污水處理廠的PLC控制系統(tǒng)VIP

1、一、 題目：污水處理廠的PLC控制系統(tǒng)設計二、 指導思想和目的：通過畢業(yè)設計，培養(yǎng)學生綜合運用所學的知識和技能解決問題的本領，鞏固和加深對所學知識的理解；培養(yǎng)學生調查研究的習慣和工作能力；培養(yǎng)學生建立正確的設計和科學研究的思想，樹立實事求是、嚴肅認真的科學工作態(tài)度。三、 設計任務或主要技術指標：1）：對PLC可編程控制器的認識2）：PLC主站與分站的連接3）：用PLC自動控制調速四、 設計進度與要求：第一二周：對PLC可編程控制器的認識第三四周：污水處理廠的PLC控制系統(tǒng)的發(fā)展簡介第五六周：污水處理廠的PLC控制系統(tǒng)的結構及原理第七八周：報告的總結和答辯。五、 主要參考書及參考資料：1肖清、王

2、中鋒.西門子PLC課程設計指導書.20092李正熙等.電力拖動自動控制系統(tǒng).北京：冶金工業(yè)出版社，19973康華光. 電子技術基礎.高等教育出版社.20054王兆安等.電力電子技術.北京：機械工業(yè)出版社 ，20035胡壽松等.自動控制原理.北京：科學出版社，20046孫亮等.自動控制原理.北京：北京工業(yè)大學出版社，2001摘 要本文主要介紹了 PLC在城市污水處理中的具體應用，系統(tǒng)介紹了城市污水處理工藝流程以及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)數據采集的方法。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構互連構成污水處理廠的控制系統(tǒng)。

3、研究結果表明，該系統(tǒng)不僅具有較強的并行協(xié)調處理能力，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備組成、自動化控制方式和PLC各工作站的功能、網絡構成在污水處理中的應用，總結自動化控制系統(tǒng)對提高生產效率、減少現場操作人員、提高安全性發(fā)揮的良好效果。關鍵詞：電梯；PLC；傳感器；污水處理目 錄1.污水處理工藝流程的簡介11.1工藝流程圖11.2 對工藝流程的闡述21.3 主要設備的組成及控制方式31.4粗格柵、細格柵、提升泵房的設備控制31.5 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41.6 脫水機房4

4、1.7 PLC控制系統(tǒng)51.7.1 PLC控制系統(tǒng)的基本構成及功能51.7.2 網絡結構61.7.3 上位機組態(tài)功能61.8  系統(tǒng)構成及其布局72 污水處理中的PLC82.1 概述82.1.1 PLC設計綜述82.2 PLC在污水處理中的部分運用9中央控制室92.2.2 控制網絡系統(tǒng)92.2.3 分現場生產過程PLC控制系統(tǒng)102.2.4 廠級管理PLC系統(tǒng)122.3 PLC設備及儀表選型132.4 儀表的動力要求162.5主要PLC設備表及其說明163 PLC設計183.1 PLC簡介183.2 PLC構成的控制系統(tǒng)183.3 控制軟件223.4 對污水處理系統(tǒng)中兩個PLC子站的

5、控制程序進行設計23對5#PLC子站皮帶運輸機的控制程序設計233.5 PLC設計小結27總 結28致 謝29參考文獻301.污水處理工藝流程的簡介在我國，隨著經濟飛速發(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，正在興建及待建的污水廠也日益增多。有學者曾根據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數量相對減少，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

6、工程技術人員比較關注的問題。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)劃和建設了水污水處理廠，來改變目前水資源緊缺且污染的現狀。隨著全球水資源供應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。1.1工藝流程圖可編程控制器（Programmable Logic C

7、ontroller）簡稱PLC或PC，在現代工業(yè)控制中占有重要地位。本文對其基礎知識進行簡要介紹?？删幊炭刂破鳎≒rogrammable Logic Controller）是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制器應用而設計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（Programmable Logic），簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實現邏輯控制隨著技術的發(fā)展，這種裝置的功能已經大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機（Personal Computer）的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC。首先從廠外污水泵站提升到污水處理廠的污水

8、，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）圖11.2 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

9、；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(tǒng)，把泥漿態(tài)的污泥脫水、壓濾，形成干污泥餅（如圖2所示）。圖21.3 主要設備的組成及控制方式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(tǒng)的主要設備是鼓風機及擴散系統(tǒng)。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(tǒng)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(tǒng)的造價。由于污水廠較小，一般不設 鼓風機房，僅在鼓風機上

10、設罩棚。這主要適用于廠礦企業(yè)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(qū)，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。（如表1）表1污水處理廠的設備均采用三級控制方式，即現場控制方式、MCC控制方式和微機控制方式。目前，以MCC控制為基礎，PLC控制為主導的控制方式始終處于工業(yè)自動化控制領域的主戰(zhàn)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?，在于它能夠為自動化控制應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。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

11、程控制兩種模式。遠程控制模式由PLC和上位機實現，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INTERACT組態(tài)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工作站與廠內主站聯絡（如圖3所示）。圖3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、可靠，水位測量和提升泵的流

12、量測量和數據分析、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(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機房的設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

13、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、空氣調節(jié)閥和HV-TURBO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(tǒng)控制思路：PLC通過對DO的檢測，自動調節(jié)空氣閥的開度；當檢測到空氣閥的調節(jié)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(tǒng)的應用都不理想，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據分析，實時掌握厭氧段與好氧段、污泥濃度等狀況，及時調整工藝控制。1.6

14、 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(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(tǒng)流程控制原理圖（如圖4所示）。 圖4脫水機系統(tǒng)的聯動控制時序： 條件：各設備準備就緒，無故障；空壓機、自動配藥池工作正常。 啟動：皮帶輸送機運轉 帶式脫水機運轉 投藥泵運轉 污泥泵運轉。 停機：控制順序

15、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(tǒng) 污水處理廠自控系統(tǒng)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(tǒng)長期穩(wěn)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，即生產過程自動控制和報警、自動保護、自動操作、自動調節(jié)、提高運行效率，降低運行成本，減輕勞動強度，對污水處理廠內各系統(tǒng)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(jiān)測，重要設備進行計算機在線集散控制，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(tǒng)的基本構成及功能 污水處理廠PL

16、C控制系統(tǒng)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(tài)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(jié)省投資。本控制系統(tǒng)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調器和A1SJ7

17、1UC24通信模塊進行泵房設備控制和數據傳輸。 網絡結構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)兩種總線網絡形式構成。 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

18、化過程。對全廠工藝過程、工藝參數、設備狀態(tài)等通過顏色的變化直觀地、動態(tài)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(tǒng)計、計算、顯示。 報警功能：當某一參數異?；蛟O備故障時，可根據不同的報警類別，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S

19、BR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(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。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5。在小型污水處理廠內多采用類似策略，可以大大節(jié)省工程費用，方便維護管理。圖51.8

20、0; 系統(tǒng)構成及其布局根據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)，按流程設兩個PLC分站，分別監(jiān)控水區(qū)和泥區(qū)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(tài)，“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(tài)，“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(yè)控制計算機系統(tǒng)等自控設備，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

21、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、服務器工作站、投影儀、打印機、2個PLC工作站和現場一次設備。2 污水處理中的PLC2.1 概述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。2.1.1 PLC設計綜述實用性：PLC系統(tǒng)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(tǒng)應符合實際要求。可靠性：污水處理廠的生產過程要求PLC控制系統(tǒng)具有連續(xù)可靠性。經濟性：PLC系統(tǒng)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

22、術發(fā)展迅速。根據某污水處理廠的設計規(guī)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(jiān)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(jiān)測控制和數據采集系統(tǒng)（SCADA）,在中央控制室利用PC（工業(yè)級PC）對廠內各工況進行實時監(jiān)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、PLC子站現場監(jiān)控和中控室遠程監(jiān)控（如圖6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

23、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、?？刂啤Ｍ瑫r，設備運轉狀態(tài)也通過通訊總線送入上位計算機，在計算機上對全廠設備運轉情況進行監(jiān)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。圖62.2 PLC在污水處理中的部分運用 中央控制室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PLC編程軟件，程序可方便地通過控制網絡分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

24、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、數據和信息，完成報警和報表打印。在廠級管理層可以通過Internet將結果、效益分析等發(fā)往主管局等政府機關。主要功能：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(tài)參數值顯示。當動態(tài)顯示值顯示改變時，隨之改變圖形的數值。 控制網絡系統(tǒng)通訊控制網絡系統(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(yè)PLC領域的標準網絡。

25、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(tǒng)。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。 分現場生產過程PLC控制系統(tǒng)（1）預處理PLC控制及檢測部廠內1#預處理PLC子站位于污泥脫水間控制室內。對工藝專業(yè)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(tài)、故障狀態(tài)進行監(jiān)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(jiān)控管理功能。其主要設備有：粗格柵、閘板，細格柵、螺旋

26、輸送機該子站模擬量輸入、輸出，數字量輸入、輸出點數AI:11 DI:30 DO: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(tǒng)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(tǒng)將根據軟件程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(tǒng)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

27、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(jiān)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(yè)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(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AI:14 AO:3 DI:124 DO:134沉砂池和沉淀池沉

28、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(tǒng)，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(jié)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。

29、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(jié)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，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，如果水頭損失達到所設反沖設定值時，優(yōu)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(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

30、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。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，后開啟反洗風閥進行氣沖洗。氣洗數分鐘后，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(xù)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

31、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。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8所示）。格柵集水井1#反應池2#反應池3#反應池污水泵出水鼓風機圖8（3） 污泥脫水PLC控制及檢測部分廠內3#污泥PLC子站位于污泥脫水間控制室內。對于工藝專業(yè)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(tài)、故障狀態(tài)進行監(jiān)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(jiān)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

32、，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(tǒng)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。 廠級管理PLC系統(tǒng)為了及時地對來自污水處理現場的

33、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(tǒng)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?；炈枰膮怠＝⑴c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系列產品?，F場PLC控制子站是直接監(jiān)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。PLC性能特點：CPU

34、指示高速RISC的CPU最大IO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：0.04ms/k 特殊指令處理速度：0.12ms/kI/O模塊指令數字量輸入模塊（DI）：輸入點數：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

35、，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：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（25）：電壓±0.3%FS 電

36、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(jiān)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

37、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(jié)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。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：污水和稀污泥(2）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

38、.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(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-2211PH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

39、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)該裝置是通過濃度變送器，應用成熟的雙-光束，脈動-光方法實現。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的配

40、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，并裝設防雷器和UPS，計算機不得與空調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，回路裝設電源防雷器及UPS。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(jié)省了占地，又減少了水頭損失。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。如前所述，在小型污水處理廠的設計，有時因毗臨居民區(qū)或處于小區(qū)內的重要地區(qū)，往往有較高的

41、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 ）。表2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(qū)分布的一次設備及其功能進水泵: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(wěn)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

42、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(qū)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(tǒng)中PLC的監(jiān)控對象，系統(tǒng)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(jiān)測到配電設備的各種開關量和模擬量，進而達到監(jiān)控配電區(qū)的作用。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(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

43、性、環(huán)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(tǒng)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(tǒng)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

44、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，多數使用EPROM或EPROM加RAM。對于中、大規(guī)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CMOSRAM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(guī)模和應用目的，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

45、5;AI）（1+采樣點×025）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為模擬量輸入信號；Km為每個節(jié)點所占存儲器字節(jié)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(tǒng)結構和方式的選擇。用PLC構成的控制系統(tǒng)有集中控制、遠程I/O控制和分布式控制等三種方式。6、支持技術條件。在選用PLC時，有無支持技術條件也是重要的選擇依據。支持技術條件主要有：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，如調制解調器等。3.2 PLC構成的控制系統(tǒng)在廠區(qū)電氣自控的總體設計上，應在允許的條件下，

46、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。各處理構筑物的電氣與信號電纜的鋪設應盡量結合構筑 物上的管溝和渠道，從整體效果來看，整個處理構筑物表面看不到任何電纜和管線的

47、敷設，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筑物實現。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）要到水處理和泥處理單元，無論是先經過哪個處理單 元，都可以在處理構筑物的側壁上向池內挑出管溝，做為管道與電纜的通道，服務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構成的控制系統(tǒng)流程圖（如圖9所示）：圖9 PLC構成的控制系統(tǒng)設計步驟此種設計方法與常用的繼電器控制邏輯設計比較，組件的選擇代替了原來的部件選擇，程序設計代替了原來的硬件設計。我們采用一臺PLC控制多臺監(jiān)

48、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系的場合（如圖10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-8TD14通道12位模擬量輸入模塊Z-4AD1SZ毓CPU模塊（2端口通訊、CCM協(xié)議、從機功能）以及S-20P指令編程器、S-10D通用操作面板等。I/O點數是指要求PLC能夠輸入輸出開關量、模擬量總的個數，它與繼電器觸點適當留有余量。同時要注意盡可能簡化I/O點數來降低成本。用PLC構成的監(jiān)測控制系統(tǒng)，有自動、半自動和手動三種運行方式。在進行完總體設計以

49、及具體的硬件系統(tǒng)設計和軟件系統(tǒng)設計后，除要分別對其進行調試外，必須對整個系統(tǒng)進行聯合調試和試運行，反復進行硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的修改調整，使整個系統(tǒng)全部投入正常工作為止。PLC在監(jiān)測系統(tǒng)中要完成信號實時采樣、脈沖量累計、預警報信號監(jiān)測與報警輸 出等，并通過各種傳感變送器與傳感器連接。PLC作為一種控制設備，用它單獨構成一個監(jiān)測系統(tǒng)是有局限性的，主要是無法進行復雜運算，無法顯示各種實時圖形和保存大量歷史數據，也不能顯示漢字和打印漢字報表，沒有良好的界面。這些不足，我們選用上位微機來彌補。上位微機完成監(jiān)測數據的存貯、處理與輸出，以圖形或表格形式對現場進行動態(tài)模擬顯示、分析限值或警報信息，驅動打印機實

50、時打印各種圖表。對于環(huán)保要求較嚴格的污水處理廠，可考慮在處理構筑物增設上部建筑或加蓋的方式，以隔絕臭氣。如果增設上部建筑，可采用透光陽光板或彩色壓型鋼板的罩棚， 外形做成圓拱形。其特點外形美觀，視覺效果好，設備設在室內，便于維護管理。在高出地面的池子部分，做成天藍色或湖綠色彩帶。既與罩棚相呼應，又減弱了純 構筑物的僵硬、呆板。陽光板的造價大約為300元/平米左右。而壓型板則較低，僅為100元/平米左右。構筑物上部加蓋的方式，是在其上設混凝土蓋板，在可能的情況下，在蓋板上可填300-500mm的土，種植綠化，增加全廠的綠化面積。這種處理辦法特別適用于需采用自重抗浮的情況。 兩種方法比較各有優(yōu)缺點

51、，采用陽光板或壓形鋼板拱形罩棚的辦法，外形美觀，管理方便，但為了日常的檢修，往往需要增加吊車，另外，采用這種圓拱頂應注意 在嚴寒地區(qū)冬季結露的問題；第二種方案造價較省，但需在混凝土蓋板上開孔，以便池內設備的安裝及維護管理。另外由于上部加了混凝土蓋，對于表曝機不太適合。（1）采用傳統(tǒng)SBR處理工藝，具有占地省，處理效果可靠，自動化程度高等優(yōu)點。（2）各處理構筑物布置緊湊，如圖2所示：沉砂池 （3）采用旋流沉砂池，與三座SBR池合建，由SBR池中間的渠道給三座SBR配水。泥處理單元由濃縮池（4）與脫水機房合建組成。全廠占地面積僅為0.34公頃，但并不顯擁擠。（5）處理廠離居民區(qū)較近（離最近的居民樓

52、僅10米），故設計應用了大量的環(huán)保措施和手段，使污水廠對周圍環(huán)境的影響降低到最小程度：采用潛水射流曝氣 機代替常用的鼓風曝氣方式，最大限度的降低噪聲；全部處理構筑物加混凝土蓋板或設上部建筑，將構筑物內的臭氣進行統(tǒng)一收集（根據不同構筑物采用不同換氣次 數），進行土壤生物除臭。系統(tǒng)的設計步驟（如圖11所示）： 圖11 系統(tǒng)的設計步驟3.3 控制軟件PLC梯形圖所用邏輯符號與繼電器、接觸器系統(tǒng)原理圖的相應符號極其相似，人們能迅速熟悉該種編程語言。一般設計梯形圖程序大都采用繼電器系統(tǒng)電路圖的設計方法。對于復雜的系統(tǒng)，在梯形圖設計中采用大量的中間單元來完成記憶、聯鎖、互鎖等功能，由于需要考慮的問題較多，

53、分析起來非常困難，并且很容易遺漏一些該考慮的問題，且修改和閱讀也很困難。根據功能圖表設計PLC的梯形圖程序，可以有效地解決以上問題，達到事半功倍的效果。我們在課題研究中下位機PLC采用梯形圖來編制程序。為提高PLC及系統(tǒng)的抗干擾能力，在硬件配置與安裝上，交流電源使用雙層隔離，輸入信號光電隔離，遠離強電布線，模擬量信號和脈沖信號采用屏蔽線傳遞，采用放射性一點接地等措施，消除或減弱共模和瞬變干擾。在軟件設計和編程上，加上一些抗干擾模塊。系統(tǒng)從開始到運行的流程如下：首先把CPU的動作方式設定為STOP方式，（不在STOP方式時如圖12所示） 圖12 方式設定S20P的操作和顯示在在線方式下，CPU處于STOP或TESTSTOP方式時可進行編程。 在顯示程序時可進行編程。 平時，顯示命令語不顯示程序地址，必要時，用該鍵顯示程序地址 S20P操作次序編程器S-20P即使不和SZ-4 CPU模塊連接，也可進行編程（離線編程）。在S-20P上編程時，通常是要連在CPU模塊上進行（在線編程）。3.4 對污水處理系統(tǒng)中兩個PLC子站的控制程序進行設計對5#PLC子站皮帶運輸機的控制程序設計 圖13原料從料斗經過PD1、PD2兩臺皮帶運輸機送出；由電磁閥M0控制從料斗向PD1供料；PD1、PD2分別由電動機M1和M2控制（如圖13所示）。（1）