污水處理廠的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計副本

1、污水處理廠的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計污泥運輸機的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S7400 系列PLC的污水處理實施方案，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，各單元按一定拓撲結(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、靈活性和可擴展性，以及高速處理能力等優(yōu)點。結(jié)合某污水處理廠自動化控制系統(tǒng)的運行情況，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

2、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標排放。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

3、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，更加重了缺水的實際情況。因此近些來，我國的城市水資源進一步緊張，許多城市嚴重缺水。與此同時，水資源的污染卻日益嚴重，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，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

4、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(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格柵，將較小的漂浮物去除；在沉

5、砂池攪拌、除砂；然后進入生化池進行厭氧、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）。1.3 主要設(shè)備的組成及控制方式 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)機及擴散系統(tǒng)。小污水廠的鼓風(fēng)機一般采用羅茨風(fēng)機及小型離心 風(fēng)機。分散系統(tǒng)一般采用微孔曝氣器。但必須是適應(yīng)于間歇曝氣的運行方式。鼓風(fēng)機往往安裝在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)

6、鼓風(fēng)機房，僅在鼓風(fēng)機上設(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)機房， 同時還要有相應(yīng)的降噪措施，這樣情況下宜采用機械曝氣方式。（如表1）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?？煽康目刂茟?yīng)用。其主要原因，在于它能夠為自動化控制應(yīng)用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合于當前污水處理廠對自動化的需要?？刂葡到y(tǒng)采用“雙入單出”的模糊控制器。輸入量

7、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(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、細格柵、提升泵房的設(shè)備控制 粗格柵、細格柵的控制分為現(xiàn)場控制和遠程控制兩種模式。遠程控制模式由PLC和上位機實現(xiàn)，它包括微機手動和微機自動，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?shù)絇LC控制器，進行分析計算。當液位

8、差超過預(yù)設(shè)的數(shù)值，控制格柵運行；（2）時間設(shè)置控制方式，在上位機的INTERACT組態(tài)軟件中設(shè)置格柵機運行時間和停機時間，經(jīng)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(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45公里。為實現(xiàn)進水提升泵的遠程自動控制的安全、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(shè)備控制、設(shè)備保護、數(shù)據(jù)采

9、樣、遠程數(shù)據(jù)傳輸?shù)茸饔谩８鶕?jù)測量值對應(yīng)控制程序，自動控制提升泵的運行組合。這樣可以根據(jù)廠外來水量準確及時地調(diào)整泵運行數(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。 1.5 沉砂池、生化池、沉淀池、污泥回流泵房和鼓風(fēng)機房的設(shè)備控制砂攪拌器的自動運行通過進水電磁流量計控制，而抽砂泵的運行狀態(tài)是由微機對其開、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、污泥回流泵房的閥門和回流泵都是由微機觸發(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

10、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；當檢測到空氣閥的調(diào)節(jié)不能滿足DO的需要時，再著行調(diào)整鼓風(fēng)機的出風(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計的值傳送上位機進行數(shù)據(jù)分析，實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 脫水機房脫水機房的設(shè)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(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，并分離出自由水，然后被輸送到帶式污泥脫水機

11、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現(xiàn)。該系統(tǒng)流程控制原理圖（如圖4所示）。 脫水機系統(tǒng)的聯(lián)動控制時序： 條件：各設(shè)備準備就緒，無故障；空壓機、自動配藥池工作正常。 啟動：皮帶輸送機運轉(zhuǎn) 帶式脫水機運轉(zhuǎn) 投藥泵運轉(zhuǎn) 污泥泵運轉(zhuǎn)。 停機：控制順序與啟動順序相反。 時間：根據(jù)實際的運行狀況，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，安全可靠，經(jīng)濟合理，并能保證系統(tǒng)長期穩(wěn)

12、定高效地運行。PLC控制系統(tǒng)滿足污水處理廠運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、自動操作、自動調(diào)節(jié)、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(nèi)各系統(tǒng)工藝流程中的重要參數(shù)、設(shè)備工作情況等進行計算機在線集中實時監(jiān)測，重要設(shè)備進行計算機在線集散控制，確保污水處理廠的出水水質(zhì)達到設(shè)計排放標準。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、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

13、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訊。1#工作站和2#工作站與廠內(nèi)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(diào)制解調(diào)器和A1SJ71UC24通信模塊進行泵房設(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）。 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)污水處理廠的自控系統(tǒng)由環(huán)形拓撲形式（ring topology）和星形拓撲形式(startop ology)兩種總線網(wǎng)絡(luò)形式構(gòu)成。

14、上位機組態(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)備進行控制、對各現(xiàn)場控制站PLC的參數(shù)進行設(shè)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)進行分析、統(tǒng)計

15、、計算、顯示。 報警功能：當某一參數(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

16、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)省工程費用，方便維護管理。 1.8  系統(tǒng)構(gòu)成及其布局根據(jù)工藝特點和控制要求，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:(

17、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)點動按鈕，用于調(diào)整和檢修。(2) 各開關(guān)柜(包括:10kV進線柜、0.4kV進線柜等)，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)控制計算機系統(tǒng)等自控設(shè)備，自動監(jiān)控所屬范圍運行。(4) 總站主機控制，多為計算機監(jiān)控管理系統(tǒng)，集中分站信息，進行各種處理，并通過分站統(tǒng)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(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、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

18、標準(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標準。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標準開放式結(jié)構(gòu)，適用于對時間要求嚴格的現(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PLC2.1 概述 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

19、有關(guān)的輔助裝置等。2.1.2 PLC設(shè)計綜述實用性：PLC系統(tǒng)其目的在于滿足污水廠生產(chǎn)控制和管理要求，在保證先進的條件下，設(shè)備和系統(tǒng)應(yīng)符合實際要求?？煽啃裕何鬯幚韽S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)進行技術(shù)經(jīng)濟比較。先進性：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，本著技術(shù)先進，性價比高，適用可靠的原則進行設(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)

20、各工況進行實時監(jiān)控，并有信號報警和聯(lián)鎖等設(shè)施以保證生產(chǎn)正常運行，生產(chǎn)的工藝過程PLC采用就地獨立控制。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)備實施開、?？刂啤Ｍ瑫r，設(shè)備運轉(zhuǎn)狀態(tài)也通過通訊總線送入上位計算機，在計算機上對全廠設(shè)備運轉(zhuǎn)情況進行監(jiān)控。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、化驗室終端。2.2

21、 PLC在污水處理中的部分運用 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操作站、一臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、三臺打印機、一臺網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。兩臺計算機操作站互為備用，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)進行系統(tǒng)組態(tài)管理、系統(tǒng)監(jiān)測、實時監(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)往主管局等政府機關(guān)（如圖7所示）。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行

22、放大，便于分幅，分組組展示，流程上有相關(guān)的實時生產(chǎn)過程的動態(tài)參數(shù)值顯示。當動態(tài)顯示值顯示改變時，隨之改變圖形的數(shù)值。 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)域的標準網(wǎng)絡(luò)。它具有靈活的結(jié)構(gòu)，安裝方便，支持PLC之間及PLC和上位機之間的自動數(shù)據(jù)鏈接，也可使用信息服務(wù)進行可編程的數(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2Mbps，保證數(shù)據(jù)高速確定地傳輸。主要特性

23、：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)點數(shù)：32或62PLC。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標準協(xié)議。傳輸率：10/100Mbps。傳輸協(xié)議：TCP/IP、UDP/IP、FTP。傳輸距

24、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、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)備安全正常運行。 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、細格柵、排砂裝置等設(shè)備的運行狀態(tài)、故障狀態(tài)進行監(jiān)測和控制。

25、通過網(wǎng)絡(luò)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(jiān)控管理功能。其主要設(shè)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(shù)字量輸入、輸出點數(shù)AI:11 DI:30 DO:22粗格柵開、停控制根據(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)式粗格柵的運行，即水位差達到設(shè)定值時，自動啟動格柵。當回轉(zhuǎn)式粗格柵停止運行的時間超出設(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、回轉(zhuǎn)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、停控制細格柵24小時運行，并設(shè)置上限

26、報警。PLC系統(tǒng)將根據(jù)軟件程序自動控制螺旋輸送機、回轉(zhuǎn)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(jù)液位手動或電動，其運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)機反沖洗泵等設(shè)備的運行狀態(tài)、故障狀態(tài)進行監(jiān)測和控制。并可在中控室計算機操作站完成指示、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，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

27、泵，離心鼓風(fēng)機。該子站模擬量輸入、輸出，數(shù)字量輸入、輸出點數(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)強化預(yù)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(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

28、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(jiān)控。根據(jù)生物濾池水位差的反鎖信號控制反沖洗機組開停，根據(jù)DO測量儀所測反鎖信號控制調(diào)節(jié)曝氣風(fēng)機的風(fēng)量。BAF生物濾池按所設(shè)計時間進行周期性反沖洗，其中，第一級按每個周期16小時，第二級按每個周期36小時進行反沖洗?；蛘咴谝粋€周期內(nèi)，如果水頭損失達到所設(shè)反沖設(shè)定值時，優(yōu)先進入反沖洗程序反沖洗周期設(shè)定值根據(jù)水

29、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： 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。當水位下降到所設(shè)定值時，停止進水閥，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，后開啟反洗風(fēng)閥進行氣沖洗。氣洗數(shù)分鐘后，關(guān)閉反洗氣閥，關(guān)閉反洗鼓風(fēng)機，氣沖洗結(jié)束。氣沖洗結(jié)束，進入水沖洗階段。先開啟反沖洗水泵，后開啟反洗管路閥們，進行水洗數(shù)分鐘后，水沖洗結(jié)束。當水沖洗結(jié)束后，繼續(xù)開啟反沖洗鼓風(fēng)機，再開啟反沖洗風(fēng)閥，進入氣、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)

30、閉反洗鼓風(fēng)機；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。當反沖洗階段結(jié)束后，先開啟進水閥，后開啟曝氣鼓風(fēng)機，再開啟曝氣風(fēng)閥，最后關(guān)閉反沖洗水出水閥。進入正常曝氣階段。強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、離心脫水機等設(shè)備的運行狀態(tài)、故障狀態(tài)進行監(jiān)測和控制。通過網(wǎng)絡(luò)把信號送中央控制室計算機操作站完成指示、記錄、報表和報警打

31、印等監(jiān)控管理功能。其主要設(shè)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(shù)字量輸入、輸出點數(shù)AI:4 AO:3 DI:30 DO:24污泥脫水系統(tǒng)污泥脫水系統(tǒng)為成套設(shè)備（包括污泥進料泵、加藥泵、離心脫水機），自帶現(xiàn)場控制柜。該系統(tǒng)運行、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，運行中設(shè)備根據(jù)自帶的控制程序動作，給料機組機開/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(lián)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

32、和皮帶輸送機。 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、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)備運行管理數(shù)據(jù)庫。化驗所需要的參數(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)的正常運行，PLC監(jiān)控系統(tǒng)選用SIEMENS的S7400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

33、400 系列PLC可編程控制器。 直流電源。 PLC性能特點： CPU指示 高速RISC的CPU 最大IO點數(shù)為5120點 數(shù)據(jù)內(nèi)存容量：64K字 電源電壓范圍：85132VAC或170264VAC 基本指令處理速度：0.04ms/k 特殊指令處理速度：0.12ms/kI/O模塊指令數(shù)字量輸入模塊（DI）： 輸入點數(shù)：16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(tài)指示數(shù)字量輸出模塊（DO） 輸入點數(shù)：16點繼電器 最大開閉幕、能力：AC250V/DC24V，2A 快速刷新時

34、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(tài)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(zhuǎn)換速度：1ms/點 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(tài)指示 模擬量輸出模塊（AO）： 輸出點數(shù)：8路 輸出范圍：05V,15V,010V,-1

35、0+10V,420mA 分辨率：12位 隔離方式：光電隔離 轉(zhuǎn)換速度：1ms/點 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點通訊接口：RS-422A/RS-485口 RS-232C口電源電壓范圍：DC20.4VDC26.4V運行時間：25000小時能取代手持式編程器對PLC進行編程器對PLC進行編程隔離裝置根據(jù)開關(guān)量信號輸入輸出點配置繼電器以

36、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： 準確全面反映進廠水的水質(zhì)水量情況。 準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

37、）測量范圍：FDU80 量程 050m (3）輸入范圍：420mA DC， 負載電阻<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內(nèi)實行編程。上海光華愛爾美特。型號：傳感器IFS4000 轉(zhuǎn)換器

38、 SC100AS/MP-2211PH計 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-PR0010SS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

39、過濃度變送器，應(yīng)用成熟的雙-光束，脈動-光方法實現(xiàn)。包括濃度計、濃度傳感器、步進電機控制器、跟蹤單元，德國E+H公司。型號：CUC101-A02.4 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%。中控機房電源采用雙回路電源供電，并裝設(shè)防雷器和UPS，計算機不得與空調(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

40、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(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)

41、多采用類似策略，可以大大節(jié)省工程費用，方便維護管理。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行 綠化，在滿足電氣相關(guān)規(guī)范的同時，盡可能的增加廠

42、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 ）設(shè)備分布污水處理的一次設(shè)備主要包括:進水泵、排污泵、柵格機、配電設(shè)備、傳送機、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 進水泵:主要作用是將城市生活生產(chǎn)所排放的污水

43、經(jīng)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(nèi)，進而保護進水泵，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，用來給進水泵供電。它的穩(wěn)定性對于整個污水處理廠的安全運行至關(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(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，進而對污泥進行處理。 配電設(shè)備:用來給排污泵供電。 傳

44、送機:用來將處理好的泥餅從脫水泵房運送出去。 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，進而達到監(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

45、; 數(shù)字量輸入模塊(DI):選用SM421，共14塊(32點/塊)，處理448點輸入信號; 數(shù)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(qū)PLC配置泥區(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)

46、:選用CPU412-2; 數(shù)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(shù)字量輸出模塊(DO):選用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(tǒng)構(gòu)成及其布局根據(jù)工藝特點和控制要求，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

47、箱或按鈕站，由“現(xiàn)場/遙控”轉(zhuǎn)換控制狀態(tài)，“現(xiàn)場”設(shè)點動按鈕，用于調(diào)整和檢修。（2) 各開關(guān)柜(包括:10kV進線柜、0.4kV進線柜等)，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)控制計算機系統(tǒng)等自控設(shè)備，自動監(jiān)控所屬范圍運行。（4) 總站主機控制，多為計算機監(jiān)控管理系統(tǒng)，集中分站信息，進行各種處理，并通過分站統(tǒng)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(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、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)場總線標準(Profibus

48、)，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標準。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標準開放式結(jié)構(gòu)，適用于對時間要求嚴格的現(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，其功能強大，穩(wěn)定性高，完全適合城市污水

49、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，堅固耐用，容易擴展和廣泛的通訊能力，容易實現(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。2.7 監(jiān)控系統(tǒng)的軟件部分 計算

50、機操作系統(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。上位機監(jiān)控軟件采用當前流行的美國GE公司的iFIX3.5組態(tài)軟件來實現(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 Professiona

51、l中文版操作系統(tǒng)。（2) iFIX3.5監(jiān)控軟件 實現(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水泵的電流、頻率、出口壓力等都實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)。單獨設(shè)計一個數(shù)據(jù)庫服務(wù)器可以避免因為系統(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標準中八種編程語言中

52、的六種(STL、LAD、FBD、CFC、SFC和SCL)進行編程。本系統(tǒng)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(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)要求改善信息管

53、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(jù)。PLC響應(yīng)時間的影響因素有：輸入信息時，CPU讀解用戶邏輯網(wǎng)絡(luò)時間和輸出時間。PLC的實時響應(yīng)性還受到系統(tǒng)中最慢儀器的限制，與上位機的通訊也將增加服務(wù)時間。2、功能選擇要根據(jù)不同的控制對象確定。具體有：替代繼電器、數(shù)學(xué)運算、數(shù)據(jù)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(tǒng)的可靠性。4、存儲器類型及其容量選擇。小型PLC作為單機小規(guī)模控制使用時，由于工藝簡單、程序固定，多數(shù)使用EPROM或EPROM加RAM。對于中、大規(guī)

54、模的PLC，往往用于工藝比較復(fù)雜，且多變的場合，程序改變較多，因此一般都使用CMOSRAM存儲器，且有后備電池，以便關(guān)機時保存存儲信息。根據(jù)控制規(guī)模和應(yīng)用目的，我們按下列公式進行估算：（1）代替繼電器MKm（10×DI）（5×DO）（2）模擬量控制MKm（10×DI）（5×DO）（100×AI）（3）多路采樣控制MKm（10×DI）（5×DO）（100×AI）（1+采樣點×025）式中DI為數(shù)字（開關(guān)）量輸入信號；DO為數(shù)字（開關(guān)）量輸出集中；AI為模擬量輸入信號；Km為每個節(jié)點所占存儲器字節(jié)數(shù)；M為存儲

55、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(tǒng)結(jié)構(gòu)和方式的選擇。用PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)有集中控制、遠程I/O控制和分布式控制等三種方式。6、支持技術(shù)條件。在選用PLC時，有無支持技術(shù)條件也是重要的選擇依據(jù)。支持技術(shù)條件主要有：編程手段、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(diào)制解調(diào)器等。3.2 PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)在廠區(qū)電氣自控的總體設(shè)計上，應(yīng)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。這一點對減少小型污水處理廠的單方經(jīng)營成本有很重要的意 義。因為，盡管污水廠較小，如果沒有自動化程度較高的自控系統(tǒng)，往往需要

56、按崗定員，這樣3000-20000噸/日的污水處理廠也需要10-30人。實際 上，對于規(guī)模稍大的污水廠，定員也不過如此，所以相對人力成本很高。在條件允許的情況下，盡量提高污水廠的自動化程度。有條件時，還可在反應(yīng)池等重要地方 安裝攝像頭，以監(jiān)視污水廠的運行狀況。在電纜布置上，也有著與大型污水處理廠不同的特點。各處理構(gòu)筑物的電氣與信號電纜的鋪設(shè)應(yīng)盡量結(jié)合構(gòu)筑 物上的管溝和渠道，從整體效果來看，整個處理構(gòu)筑物表面看不到任何電纜和管線的敷設(shè)，只有走道板及蓋鍍鋅鋼格板的管溝，既美觀又便于維護管理。在某些情況 下，全廠的電纜溝可以借助某個構(gòu)筑物實現(xiàn)。一般來講，配電與信號傳輸從輔助處理單元（包括辦公及變配電

57、）要到水處理和泥處理單元，無論是先經(jīng)過哪個處理單 元，都可以在處理構(gòu)筑物的側(cè)壁上向池內(nèi)挑出管溝，做為管道與電纜的通道，服務(wù)于本處理單元的同時，又可使電力和信號到達另一個處理單元。這樣既方便了總圖 的布置，又節(jié)省的工程造價。PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)流程圖（如圖9所示）：圖9 PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)設(shè)計步驟此種設(shè)計方法與常用的繼電器控制邏輯設(shè)計比較，組件的選擇代替了原來的部件選擇，程序設(shè)計代替了原來的硬件設(shè)計。我們采用一臺PLC控制多臺監(jiān)測儀器的集中控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)用于監(jiān)測對象（儀器）所處的地理位置比較接近，且相互之間有一定聯(lián)系的場合（如圖11所示）。 圖10 集中控制系統(tǒng)該系統(tǒng)采用的PLC（SZ-4）模塊是：8點DC12/24輸入模塊Z-8ND18點集電極開路輸出模塊Z-8TD1