先開啟反沖洗水泵，后開啟反洗 管

28、路閥們，進行水洗數分鐘后，水沖洗結束。當水沖洗結束后，繼續開啟反沖洗鼓風機，再開啟反沖洗風閥，進 入氣、水混合沖洗階段。氣、水混合反洗數分鐘后，關閉反洗風閥，關閉反洗鼓風機；關閉反洗水水閥，關閉反 洗水泵。至此，反沖洗過程全部結束。當反沖洗階段結束后，先開啟進水閥，后開啟曝氣鼓風機，再開啟曝氣風閥，最后關閉反沖洗水出水閥。進 入正常曝氣階段。2.3所示）。強制反洗：若反洗效果不佳，說明濾路可能出現堵塞，此時，關閉進水閥，開啟反沖洗出水閥，開啟強制反沖洗泵和強制反沖洗閥們，進行強制反沖洗，其過程按反沖過程運行（如圖圖2.3 BAF曝氣法工藝流程圖（3） 污泥脫水PLC控制及檢測部分廠內3#污泥P

29、LC子站位于污泥脫水間控制室內。對于工藝專業要求檢測的各種工藝參數，水泵、加藥設備、離心脫水機等設備的運行狀態、故障狀態進行監 測和控制。通過網絡把信號送中央控制室計算機操作站完成指示、記錄、報表和報警打印等監控管理功能。其主要設備有:離心脫水機，污泥進料泵，沖洗水泵，皮帶輸送機，無軸螺旋輸送機，隔膜計量泵，攪拌機。該子站模擬量輸入、輸出，數字量輸入、輸出點數Al:4 AO:3 DI:30DO:24污泥脫水系統為成套設備（包括污泥進料泵、加藥泵、離心脫水機），自帶現場控制柜。該系統運行、故障信號送入PLC顯示，根據儲泥池液位，PLC給出設備的開、停命令，運行中設備根據自帶的控制程序動作，給料機

30、組機開/停與離心脫水機。脫水后污泥螺旋輸送機和皮帶輸送機與離心脫水機聯鎖，先開啟螺旋輸送機和皮帶輸送機，再開啟離心脫水 機，最后開啟污泥泵，停運時，先停污泥泵，再停離心脫水機，最后停螺旋輸送機和皮帶輸送機。2.2.4廠級管理PLC系統為了及時地對來自污水處理現場的生產信息進行收集、儲存、分析和加工處理，以便工廠領導層對生產管理 的準確決策，設計中考慮了廠級管理終端。該系統主要功能:/.生產過程的全面查詢，包括各種進、出廠水流量，各中能耗等。生產過程分析報告、報表和圖形。設備資料數據庫和設備運行管理數據庫。化驗所需要的參數。建立與外部Interner的雙向連接，便于發布信息和從外部獲取信息。2.

31、3 PLC設備及儀表選型為了保證監控管理控制系統的正常運行，PLC監控系統選用SIEMENS勺S7400系列產品?，F場PLC控制子站是直接監視和控制若干工藝生產過程所單元。其主要設備是：SIEMENS的S7400系列PLC可編程控制器，直流電源， 超聲波液位計，電磁流量計，PH計,SS計，DO計，污泥液位測量系統。PLC性能特點：CPU指示，高速RISC的CPU最大10點數為5120點，數據內存容量：64K字。電源電壓范圍：85132VAC或 170264VAC基本指令處理速度：W0.04ms/k 。特殊指令處理速度：W 0.12ms/k，I/O模塊指令。數字量輸入模塊（DI）:輸入點數：16

32、點，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，每個輸出點都具有狀態指示。數字量輸出模塊（DO :輸入點數：16點繼電器，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，每個輸出點都具有狀態指示。模擬量輸入模塊（AI ）：，輸入點：8路。輸入范圍：05V,15V,010V,-10+10V,420mA分辨率：12位，隔離方式：光電隔離，轉換速度：1ms/點。精度（25C）:電壓±

33、 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，每個輸出點都具有狀態指示。模擬量輸出模塊（AO :輸出點數：8路。輸出范圍：05V,15V,010V,-10+10V,420mA分辨率：12位，隔離方式：光電隔離，轉換速度：1ms/點。精度（25C）: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

34、域：10.4 "，觸摸開關分辨率：32*24個，顯示 分辨率：640*480點。通訊接口： RS-422A/RS-485 口 RS-232C 口，電源電壓范圍：DC20.4VDC26.4V，隔離裝置：根據開關量信號輸入輸出點配置繼電器以隔離PLC與被測控的設備。在儀表選型上，介于監測儀表的重要性，在儀表選型上應遵循:準確全面反映進廠水的水質水量情況。準確全面反映出水廠的水質情況。各處理單元的出口的主要水質情況。參與控制的水質和物理參數。盡量選用國內可靠成熟的儀表產品，以節約投資，也方便維修。對關鍵的現場儀表，則考慮引進國外設備。E+H公司。超聲波液位計是非接觸式測量儀表該儀表通過對超

35、聲波發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，德國型號：傳感器FDU80-RG2A變送器 FMU682-R1A1A1(1 )被測介質:污水和稀污泥(2 )測量范圍:FDU80量程050m(3 )輸入范圍:4 20mA DC負載電阻600 Q(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 )防護等級:傳感器：IP68變送器：IP65(8 )現場顯示:4 1/2數顯(9 )專用電纜:10M傳感器、步進電機控制器、跟蹤單元，德國E+H公司。型號：CUC101-A0(10

36、)安裝支架：墻支架 919792-0001電磁流量計是測量和指示導電液體的流量，由傳感器、變送器及專用電纜組成，傳感器形式為發蘭連接，帶 接地環，轉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內實行編程。上海光華愛爾 美特。型號：傳感器IFS4000轉換器 SC100AS/MP-2211E+H公 司。PH計：此裝置為一組電極，這組電極產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，德國型號：傳感器CP S11-2AA2TSA變送器：CPM253-PR0010SS計：該裝置包括傳感器、變送器及專用電纜，包括傳感

37、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-光束，脈動-光方法實現。包括濃度計、濃度變送器 C0M253-0010污泥液位測量系統：該裝置是通過濃度變送器，應用成熟的雙/.2.4儀表的動力要求和相應的配電室提供， 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%UPS.+10%中控機房電源采用雙回路電源供電，并裝設防雷器和UPS計算機不得與空調等大容量電器共回路

38、。PLC子站電源取自低壓配電屏儀表控制配電回路，回路裝設電源防雷器及2.5主要PLC設備表及其說明由于污水廠較小，各構筑物之間一般用渠道相連，既節省了占地，又減少了水頭損失。有專家統計，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，一般將沉砂水廠內至、水處理單元、泥處理單元。有時泥處理和水池與SBR池通過渠道相連、污泥濃縮池與脫水機房和泥餅堆放場合建。這樣，在常規的設計中，小型污 多有三個主要的處理單元：輔助生產區（含辦公、變配電及總控等） 處理單元也可合建。由于方便輸配水，各構筑物采用了合建方式，在設計時應注意距離較近的構筑物的基礎處理，

39、埋深上盡量接 近。通過連接構筑物的渠道應做沉降縫。多座反應池的排泥管也可采用渠道而非管道和止回閥連接的方式，這樣不僅減少了設備的維護管理，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多采用類似策略，可以大大節省工程費用，方便維護管理。小型污水處理廠受服務區域的現狀及污水收集輸送系統的限制，其廠址往往是小區內或廠礦企業內不規則、 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，這些不利因素在總平面 布置時必須充分考慮。一般來講，對于污水廠的現狀情況應充分考慮，因地置宜，若廠址高差變化太大，廠區內的設計地坪也應隨之調整，采取不同標高。整個全廠看來，呈臺階

40、式布置。有條件的盡量放坡處理，不做擋墻，以節省土建投資。綠化,在護坡上做綠化小品，起到美化全廠、改善環境的目的。若空中有高壓線，則在地面上可考慮大量的進行 在滿足電氣相關規范的同時，盡可能的增加廠區的綠化面積。再比如，如果廠址靠近居民區，則要在總圖上更要加以注意，首先污水及污泥處理構筑物應盡量布置在遠離 居民區的地方，而且在有條件的情況下，處理構筑物可以采取增設上部建筑或加蓋的方式以減少對周圍環境的影 響。必要時，增加相應的環保措施。（如表2.1）如前所述，在小型污水處理廠的設計， 有時因毗臨居民區或處于小區內的重要地區，往往有較高的環保要求, 這就要求進行必要的環保方面的考慮。大致可分為以下

41、幾個方面。表2.1主要設備序號設備名稱（型號）參數1電磁隔膜計量泵（CONCE PT C1002流量：0-2.3L/h，功率：24W 聚丙烯2電磁隔膜計量泵（CONCE PT C0220流量：0-23L/h，功率：24W 聚丙烯3電磁隔膜計量泵（CONCE PT C030）6流量：0-6.08L/h，功率：24W 聚丙烯4循環泵（14CQ-5）流量：0-20L/min，功率：20W揚程：5m5提升泵（15ZG0.6-10）流量：0.6m/h,揚程：15m設備分布污水處理的一次設備主要包括：進水泵、排污泵、柵格機、配電設備、傳送機、各種傳感器和各種檢測儀表等。（1）水區分布的一次設備及其功能進水

42、泵：主要作用是將城市生活生產所排放的污水經過柵格過濾后提升，使其進入沉砂池。柵格機：主要用于各個進水泵的入口處，防止較大的污物進入泵內，進而保護進水泵，保證其能正常工作。配電設備：主要是指10kV高壓配電設備和0.4kV配電設備，用來給進水泵供電。它的穩定性對于整個污水處理廠的安全運行至關重要。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，用來測量各個進水泵出口壓力的壓力傳感器，以及測量進水泵出口流量的流量傳感器等傳感設備。（2）泥區分布的一次設備及其功能排污泵：主要是將沉砂池中的污泥送入初沉池中，進而對污泥進行處理。配電設備:用來給排污泵供電。傳送機:用來將處理好的泥餅從脫水泵房

43、運送出去。各種傳感器：用來采集現場的模擬量。以上所說各種設備均為系統中PLC的監控對象，系統一次設備與PLC的連接：其中配電設備通過傳感器與 PLC進行通訊，使PLC能監測到配電設備的各種開關量和模擬量，進而達到監控配電區的作用。2.6 PLC 具體配置情況根據具體情況，本監控系統的PLC分成水區PLC和泥區PLC兩個分站。根據水區和泥區的監控對象的點數的多少，對PLC分別配置如下：水區PLC配置水區監控系統的PLC采用SIEMENS的 S7-400系列。根據水區的具體要求，水區PLC總體配置如下：中央處理模塊（CPU）:選用CPU412;數字量輸入模塊（DI）:選用SM421共14塊（32點

44、/塊），處理448點輸入信號；數字量輸出模塊（DO）：選用SM422共5塊（32點/塊），處理160點輸出信號；模擬量輸入模塊（AI）:選用SM431共6塊（16點/塊），處理96點輸入信號;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的擴展。泥區PLC配置泥區監控系統的PLC采用SIEMENS的 S7-400系列。根據泥區的具體要求，泥區PLC總體配置如下：中央處理模塊（CPU）:選用CPU412-2;數字量輸入模塊（DI）:選用SM421共15塊（32點/塊）處理480點輸入信號;數字量輸出模塊（DO）:選

45、用SM422共4塊（32點/塊）。處理128點輸出信號；模擬量輸入模塊（AI）:選用SM431共2塊（16點/塊）。處理32點輸入信號;通信模塊（CP）:選用CP443-5，共1塊為RS485接口。系統構成及其布局根據工藝特點和控制要求，本系統采用分布式集散監控系統，按流程設兩個PLC分站，分別監控水區和泥區的設備運行和控制，設一個總站集中分站信息并控制分站工作。具體控制分為（1）現長就地手動控制，設現場箱或按鈕站，由“現場/遙控”轉換控制狀態,“現場”設點動按鈕，用于調整和檢修。（2）各開關柜（包括:10kV進線柜、0.4kV進線柜等），由“自動/停止/手動”轉換控制狀態，“手動”設啟/停按

46、鈕，用于手動操作。（3）分站控制，用可編程控制器和工業控制計算機系統等自控設備，自動監控所屬范圍運行。(4)總站主機控制，多為計算機監控管理系統，集中分站信息，進行各種處理，并通過分站統一控制全廠運行,2個PLC工作站和現場一次設備。通信網絡采用西滿足工藝測控要求，使全廠運行處于最佳狀態，是監控管理的中心。監控系統由操作員工作站、服務器工作站、投影儀、打印機、門子的過程現場總線標準(Profibus)，它為分布式I/O站或驅動器等現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據內部交換的接口通信協議采用SINEC L2,該協議遵從 DIN19245標準。SINEC L2又分為如

47、下子協議：L2-TF、L2-FMS L2-DP及L2-AP。其中L2-DP遵從Profibus 標準開放式結構，適用于對時間要求嚴格的現場，能夠以最快的速度快速處理和傳送網絡數據。所以本系統可以快速的采集和處理由PLC所采集的數據，符合控制系統要求的快速性。SIMATIC S7-400 簡介SIMATIC S7-400系列PLC是西門子公司生產的大中型可編程序控制器，其功能強大，穩定性高，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是應用于中、高檔性能范圍的可編程序控制器。模塊化及無風扇的設計，堅固耐用，容易擴展和廣泛的通訊能力，容易實現的分布式結構以及用戶友好

48、的操作使SIMATICS7-400成為中、高檔性能控制領域中首選的理想解決方案。用戶還可以根據需要不斷的進行升級可編程序控制器。SIMATIC S7-400自動化系統采用模塊化設計。它所具有的模板的擴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。2.7監控系統的軟件部分計算機操作系統采用Microsoft Windows2000 Professional 中文版操作系統。歷史數據庫采用 Microsoft SQLServer 2000 中文版軟件。上位機監控軟件采用當

49、前流行的美國GE公司的iFIX3.5組態軟件來實現。(1)操作系統軟件 Windows 2000 Professional中文版操作系統提供了一個快速、高效的多用戶、多任務操作系統環境，是目前使用廣泛的工控操作系統。數據庫服務器采用Windows 2000 server 中文版配合 MicrosoftSQL2000使用，用來保存歷史數據。各工作站均采用Windows 2000P rofessional中文版操作系統。(2) iFIX3.5監控軟件 實現了對整個系統的開關量、狀態量、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水泵的電流、頻率、出口壓力

50、等都實時顯示在主工作站的主界面上，便于調度員及時掌握系統的運行情況。(3)數據庫軟件 數據庫服務器上安裝Microsoft SQL 2000中文版，用來儲存整個電站重要的歷史數據，通過iFIX3.5與Microsoft SQL 2000 的通訊來讀取歷史數據。單獨設計一個數據庫服務器可以避免因為系統局部故障導致歷史數據丟失現象的發生。(4) STEP7可以利用IEC-1131標準中八種編程語言中的六種 (STL、LAD FBD CFC SFC和SCL)進行編程。本系統利用STEP7對西門子可編程序控制器進行配置、編程。(5) SIX 利用SIMATIC S7-400在iFIX3.5 中驅動程序

51、，可以在 iFIX3.5 數據庫中配置 PLC的DI、DO AI和DB等模塊和中間繼電器的地址分配。/.3 PLC設計3.1 PLC簡介利用可編程序控制器(PLC組成遠程自動監測系統時，首先遇到的是PLC的選型問題。在選用 PLC時，除把可靠性、環境適應性放在首位外，還要根據具體應用場合盡量選用合適的可編程序控制器。關于可編程控制器選 型的一般原則可從以下幾方面考慮:(1) 明確控制對象要求。本系統要求改善信息管理，把PLC與上位微機的通訊能力遠程I/O與微機通訊方式和手段作為選擇的依據。PLC響應時間的影響因素有：輸入信息時，CPU讀解用戶邏輯網絡時間和輸出時間。PLC的實時響應性還受到系統

52、中最慢儀器的限制，與上位機的通訊也將增加服務時間。(2) 功能選擇要根據不同的控制對象確定。具體有：替代繼電器、數學運算、數據傳遞、矩陣功能、高級功能、診斷功能以及串行接口。(3) 輸入輸出模塊選擇。輸入/輸出模塊是PLC與被控對象之間的接口，模塊選擇得當否直接影響控制系統的可靠性。EP ROM(4) 存儲器類型及其容量選擇。小型PLC作為單機小規?？刂剖褂脮r，由于工藝簡單、程序固定，多數使用或EPROM口 RAM對于中、大規模的 PLC,往往用于工藝比較復雜，且多變的場合，程序改變較多，因此一般都使用CMOSRA存儲器，且有后備電池，以便關機時保存存儲信息。根據控制規模和應用目的，我們按下列

53、公式進行估算:(1)代替繼電器M= Km(10XDI) + ( 5XDO :(2)模擬量控制M= Km( 10XDI) + ( 5XDO + (100XAI)(3)多路采樣控制M= Km( 10XDI) + ( 5XDO + (100XAI) + (1+采樣點X 0.25)PLC構成的控制系統流程圖(如圖3.1所示)：為模擬量輸入信號；Km為每個節點I/O控制和分布式控制等三種方式。支持技術條件主要有：編程手段、式中DI為數字(開關)量輸入信號；DO為數字(開關)量輸出集中；AI所占存儲器字節數；M為存儲器容量。我們還可在編完程序以后精確地計算出存儲器實際使用容量。5、控制系統結構和方式的選擇。用PLC構成的控制系統有集中控制、遠程6、支持技術條件。在選用PLC時，有無支持技術條件也是重要的選擇依據。程序文本處理、程序貯存方式和通訊軟件包。通訊軟件包往往是和通訊硬件一起使用的，如調制解調器等。3.2 PLC構成的控制系統在廠區電氣自控的總體設計上，應在允許的條件下，提高污水處理廠的自動化程度。盡量做到無人值守。因為，盡管污水