電氣技術(shù)在水處理行業(yè)的應(yīng)用

1、電氣技術(shù)在水處理行業(yè)的應(yīng)用電氣技術(shù)在水處理行業(yè)的應(yīng)用 講座內(nèi)容大綱講座內(nèi)容大綱O 我國(guó)水資源狀況。O 電氣技術(shù)在凈水處理中應(yīng)用。O 電氣技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用。O 水處理行業(yè)面臨的問題。O 水處理行業(yè)迫切需要解決的控制問題。O 我們能做些什么。O 水處理行業(yè)的發(fā)展歷程。 我國(guó)水資源狀況我國(guó)水資源狀況 我國(guó)是個(gè)干旱缺水嚴(yán)重的國(guó)家。淡水資源總量為28000億立方米，占全球水資源的6%，僅次于巴西、俄羅斯和加拿大，居世界第四位，但人均僅2200立方米，僅為世界平均水平的1/4、美國(guó)的1/5，在世界排名列121位，是全球13個(gè)人均水資源最貧乏的國(guó)家之一。 扣除難以利用的洪水徑流和散布在偏遠(yuǎn)地區(qū)的地下水

2、資源后，中國(guó)現(xiàn)實(shí)可利用的水資源量則更少，僅11000億立方米左右，人均僅900立方米，并且分布極不均勻。到20世紀(jì)末，全國(guó)600多座城市中，已有400多座城市存在供水不足的問題，其中比較嚴(yán)重的缺水城市達(dá)到110個(gè)，全國(guó)缺水總量為60億立方米。 生活廢水和工業(yè)廢水的處理比例低，導(dǎo)致80%以上的地表水和地下水被污染。日趨嚴(yán)重的水污染不僅降低了水的使用功能，進(jìn)一步加劇了水資源短缺的矛盾。嚴(yán)重威脅到城市居民的飲水安全和人民群眾的健康 地表河流和地區(qū)的污染圖地表河流和地區(qū)的污染圖 政府為解決缺水問題的努力政府為解決缺水問題的努力 南水北調(diào)工程O 南水北調(diào)工程，旨在緩解中國(guó)華北和西北地區(qū)水資源短缺的戰(zhàn)略性

3、工程。我國(guó)南澇北旱，南水北調(diào)工程通過跨流域的水資源合理配置，促進(jìn)南北方經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與人口、資源、環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，分東線、中線、西線三條調(diào)水線。O 南水北調(diào)東線工程就是從江蘇揚(yáng)州三江口通過揚(yáng)州江都水利樞紐提水，通過途徑江蘇、山東、河北三省向華北地區(qū)輸送生產(chǎn)生活用水。中線工程重點(diǎn)解決河南、河北、天津、北京4個(gè)省市，沿線20多座大中城市提供生活和生產(chǎn)用水。西線工程是從長(zhǎng)江上游調(diào)水至黃河補(bǔ)充黃河水資源不足，解決我國(guó)西北地區(qū)干旱缺水，促進(jìn)黃河治理開發(fā)的重大戰(zhàn)略工程。O 河南省處于南水北調(diào)中線工程，國(guó)家分配我省南水北調(diào)中線一期工程水量指標(biāo)為37.69億立方米,其中刁河引丹灌區(qū)分配水量指標(biāo)為6億立方米?？鄢?/p>

4、河引丹灌區(qū)分配水量和總干渠輸水損失后,我省受水區(qū)各口門分配水量指標(biāo)共29.94億立方米。 南水北調(diào)工程示意圖南水北調(diào)工程示意圖 政府為解決水污染做的努力政府為解決水污染做的努力O 近年來(lái)增強(qiáng)了法制約束力，加大了處罰力度，違規(guī)行為得到法律制裁，增強(qiáng)民眾的環(huán)保意識(shí)。O 不斷調(diào)整產(chǎn)業(yè)和布局，將主要需水工業(yè)搬遷到水資源較為豐富的地區(qū)，減輕缺水地區(qū)的負(fù)擔(dān)。O 建立水資源保護(hù)區(qū)，建立不同類型和不同級(jí)別的保護(hù)區(qū)的水資源保護(hù)區(qū)，整體上解決我國(guó)水資源惡化問題。O 通過綜合防治和開展生態(tài)農(nóng)業(yè)示范工程等措施進(jìn)行控制農(nóng)業(yè)面源污染。（包括農(nóng)村生活源、畜禽養(yǎng)殖業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖的污染。）O 加強(qiáng)水資源的規(guī)劃管理，合理制定水資源

5、規(guī)劃。將地表水、地下水和污水資源統(tǒng)一開發(fā)利用。O 不斷完善城市的污水處理系統(tǒng)，逐步實(shí)現(xiàn)城市污水集中處理。 水處理需求及工藝水處理需求及工藝我國(guó)飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)我國(guó)飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) 水質(zhì)是指水及水中雜質(zhì)共同表現(xiàn)的綜合特性。水質(zhì)好壞的衡量標(biāo)準(zhǔn)和尺度。水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)表示水中雜質(zhì)的種類和數(shù)量，它是判斷水質(zhì)能否滿足某種特定要求的具體衡量尺度。同時(shí)針對(duì)水中存在的具體雜質(zhì)或污染物，提出了相應(yīng)的最低數(shù)量或濃度的限制和要求，即水質(zhì)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。這些水質(zhì)指標(biāo)和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)著重于保障人體健康、保護(hù)魚類和其他水生生物資源等。 水質(zhì)指標(biāo)的物理指標(biāo)有水溫、嗅與味、顏色和色度、濁度、固體含量和電導(dǎo)率等，化學(xué)指標(biāo)有PH值、酸度和堿度、硬度、

6、總含鹽量和有機(jī)污染物綜合指標(biāo)等。 面對(duì)水源質(zhì)量不高，確保提高自來(lái)水的水質(zhì)，是城市供水行業(yè)的重要任務(wù)。凈水廠的生產(chǎn)過程采用自動(dòng)化技術(shù)，不僅節(jié)省人力，還加強(qiáng)各個(gè)環(huán)節(jié)的合理調(diào)度，保證水量、水壓，提高水質(zhì)，節(jié)約動(dòng)力和投藥量，消滅事故，積累運(yùn)行資料，提高供水的可靠性和管理水平。 超濾膜原理及技術(shù)超濾膜原理及技術(shù) 超濾膜的技術(shù)原理超濾膜的技術(shù)原理 超濾膜技術(shù)作為一種綠色物理分離技術(shù)，它利用超濾膜的篩分作用可以實(shí)現(xiàn)溶液的分離、濃縮和凈化。 超濾膜的技術(shù)介紹超濾膜的技術(shù)介紹 超濾膜是一種孔徑大小一般為0.0010.02m的微孔過濾膜，其孔徑規(guī)格要保持一致。在外力的作用下，超濾膜的篩選作用使得小于膜孔徑的溶質(zhì)分

7、子透過超濾膜，同時(shí)分離其分子量大于500道爾頓或是顆粒直徑大于220nm的顆粒物質(zhì)。 超濾膜主要應(yīng)用在醫(yī)藥產(chǎn)品、生物制品的分離、濃縮和凈化工藝中，同時(shí)在生活廢水處理、血液處理以及城市水廠凈水處理工藝中也得到普遍應(yīng)用。 超濾膜技術(shù)原理如圖超濾膜技術(shù)原理如圖 超濾膜過濾原理： 超濾膜凈水工藝超濾膜凈水工藝 超濾膜技術(shù)不但很好的保護(hù)了飲用水的微生物安全性，而且極大地提高了飲用水的化學(xué)安全性。同時(shí)，它還具有使用壽命長(zhǎng)、產(chǎn)水品質(zhì)高、運(yùn)行費(fèi)用低以及便于操作的優(yōu)點(diǎn)。目前，國(guó)外的凈水廠的水處理工藝已經(jīng)步入大規(guī)模使用超濾膜的時(shí)代，然而在我國(guó)的凈水廠在使用超濾膜凈水工藝方面還處于初步階段。因此，對(duì)于我國(guó)凈水行業(yè)技

8、術(shù)的發(fā)展而言，建設(shè)大規(guī)模的超濾膜凈水工程將具有深遠(yuǎn)意義。超濾膜凈水工藝是一種極其復(fù)雜的工藝，為了實(shí)現(xiàn)超濾膜系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行，需要建立一套可靠的、便于操作以及值得推廣的自動(dòng)控制系統(tǒng)。 水廠超濾膜凈水工藝中的控制系統(tǒng)包括：（1）使用單片機(jī)作為控制器的超濾膜凈水工藝自動(dòng)控制系統(tǒng)；（2）使用PLC作為控制器的超濾膜凈水工藝自動(dòng)控制系統(tǒng)。 單片機(jī)是一種集成電路芯片它利用超大規(guī)模集成電路技術(shù)將中央處理器CPU、程序處理器ROM、數(shù)據(jù)處理器RAM、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器，各種I/O端口以及中斷等功能集成在一小塊硅片上組成的一個(gè)高度集成的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。由單片機(jī)組成的控制系統(tǒng)具有集成程度高

9、和成本低等特點(diǎn)，但是它也具有抗干擾能力差、硬件設(shè)計(jì)復(fù)雜、維護(hù)相對(duì)麻煩等特點(diǎn)。 超濾膜凈水工藝拓?fù)鋱D超濾膜凈水工藝拓?fù)鋱D PLC具有硬件配置完善、各種功能齊全、用戶應(yīng)用方便等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，它還具有體積偏小、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性強(qiáng)、功耗極低以及通信連網(wǎng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)。PLC不但大規(guī)模的應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、化工、紡織、食品加工等工業(yè)領(lǐng)域。PLC已經(jīng)普遍的應(yīng)用于城市水廠供水系統(tǒng)、城市污水處理系統(tǒng)以及超濾膜凈水處理工藝。凈水工藝如圖2-2電氣技術(shù)在超濾膜凈水工藝中的應(yīng)用電氣技術(shù)在超濾膜凈水工藝中的應(yīng)用 系統(tǒng)控制對(duì)象統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)控制對(duì)象統(tǒng)計(jì) 超濾單元中的設(shè)備包括不同種類的受控設(shè)備和監(jiān)測(cè)儀表。超濾膜凈水工藝

10、自動(dòng)控制系統(tǒng)按照編程的程序?qū)@些受控設(shè)備和檢測(cè)儀表進(jìn)行有序的協(xié)調(diào)控制，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)水系統(tǒng)和清水系統(tǒng)的自動(dòng)化生產(chǎn)。 系統(tǒng)的受控設(shè)備主要有：進(jìn)水泵、網(wǎng)式過濾器、超濾膜反沖洗水泵、超濾膜組器、反洗過濾器、化學(xué)清洗泵、化學(xué)清洗藥罐、化料器、電加熱器、化學(xué)清洗藥罐攪拌機(jī)、氫氧化鈉儲(chǔ)藥桶、氫氧化鈉計(jì)量泵、次氯酸鈉儲(chǔ)藥桶、次氯酸鈉計(jì)量泵、中和池排水泵、氣擦洗空壓機(jī)、氣擦洗儲(chǔ)罐、儀表空壓機(jī)、冷干機(jī)、儲(chǔ)氣罐、過濾器、設(shè)備間的排水泵、進(jìn)水圓閘門、閘門。 系統(tǒng)中的檢測(cè)儀表主要有：電磁流量計(jì)、熱式氣體流量計(jì)、壓力變送器、超聲波液位計(jì)、溫度測(cè)量?jī)x、PH測(cè)試儀、在線溫度計(jì)和顆粒計(jì)數(shù)儀。 送水泵房送水泵房 超聲波液位計(jì)超聲

11、波液位計(jì) 壓力變送器壓力變送器 無(wú)線溫度探測(cè)器無(wú)線溫度探測(cè)器 沉淀排泥池沉淀排泥池 加藥間加藥間 氫氧化鈉儲(chǔ)藏桶氫氧化鈉儲(chǔ)藏桶 過濾器過濾器 系統(tǒng)主要設(shè)備系統(tǒng)主要設(shè)備 PLC及其擴(kuò)展模塊：可編程控制器(PLC)是一種集控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及信息通訊技術(shù)等先進(jìn)科技為一體，以微處理器為核心部分的控制器。它以可靠性強(qiáng)、功耗極低、抗干擾性強(qiáng)、通信連網(wǎng)能力強(qiáng)大以及便于用戶使用等優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域獲得了及其廣泛的應(yīng)用。 世界生產(chǎn)PLC的廠家主要包括德國(guó)西門子（Siemens）公司、美國(guó)通用電氣（GE）公司、日本歐姆龍（OMRON）公司和三菱公司、法國(guó)施耐德（Schneider）。 西門子PLC與其他制

12、造商的PLC產(chǎn)品相比較，它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加緊湊、價(jià)格更加便宜、性價(jià)比更加優(yōu)越、指令系統(tǒng)更加強(qiáng)大及功能模塊更加豐富，這些優(yōu)勢(shì)使得它能夠完成更加復(fù)雜工藝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并占據(jù)了我國(guó)大部分市場(chǎng)份額。同時(shí)，其產(chǎn)品研發(fā)也完全與當(dāng)今世界工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展方向保持一致。 西門子S7300 PLC 西門子西門子S7300 PLCS7300 PLC 西門子S7300 PLC配置的接口模塊包括IM360、IM361和IM365，其中接口模塊IM360通常作為S7300PLC系統(tǒng)中的中央機(jī)架的IM模塊，而接口模塊IM361通常系統(tǒng)中擴(kuò)展機(jī)架的IM模塊，其數(shù)據(jù)信號(hào)利用通信電纜在IM360和IM361之

13、間互相傳送，不同機(jī)架上的IM361也可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。接口模塊IM365只能擴(kuò)展一個(gè)機(jī)架。 右圖為西門子S7300PLC： 變頻器變頻器 變頻器變頻器 變頻器是一種結(jié)合了微電子技術(shù)和變頻技術(shù)等先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，并以改變電動(dòng)機(jī)工作電源的頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)變頻控制的電力設(shè)備。變頻器具有能夠?qū)崿F(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速、軟啟動(dòng)、功率因數(shù)改變、過電壓保護(hù)、過電流保護(hù)以及過載保護(hù)等功能。 系統(tǒng)中需要變控制的有大功率進(jìn) 水泵和小功率的計(jì)量泵 。 右圖為三菱公司E700變頻器： 人機(jī)接口（人機(jī)接口（HMIHMI） 人機(jī)接口（人機(jī)接口（HMIHMI） 人機(jī)接口（HMI）又稱人機(jī)界面，它主要實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)信息與人類

14、之間的信息交換的功能，并且可以完成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)各種設(shè)備儀表的工作狀態(tài)參數(shù)的顯示與記錄，以及及時(shí)就地處理由于設(shè)備故障或其他原因?qū)е碌南到y(tǒng)非正常工作的狀況。 HMI系統(tǒng)具備以下幾方面的基本功能：（1）實(shí)時(shí)將系統(tǒng)數(shù)據(jù)資料顯示在屏幕上；（2）自動(dòng)完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)資料的記錄與儲(chǔ)存；（3）工作人員能夠利用屏幕對(duì)應(yīng)圖形操作直接控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備；（4）自動(dòng)將數(shù)據(jù)資料生成報(bào)表形式并能夠直接打印；（5）歷史數(shù)據(jù)資料的趨勢(shì)顯示；（6）自動(dòng)進(jìn)行故障報(bào)警以及記錄故障信息。 目前市場(chǎng)上存在的HMI產(chǎn)品有德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的TP/MP系列HMI、美國(guó)GE公司生產(chǎn)的Quickpanel系列HMI、法國(guó)施耐德生產(chǎn)的Maglis系列HMI，

15、還有世界上專門生產(chǎn)HMI產(chǎn)品的公司主要產(chǎn)品有EView和PROFace等。 西門子公司生產(chǎn)的TP/MP系列HMI產(chǎn)品安裝了功能十分強(qiáng)大的畫面軟件Wincc Flexible,其不但可以擁有圖形畫面與動(dòng)畫的連接、趨勢(shì)曲線與其他曲線的顯示、比較完善的控件系統(tǒng)和報(bào)表系統(tǒng)以及報(bào)警與事件系統(tǒng)等設(shè)計(jì)功能，而且是與西門子PLC完成硬件設(shè)備配置的最優(yōu)產(chǎn)品。 右圖為西門子公司的HMI產(chǎn)品： 系統(tǒng)控制電路分析與設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制電路分析與設(shè)計(jì) 系統(tǒng)控制電路分析與設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制電路分析與設(shè)計(jì) 超濾膜凈水工藝自動(dòng)控制系統(tǒng)的主控制器是PLC，設(shè)計(jì)合理的PLC系統(tǒng)控制電路是保證整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)安全、穩(wěn)定以及可靠運(yùn)行的基本原則。

16、為了保證PLC模塊安全，系統(tǒng)控制電路的設(shè)計(jì)必須要完善地解決強(qiáng)電與弱電的隔離問題，從而增加PLC系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性。其PLC模塊輸出端子并不能夠與交流接觸器直接相連，通常把中間繼電器放在交流接觸器與PLC的輸出端子之間，PLC利用控制中間繼電器的接通與斷開間接地控制交流接觸器線圈得電或失電，從而控制水泵電機(jī)的啟動(dòng)或停止以及閥門的打開或關(guān)閉。 進(jìn)水泵控制電路圖進(jìn)水泵控制電路圖 進(jìn)水泵控制電路圖 降壓?jiǎn)?dòng)控制電路圖降壓?jiǎn)?dòng)控制電路圖 降壓?jiǎn)?dòng)控制電路圖 電動(dòng)閥門控制電路圖電動(dòng)閥門控制電路圖 電動(dòng)閥門控制電路圖 PLCPLC系統(tǒng)軟件開發(fā)系統(tǒng)軟件開發(fā) 編程軟件編程軟件STEP7STEP7簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介

17、STEP7是西門子公司專門為SIMATIC PLC編程與組態(tài)而開發(fā)的專業(yè)軟件，主要應(yīng)用于SIMATIC的S7系列、M7系列以及C7系列等PLC產(chǎn)品的程序編程和硬件組態(tài)。 STEP軟件具有梯形圖（LAD）、語(yǔ)句表（STL）以及功能塊圖（FBD）。其中梯形圖以圖形表達(dá)方式進(jìn)行程序的編寫，語(yǔ)句表以文本語(yǔ)言形式進(jìn)行程序的編寫，而功能塊圖是以與布爾代數(shù)類似的邏輯快的圖形形式進(jìn)行程序的編寫。 SIMATIC管理器實(shí)現(xiàn)了對(duì)工程項(xiàng)目的集中管理，而項(xiàng)目管理作為STEP7軟件中用來(lái)管理自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件與硬件的應(yīng)用程序，SIMATIC管理器可以方便管理且讀寫工程項(xiàng)目中的數(shù)據(jù)。 符號(hào)編輯器是STEP7用于管理工程項(xiàng)目

18、中所有全局變量的應(yīng)用程序，它具有定義變量的符號(hào)、數(shù)據(jù)類型、地址以及注釋等功能，并且工程項(xiàng)目中所有的應(yīng)用程序使用其生成的符號(hào)表。 項(xiàng)目創(chuàng)建項(xiàng)目創(chuàng)建 實(shí)際的工程項(xiàng)目中的硬件和軟件在STEP7軟件中以工程項(xiàng)目的形式受到管理，而STEP7軟件中的工程項(xiàng)目則由SIMATIC Manager（管理器）集中管理。新建項(xiàng)目的SIMATIC管理窗口如下圖。 系統(tǒng)通信系統(tǒng)通信 多點(diǎn)接口（MPI）通信適用于小點(diǎn)數(shù)和小范圍的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)通訊網(wǎng)絡(luò)。MPI通信作為一種要求通信數(shù)據(jù)量和通信速率一般的通訊方式，其主要實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與PLC之間近距離的通信聯(lián)網(wǎng)以及完成PLC的編程等功能。 MPI通信的物理層是串行通信RS485，MPI能

19、夠?qū)⒀b有STEP7的軟件的PC機(jī)、人機(jī)界面、SIMATIC S7系列、M7系列、以及C7系列的PLC產(chǎn)品同時(shí)連接在一起組成MPI通信網(wǎng)絡(luò)。西門子S7-300PLC產(chǎn)品都集成有MPI接口。MPI通信的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下圖。 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 組態(tài)王軟件簡(jiǎn)介組態(tài)王軟件簡(jiǎn)介 組態(tài)軟件包括國(guó)外的InTouch、Citech、Wincc、Movicon、Ifix和QENESIS 64等主要產(chǎn)品，隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和引進(jìn)，國(guó)內(nèi)的監(jiān)控組態(tài)軟件也得到飛速發(fā)展，主要產(chǎn)品有組態(tài)王、三位力控、世紀(jì)星、紫金橋、態(tài)神等組態(tài)產(chǎn)品。 組態(tài)王（King View）軟件是由北京亞控科技公司研發(fā)的產(chǎn)品，它以其強(qiáng)

20、大的功能、簡(jiǎn)單的組態(tài)形式和可靠穩(wěn)定的運(yùn)行等優(yōu)勢(shì)，逐漸成為國(guó)內(nèi)用戶的首選產(chǎn)品，并且在國(guó)內(nèi)組態(tài)軟件市場(chǎng)占據(jù)很大比重。 組態(tài)王軟件為設(shè)計(jì)人員提供了可視化的監(jiān)控組態(tài)軟件，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。它以其友好的中文界面和結(jié)果可視化的特點(diǎn)，再加上能夠有效利用Windows系統(tǒng)的圖形編輯功能，就可以很好地完成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。其監(jiān)控組態(tài)畫面不但能夠以動(dòng)畫的形式展示系統(tǒng)設(shè)備儀表的運(yùn)行狀態(tài)，而且具有各種實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線窗口、報(bào)警窗口以及生成報(bào)表的功能。 組態(tài)王的功能組態(tài)王的功能 組態(tài)王的功能組態(tài)王的功能 組態(tài)王工程管理窗口組態(tài)王工程管理窗口 進(jìn)入組態(tài)王軟件中創(chuàng)建工程后，會(huì)打開組態(tài)王工程管理器窗口，其組態(tài)王

21、的工程管理器如下圖： 監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試 監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試 在組態(tài)王軟件中進(jìn)行上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，為了保證圖形畫面中圖素能夠真實(shí)且完整的反映工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備的執(zhí)行，就需要在設(shè)計(jì)完這些圖素對(duì)象后，在運(yùn)行系統(tǒng)窗口中對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的簡(jiǎn)單調(diào)試，從而以抽象的動(dòng)畫形式反映現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況。因此，調(diào)試過程在監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中占據(jù)極其重要的地位，它旨在實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的圖形畫面能夠準(zhǔn)確顯示實(shí)際的生產(chǎn)過程，并且能夠完善監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的漏洞。 為了實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)與PLC系統(tǒng)的準(zhǔn)確連接和正常通信，其監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)試過程分為兩方面內(nèi)容。 （1）監(jiān)控系統(tǒng)的脫機(jī)調(diào)試過程。 （2）監(jiān)控系統(tǒng)與系統(tǒng)PLC的

22、通信調(diào)試過程。 電氣技術(shù)在凈水處理中的應(yīng)用意義電氣技術(shù)在凈水處理中的應(yīng)用意義 自動(dòng)控制與調(diào)度系統(tǒng)功能上實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程工藝參數(shù)檢測(cè)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控，達(dá)到優(yōu)化運(yùn)行的目的。實(shí)現(xiàn)全廠信息管理系統(tǒng)和工業(yè)自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一，達(dá)到全廠的生產(chǎn)數(shù)據(jù)共享和管理信息共享。 自動(dòng)化建設(shè)在水處理過程中的意義： 1、可實(shí)現(xiàn)中心控制室集中控制，節(jié)約大量人力。 2、通過自動(dòng)化系統(tǒng)自動(dòng)控制以及全廠合理調(diào)度，工藝參數(shù)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)降低電能、藥耗、水耗的目的。 3、減低工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，使水廠生產(chǎn)的穩(wěn)定性和可靠性得到提高。 4、出廠水水質(zhì)達(dá)到或優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。 電氣技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用電氣技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用 常見污水處理控制系統(tǒng)

23、介紹常見污水處理控制系統(tǒng)介紹 上個(gè)世紀(jì)九十年代以前，國(guó)內(nèi)的污水處理廠一般采用手動(dòng)控制或者小范圍的計(jì)算機(jī)控制。九十年代中期，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，污水處理廠的自動(dòng)化程度也在不斷的提高，PLC、工控機(jī)等也在新建的污水處理廠中普及開來(lái)，特別是最近幾年新建成的污水處理廠一半以上采用了計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)。 隨著自動(dòng)化水平的不斷提高及其在社會(huì)各方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，自動(dòng)化系統(tǒng)在污水處理這一方面發(fā)揮其強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)，下面介紹城市污水處理廠自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，以及網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)在處理廠自動(dòng)化監(jiān)控的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)處理廠全自動(dòng)化管理。 下圖為污水處理廠的典型工藝的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)： 污水處理工藝拓?fù)鋱D污水處理工藝拓?fù)?/p>

24、圖 污水處理流程及控制設(shè)計(jì)污水處理流程及控制設(shè)計(jì) 污水處理就是利用各種不同的方法，將污水中所含的污染物質(zhì)分離或者將其轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)，從而使污水得到凈化的過程。 污水處理是系統(tǒng)工程的結(jié)合，一般是遵循先易后難、先簡(jiǎn)后繁的規(guī)律。即首先去除大塊雜物，然后再依次去除懸浮固體、膠體物質(zhì)和溶解物質(zhì)，先采用物理方法，然后使用化學(xué)方法和生物法。典型的一、二、三級(jí)處理工藝流程圖。 一級(jí)處理工藝流程圖： 二級(jí)處理工藝流程圖： 三級(jí)處理工藝流程圖： 污水預(yù)處理段污水預(yù)處理段 污水預(yù)處理污水預(yù)處理 污水一級(jí)處理，一般分為：調(diào)節(jié)段、格柵段、出砂段和初沉段。（某些工藝中還包括撇油、撈毛等特俗處理段。） 1、調(diào)節(jié)段：調(diào)節(jié)段由

25、一個(gè)或數(shù)個(gè)調(diào)節(jié)池組成，用于衡量調(diào)節(jié)污水水量和水質(zhì)。另外調(diào)節(jié)池還可以起到臨時(shí)儲(chǔ)存事故排水的作用。 2、格柵段：格柵段一般由數(shù)套格柵機(jī)組成。格柵機(jī)由一組平行的金屬或非金屬柵條組成，一般呈6075度傾斜安裝于污水入口渠道或者提升泵集水池進(jìn)口處，用來(lái)截留大塊固體物，如草木樹葉纖維、毛發(fā)、果皮木屑、菜葉和塑料等雜物，防止管道閥門和泵類設(shè)備堵塞損壞。 3、除砂段：一般由沉砂池和砂水分離器組成。從污水中分離出密度較大的沙粒等顆粒的構(gòu)筑物叫沉砂池，其沉淀特性為自由沉淀。沉砂池一般設(shè)置在虹吸管、沉淀池、泵站前，保護(hù)水泵和管道免受磨損和堵塞，減輕沉淀池負(fù)荷。 調(diào)節(jié)池 格柵段 旋流沉砂池除砂機(jī) 污水處理段污水處理段

26、 污水處理段包括一次分配井、氧化溝、二次分配井、污泥泵房、二次沉淀池、接觸消毒池等，這些是污水二級(jí)處理的核心構(gòu)筑物。 1、一次分配井：為一圓型構(gòu)筑物，在一次分配井內(nèi)設(shè)置兩套調(diào)節(jié)式手電兩用閘門，每套閘門有一只管道和一套氧化溝相連，打開一次分配井閘門，可以向?qū)?yīng)的氧化溝進(jìn)水。 2、氧化溝：污水通過氧化溝的外溝底部進(jìn)水管進(jìn)入氧化溝，經(jīng)過多次循環(huán)后沿外、中、內(nèi)的順序進(jìn)入內(nèi)溝循環(huán)，最后由內(nèi)溝的出水閘門流至二次分配井。 3、接觸消毒池：經(jīng)過處理的清水流入接觸消毒池，接觸消毒池內(nèi)清水和消毒藥劑混合，經(jīng)測(cè)量COD、流量后，排出。 4、污泥回流泵房：泵房?jī)?nèi)設(shè)置回流污泥泵和剩余污泥泵，還有回流污泥管路和剩余污泥管

27、路上均設(shè)置電磁流量計(jì)，用來(lái)計(jì)量回流量和出泥量。 沉淀池 接觸消毒池 污泥回流泵房 污泥處理段污泥處理段 在接下來(lái)的二級(jí)沉淀池中，污泥將從廢水中分離出來(lái)，并再次回到生物處理階段。此時(shí)，污泥循環(huán)就形成了閉合態(tài)。為平衡污泥量的增長(zhǎng)，需要將其從過程中分部分去除。從二級(jí)沉淀池中溢出的清潔水隨后流經(jīng)沙石過濾料，有時(shí)再流過消毒池，再進(jìn)入流程末端，如流入附近的河中。剩余的污泥將經(jīng)過化學(xué)處理、機(jī)械脫水，然后運(yùn)送到污泥處置機(jī)，或者最后焚燒掉。下圖為污泥的各種處理方式： 污水處理廠的過程控制設(shè)計(jì)污水處理廠的過程控制設(shè)計(jì) 1、粗格柵和細(xì)格柵的過程控制：兩條格柵柵道前后均設(shè)置一套手電兩用閘門，細(xì)格柵的柵前柵后均設(shè)置超聲

28、波液位探測(cè)器。 2、污水提升泵的運(yùn)行過程控制：污水提升泵房設(shè)置超聲波液位探測(cè)器，用液位信號(hào)控制控制泵的啟停。 3、旋流沉砂池除砂系統(tǒng)的過程控制：每套旋流除砂機(jī)包括旋流器、鼓風(fēng)機(jī)、電磁閥各一臺(tái)，當(dāng)有污水泵運(yùn)行時(shí)，砂水分離器和處于主用狀態(tài)的旋流除砂機(jī)均啟動(dòng)運(yùn)行，即旋流器、鼓風(fēng)機(jī)、電池閥、和砂水分離器同時(shí)打開。當(dāng)檢測(cè)到旋流器、鼓風(fēng)機(jī)或電磁閥故障時(shí)，程序?qū)?duì)故障設(shè)備停機(jī)，并產(chǎn)生一條三級(jí)報(bào)警信息。 4、氧化溝曝氣設(shè)備的運(yùn)行過程控制：氧化溝中曝氣轉(zhuǎn)碟設(shè)備的控制方式是溶解氧濃度控制和時(shí)間控制相結(jié)合的控制方式。 5、污泥回流和排放部分的過程控制。：污泥回流系統(tǒng)程序主要控制污泥回流泵的運(yùn)行和停止。 6、污泥處理

29、部分的過程控制：空氣壓縮機(jī)傾斜皮帶運(yùn)輸機(jī)水平皮帶運(yùn)輸機(jī)污泥濃縮脫水機(jī)清洗水泵加藥泵污泥泵。 污水處理廠污水處理廠PROFIBUSPROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)計(jì) PROFIBUS（Process Field Bus）是德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DIN19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170，也是IEC標(biāo)準(zhǔn)IEC61158。PROFIBUS可以用于制造自動(dòng)化、過程自動(dòng)化，以及交通、電力等領(lǐng)域的自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)及的分散控制和車間級(jí)或廠級(jí)的集中監(jiān)控。 PROFIBUS含有三個(gè)兼容協(xié)議：PROFIBUSDP（Decentralized Periphery，分散外圍設(shè)備），PROFIBUSPA（Process Auto

30、mation，過程自動(dòng)化），PROFIBUSFMS（Fieldbus Message Specification，現(xiàn)場(chǎng)總線報(bào)文規(guī)范）。 PROFIBUSDP傳輸速率最高為12Mbit/s，主要用于現(xiàn)場(chǎng)級(jí)和裝置級(jí)的自動(dòng)化。 PROFIBUSPA傳輸速率為31.25Kbit/s，主要用于現(xiàn)場(chǎng)級(jí)過程自動(dòng)化，具有本質(zhì)安全和總線供電特性。 PROFIBUSFMS主要用于車間級(jí)或廠級(jí)監(jiān)控，構(gòu)成控制和管理一體化系統(tǒng)，進(jìn)行系統(tǒng)信息集成。 污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 污水處理廠的控制系統(tǒng)分為現(xiàn)場(chǎng)控制層、集中控制層和遠(yuǎn)程監(jiān)控層。 現(xiàn)場(chǎng)控制層包括工藝設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)控制箱、按鈕箱、儀表設(shè)備的探頭

31、、傳感器、變送器和一體執(zhí)行設(shè)備等?，F(xiàn)場(chǎng)控制層直接面向工藝設(shè)備和生產(chǎn)過程，是最底層、優(yōu)先級(jí)最高的控制層?，F(xiàn)場(chǎng)控制層負(fù)責(zé)采集工藝設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，儀表的檢測(cè)信號(hào)一級(jí)執(zhí)行器的狀態(tài)，并傳送給集中控制層，然后接收集中控制層的指令，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和執(zhí)行裝置進(jìn)行控制。 基于西門子PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，PLC主站位于變配電間，負(fù)責(zé)讀取和寫入從站數(shù)據(jù)，并與遠(yuǎn)程監(jiān)控層通訊。由PLC做主站，掛接PROFIBUSDP從站，PROFIBUSDP從站特點(diǎn)是組態(tài)靈活、速度快、操作簡(jiǎn)潔。 PLC PLC硬件組態(tài)硬件組態(tài) 西門子公司的SIMATIC的Step7是可編程控制器的組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包。主要包括： （

32、1）SIMATIC管理器（SIMATIC Manager)：管理屬于一個(gè)自動(dòng)化項(xiàng)目的所有數(shù)據(jù)。 （2）符號(hào)編輯器：用于創(chuàng)建和管理所有的全局符號(hào)。 （3）硬件組態(tài)：對(duì)自動(dòng)化項(xiàng)目的硬件進(jìn)行組態(tài)和參數(shù)設(shè)置。 （4）硬件診斷：可以對(duì)PLC站的各硬件模塊進(jìn)行在線狀態(tài)診斷，顯示相關(guān)故障信息和狀態(tài)信息。 （5）NetPro網(wǎng)絡(luò)組態(tài)：用于組態(tài)通訊網(wǎng)絡(luò)連接，包括網(wǎng)絡(luò)連接的參數(shù)設(shè)置和網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)通訊設(shè)備的參數(shù)設(shè)置。 硬件組態(tài) 網(wǎng)絡(luò)組態(tài) 上位機(jī)組態(tài)軟件上位機(jī)組態(tài)軟件 上位機(jī)利用WinCC作為開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行監(jiān)控軟件開發(fā)，主要實(shí)現(xiàn)以下幾張功能： （1)工藝流程圖及運(yùn)行參數(shù)的控制顯示。 （2）數(shù)據(jù)查詢。 （3）報(bào)警功能。 （

33、4）報(bào)表功能。 全局圖全局圖 格柵系統(tǒng)格柵系統(tǒng) 水處理綜合廠房水處理綜合廠房 污泥處理系統(tǒng)污泥處理系統(tǒng) 我國(guó)水處理面臨的主要問題我國(guó)水處理面臨的主要問題 1 1、水處理技術(shù)的發(fā)展缺少完整學(xué)科的支持、水處理技術(shù)的發(fā)展缺少完整學(xué)科的支持 水處理技術(shù)發(fā)展到今天，作用已十分重要，然而沒有一個(gè)完整的學(xué)科支持。一是當(dāng)前水處理技術(shù)與工程的概念和內(nèi)涵已經(jīng)發(fā)生了變化，早期給水處理和廢水處理的內(nèi)容已不符合“將水質(zhì)不合格的原料水加工成符合標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品水”現(xiàn)代水處理概念。二是參與水處理工作的主體力量是早期的給水排水專業(yè)、環(huán)境工程專業(yè)和化工專業(yè)人員。尚沒有能全面掌握給排水和廢（污）水處理技術(shù)真正意義的水處理技術(shù)與工程專業(yè)

34、人員。三是從水處理技術(shù)與工程實(shí)踐看，水處理應(yīng)是一門在給排水與廢水處理基礎(chǔ)上的更多地依附于高新科學(xué)技術(shù)，依附于化學(xué)技術(shù)與工程、生物技術(shù)與工程、電子與信息工程和新材料的邊緣學(xué)科。 2、缺乏先進(jìn)水處理技術(shù)支持缺乏先進(jìn)水處理技術(shù)支持 我國(guó)的水處理技術(shù)發(fā)展緩慢并且相對(duì)落后，與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家相比，差距還是比較大的。目前全國(guó)城市污水處理率不到40%水處理技術(shù)落后、水處理產(chǎn)業(yè)弱小、研究力量薄弱，導(dǎo)致水的有效利用水平低下。 3 3、水源污染嚴(yán)重、水源污染嚴(yán)重 根據(jù)相關(guān)資料，我國(guó)532條河流82%已受到不同程度的污染，流經(jīng)全國(guó)42個(gè)大中城市的44條河流中93%被污染，其中嚴(yán)重污染的占79%。全國(guó)97%的大中城市地下

35、水受到嚴(yán)重污染。水庫(kù)、湖泊由于富營(yíng)養(yǎng)化藻類滋生而污染嚴(yán)重。近年來(lái)，隨著農(nóng)藥用量的增加和鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的發(fā)展，水體污染由點(diǎn)到面、由干流到支流擴(kuò)展的趨勢(shì)。增大了水處理的難度。 4 4、供水水質(zhì)要求提高、供水水質(zhì)要求提高 2001年6月7日，我國(guó)頒布了新的生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行，對(duì)于水處理來(lái)說(shuō)其出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)有很大的提高。并且國(guó)家還在考慮制定水質(zhì)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)達(dá)地區(qū)和城市在保障公共健康的基礎(chǔ)上將提出更高的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。 5 5、水資源的綜合利用、水資源的綜合利用 水資源的開發(fā)和利用獲得最大經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)和環(huán)境效益，滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)水量和水質(zhì)日益增長(zhǎng)的要求，同時(shí)維護(hù)水資源的水文、生物和化

36、學(xué)等方面的自然功能以及維護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境的前提下，合理充分利用水資源，使經(jīng)濟(jì)建設(shè)和水資源保護(hù)同步發(fā)展。 水處理迫切需要解決的控制問題水處理迫切需要解決的控制問題 目前應(yīng)用最廣泛的的控制系統(tǒng)是第四代控制系統(tǒng)，即集散控制系統(tǒng)（DCS，Distributed Control System），還有就是20世紀(jì)90年代后期，人們 在DCS的基礎(chǔ)上開始開發(fā)適用于工業(yè)環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)總線和及現(xiàn)場(chǎng)總線儀表的控制系統(tǒng)，即現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS，F(xiàn)ieldbus Control System)。 DCS的缺點(diǎn)也十分明顯。首先它是一種數(shù)字-模擬混合系統(tǒng)，DCS的現(xiàn)場(chǎng)儀表仍然使用傳統(tǒng)的模擬儀表，以DC420mA傳遞信號(hào)，其可靠性差，安裝維護(hù)成本高；其次互換性差，各制造商的DCS自成標(biāo)準(zhǔn)，不能互換，給用戶在使用和維修上增加困難；三是模擬儀表只具有檢測(cè)、變換、補(bǔ)償?shù)裙δ堋?FCS由于各個(gè)國(guó)家各個(gè)公司的利益之爭(zhēng)，雖然早在1984年國(guó)際電工技術(shù)委員會(huì)/國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)