本科毕业论文：基于PLC的企业污水处理电气控制部分设计.doc

tianjin university of technology and education 毕毕 业业 论论 文文 专专 业：业： 班级学号：班级学号： 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： 本科生毕业论文本科生毕业论文 基于基于 plcplc 的某企业的某企业 100100 吨污水处理吨污水处理 电气控制系统设计电气控制系统设计 design of factory 100tons sewerage disposal of electric control system based on plc 摘 要 随着现代生产工艺的飞速发展，现场对传动设备的快速性、连续性、系统性的 要求越来越高。单台变频器的独立运行模式已经不能满足污水处理系统的工艺要求， 因此，多任务系统运行已经成为发展趋势。所有的本地柜前操作已经发展成为计算 机集中远程自动控制的模式。该系统是建立在计算机、plc、传动装置间数据通讯的 基础上，用来实现现场设备的运行状态监控和控制命令的下达。 本系统主要介绍了污水处理工艺流程，plc 在城市污水处理中的具体应用以及 计算机监控系统数据采集的方法。系统运用 siemens s7-400 plc 作为控制核心，各 级监控系统通过工业以太网相互连接，通过此设计提高了污水处理厂的运行管理水 平。本系统结合某污水处理厂自动化控制系统的实际运行情况，设计并改造了污水 处理厂的设备组成、自动化控制方式和各工作站的功能、网络构成等。通过生产实 践证明，该系统不仅具有较强的并行协调处理能力，而且具有高可靠性、灵活性和 可扩展性，以及高速处理能力等优点。充分证明自动化控制系统对提高生产效率、 无人值守或少人值守、提高安全性具有良好效果。 关键词关键词: 污水处理；自动化控制系统；plc；硬件配置；软件设计 abstract with the rapid development of modern manufacturing technique, the spot is stricter requirements with rapidity, continuity and systematicness of system. the single transducer execute individually has lagged behind now. it is trend that many sets run together as a system. all local operation systems have already developed to automation mode before the control cabinet, in which the computer is a main role. the characteristics are all set up on the basis of the matter that the date of the computer, plc and transport unit is exchanged each ether. it will be realized that supervise operation status of the equipments and send the control orders. the paper introduces plc application in the project of treatment urban wastewater, in which s7400 series is applied and introduces the method of urban wastewater treatment. the paper also introduces the method of receiving date in the supervisory system plant the programmable controller has already become most important, most reliable and using the most extensive industrial control microcomputer of occasion now. in order to improve the operation management level of the sewage treatment plant, the supervisory system uses the s7-400plc to constitute core of the system and is composed of each unit of the control system according to certain topological structure. according to the running situation of the benevolence and automatic control system of sewage treatment plant, recommend structures of the sewage treatment equipment, automatic control method and the function and application of every plc work station in sewage disposal and summarize the good result of the automatic control system how promoting production efficiency and security and reducing the on-the-spot attendant. key words：sewage treatment; automation control system; plc; hardware disposition; software design . 目 录 1 引言1 1.1 污水水源及其杂用水水质.2 1.2 本设计的意义.2 2 污水处理的主要内容及工艺流程3 2.1 主要内容.3 2.2 工艺流程.3 3 主要设备的组成及控制方式.4 3.1 主要设备.4 3.2 控制方式.4 3.3 粗格栅、细格栅、提升泵房的设备控制.5 3.4 沉砂池、生化池、沉淀池、污泥回流泵房和鼓风机房的设备控制.6 3.5 脱水机房.6 3.6 plc 控制系统 7 3.7 系统构成及其布局.8 4 污水处理电气系统的设计9 4.1 概述.9 4.2 系统设计综述9 4.2.1 中央控制室.10 4.2.2 分现场生产过程 plc 控制系统.13 4.2.3 厂级管理 plc 系统.16 4.3 plc 设备及仪表选型 16 4.4 仪表的动力要求.19 4.5 主要 plc 设备表及其说明 .19 4.6 plc 具体配置情况 21 4.7 监控系统的软件部分.22 5 污水处理系统中 plc 的设计24 5.1 plc 简介 24 5.2 plc 构成的控制系统 25 5.3 控制软件.28 5.4 plc 设计小结 29 总 结30 参考文献31 附录 1：指令语句表.32 附录 2：电气内部图.33 附录 3：电气设备清单.34 附录 4：组态监控画面.36 致 谢38 天津工程师范学院 2009 届本科生毕业论文 1 1 引言 近几年，随着工业迅速发展，城市人口逐渐增加，人民生活水平逐渐提高以及 近期世界经济的高速发展，各种用水量亦随之增长。但是大自然赋予人类的这部分 资源是有限的，而这有限的资源还在不断地受到人类肆意开采及污染。这就使得水 资源供需矛盾愈来愈突出，愈来愈明显。对生活污水进行处理主要有两种形式：一 种是周围有城市污水厂管网的，生活污水进入城市污水厂管网，由城市污水厂进行 处理；另一种是无法进入城市管网的生活污水就地建设污水处理设施，处理后达标 排放或进一步处理达到中水回用的目的。本文主要讨论前一种形式。 计算机及通信技术已成为工业环境中系统控制的核心部分，其在系统中的比重 正在迅速增加。在工业控制中，交流电机的拖动越来越多的采用变频器完成，不仅 作为一个单独的执行机构，而且在不断地智能化，与远程计算机之间可以通过各种 通信方式结合成一个有机的整体。在实际工程实施时，变频器的启动、停止、方向、 告警、故障指示以及故障复位等控制通常为端子排开关信号控制方式，速度控制采 用模拟量给定值控制方式来完成。由于变频器的输出端会产生强烈的干扰信号，控 制器有时会造成误动作的情况。当控制距离遥远时，还存在敷线工程量过大的问题。 随着现场总线的底层控制网络的发展，采用基于 rs-485 接口的 uss 通信协议对变频 器进行控制的方法，大大减少了系统布线，可以避免现场可能的各种电磁干扰对控 制设备的影响，有效地提高系统的抗干扰能力。 在我国，随着经济飞速发展，人民生活水平的提高，对生态环境的要求日益提 高，要求越来越多的污水处理后达标排放。在全国乃至世界范围内，正在兴建及待 建的污水厂也日益增多。有学者曾根据日处理污水量将污水处理厂分为大、中、小 三种规模：日处理量大于 10 万 m3为大型处理厂，1-10 万 m3为中型污水处理厂，小 于 1 万 m3的为小型污水处理厂。近年来，大型污水处理厂建设数量相对减少，而中 小型污水厂则越来越多。如何搞好中、小型污水处理厂，特别是小型污水厂，是近 几年许多专家和工程技术人员比较关注的问题。我国是个缺水的国家，人均水资源 占有量只为世界人均水资源占有量的 1/4。而且我国的水资源在时空和地域上分布 不均匀，更加重了缺水的实际情况。因此近些来，我国的城市水资源进一步紧张， 许多城市严重缺水。与此同时，水资源的污染却日益严重，也因此许多城市都规划 和建设了水污水处理厂，来改变目前水资源紧缺且污染的现状。 随着全球水资源供应的紧张和对自动化要求的增加，我国的污水处理厂必然是 向着高度自动化和无人职守的方向发展。目前，plc 在其稳定性和高度自动化程度 天津工程师范学院 2009 届本科生毕业论文 2 的不断加强，使 plc 成为在城市污水处理自动化方面的首选。 1.1 污水水源及其杂用水水质 1污水水源 一般采用工业污水作为污水水源，传染病医院、结核病医院污水和放射性污水 都可作为污水水源。对于住宅建筑可考虑厕所生活污水排水作为污水水源；公共食 堂、餐厅的排水水质污染程度较高，处理比较复杂，宜采用；大型洗衣房的排水由 于含有各种不同的洗涤剂，能否作为中水源须经试验确定。 2污水水质 污水作为须处理的水源，其水质必须满足下列基本条件： 1）卫生上不是太安全，存在有害物质，其主要衡量指标有大肠菌群数、细菌总 数、悬浮物量、生化需氧量、化学耗氧量等； 2）外观上给人以不快的感觉，其主要衡量指标有浊度、色度、臭气、表面活性 剂和油脂等； 3）能引起设备、管道等严重腐蚀并造成维护管理的困难，其主要衡量指标有 ph 值、硬度、溶解性固体等。 1.2 本设计的意义 污水处理技术近期得到了迅速发展，在美国、日本、印度、英国等国家(尤以日 本为突出)得到了广泛的应用。这些国家均以本国度、区域的特点确定出适合其国情 国力的污水处理技术，使本国的污水处理系统越来越臻于完善。在我国，这一技术 已受到各级政府及有关部门重视并对其做了大量理论研究和实践工作，但由于传统 的污水处理设备运行自动化程度低、效率低、故障率高，使其推广受到限制。因此， 有必要开发可靠性好、自动化程度高、功能全成本低的污水处理计算机控制技术。 在全国许多城市如深圳、北京、青岛、天津、太原等开展了污水处理工程的运行并 取得了显著的效果。 天津工程师范学院 2009 届本科生毕业论文 3 2 污水处理的主要内容及工艺流程 2.1 主要内容 工艺流程主要内容包括：粗格栅、细格栅、沉砂池、生化反应池、沉淀池、鼓 风机房、污泥回流池、脱水机房等的电气控制系统的设计。 2.2 工艺流程 首先从厂外污水泵站提升到污水处理厂的污水，经过粗格栅，去除污水中较大 的垃圾、漂浮物；通过 5 台 100kw 和 3 台 54kw 的污水泵将污水提升到细格栅，将较 小的漂浮物去除；在沉砂池搅拌、除砂；然后进入生化池进行厌氧、耗氧处理，经 沉淀池泥水分离，上层澄清液作为净化后的清洁排放水；沉淀下来的污泥一部分回 流到生化池再生利用，一部分作为剩余污泥回流到污泥浓缩池，进一步浓缩，通过 污泥处理系统，把泥浆态的污泥脱水、压滤，形成干污泥饼（如图 2-1 所示）。 1# 泵 站 8# 泵 站 细格栅沉淀砂池 生化反应池 接触消毒池 沉淀池 鼓风机房 污泥回流池 脱水机房 清水 干污泥 图 2-1 工艺流程简图 天津工程师范学院 2009 届本科生毕业论文 4 3 主要设备的组成及控制方式 3.1 主要设备 活性污泥法的曝气方式可分为两大类：鼓风曝气及机械曝气两大类。鼓风曝气 系统的主要设备是鼓风机及扩散系统。小污水厂的鼓风机一般采用罗茨风机及小型 离心 风机。分散系统一般采用微孔曝气器。但必须是适应于间歇曝气的运行方式。 鼓风机往往安装在 sbr 池旁边，以减少管路系统的造价。由于污水厂较小，一般不 设 鼓风机房，仅在鼓风机上设罩棚。这主要适用于厂矿企业内的污水处理厂，不严 格控制噪音的情况。如果污水厂左临生活小区，若采用鼓风曝气则必须建鼓风机房， 同时还要有相应的降噪措施，这样情况下宜采用机械曝气方式。 （如表 3-1） 。 表 3-1 设备的组成 序号设备名称数量技术参数 51 号泵站：p=100kw，v=380v i=195a 32 号泵站：p=54kw，v=380v i=102a 1污水提升泵63 号泵站：p=37kw，v=380v i=80a 2粗、细格栅机8p=1.5kw，v=380v i=3.7a 3hv-tupbo 鼓风机3p=160kw，v=380v 4搅拌机12p=3.8kw，v=380v i=7.2a 5吸刮泥机8p=0.37kw，v=380v i=1.2a 6污泥提升泵3p=4kw，v=380v i=9.3a 7投药泵2p=0.36kw，v=220v/380v 8脱水机2p=2.2kw，v=220v/380v 9电磁流量计13out: 420ma dn350,dn600,dn1000 10污泥浓度计4420ma 05000ppm 11溶氧仪10420ma 05mg/l 3.2 控制方式 污水处理厂的设备均采用三级控制方式，即现场控制方式、mcc 控制方式（电 动机控制中心）和微机控制方式。目前，以 mcc 控制为基础，plc 控制为主导的控 制方式始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供 了非常可靠的控制应用。其主要原因，在于它能够为自动化控制应用提供安全可靠 和比较完善的解决方案，适合于当前污水处理厂对自动化的需要。 控制系统采用“双入单出”的模拟控制器。输入量为 ph 值给定值与测量值的偏差 天津工程师范学院 2009 届本科生毕业论文 5 e 以及偏差变化率 ec，输出量为向加药泵供电的变频器的输入控制电压 u。控制过 程为控制器定时采样 ph 值和 ph 值变化率与给定值比较，得 ph 值偏差 e 以及偏差 变化率 ec，并以此作为 plc 控制器的输入变量，经模拟控制器输出控制变频器输 出频率 n，从而改变加药量使 ph 值保持稳定。 （如图 3-2 所示） 液位开关 ph仪 融氧仪 环 境 数 据 采 集 p l c 变频器 执行机构 传感器 图 3-2 plc 污水处理控制系统框图 3.3 粗格栅、细格栅、提升泵房的设备控制 粗格栅、细格栅的控制分为现场控制和远程控制两种模式。远程控制模式由 plc 和上位机实现，它包括微机手动和微机自动，而微机自动控制方式为： （1）水位差控制方式，通过格栅机运行液位差计的测量值用来反映格栅阻塞程 度，并传输到 plc 控制器，进行分析计算。当液位差超过预设的数值，控制格栅运 行。 （2）时间设置控制方式，在上位机的 ifix 组态软件中设置格栅机运行时间和 停机时间，经 plc 控制器的程序运算指挥 mcc 对格栅机进行控制。 提升泵运行控制以远程控制为主。某污水处理厂有两个提升泵站，每个泵站设 有一个 plc 工作站与厂内主站联络（如图 3-3 所示）。 它们距污水处理厂约 45 公里。为实现进水提升泵的远程自动控制的安全、可 靠，水位测量和提升泵的流量测量和数据分析、传输、控制等设备是不可缺少的， 所以在进水泵房处安装了液位计，测量泵井的水位；每台提升泵的提升管安装电磁 流量计，测量每台提升泵工作的瞬时流量；两个 plc 工作站分别担负各泵站的设备 控制、 天津工程师范学院 2009 届本科生毕业论文 6 1# 泵站 plc工作站 2# 泵站 plc工作站 厂内 plc 主站 图 3-3 plc 工作站与厂内主站联络 设备保护、数据采样、远程数据传输等作用。根据测量值对应控制程序，自动控制 提升泵的运行组合。这样可以根据厂外来水量准确及时地调整泵运行数量，减少设 备疲劳；同时可以取消传统泵站三班倒的人力资源耗费。 3.4 沉砂池、生化池、沉淀池、污泥回流泵房和鼓风机房的设备控制 砂搅拌器的自动运行通过进水电磁流量计控制，而抽砂泵的运行状态是由微机 对其开、停时间的设置控制的。 生化池厌氧区的搅拌器、沉淀池的吸刮泥机、污泥回流泵房的阀门和回流泵都 是由微机触发指令通过 plc 控制。 生化池好氧区的 do 计、mlss 计、orp 计、空气调节阀和 hv-turbo 鼓风机是污 水处理的重要设备。曝气池溶解氧的控制、厌氧段与好氧段的控制、污泥浓度的控 制是污水处理厂工艺的核心。该系统控制思路：plc 通过对 do 的检测，自动调节空 气阀的开度；当检测到空气阀的调节不能满足 do 的需要时，再着行调整鼓风机的出 风导叶片的开度（目前各污水厂在该系统的应用都不理想，主要问题是溶解氧的测 量值滞后、不稳定及空气阀门的选型）；plc 检测 do 计、mlss 计、orp 计的值传送 上位机进行数据分析，实时掌握厌氧段与好氧段、污泥浓度等状况，及时调整工艺 控制。 3.5 脱水机房 脱水机房的设备主要担负由污泥提升泵将回流泵井的剩余污泥与污泥絮凝剂按 比例混合进行脱水处理的任务。污泥与溶解成一定浓度的絮凝剂混合后，污泥中的 固体颗粒被凝聚成絮团，并分离出自由水，然后被输送到带式污泥脱水机上，经顶 脱水区、重力脱水区、楔形脱水区、压滤脱水区后形成滤饼排出。设备的控制思路 是以时序的逻辑控制为主导，污泥和絮凝剂混合的比例通过污泥电磁流量计、清水 流量计和投药泵投药量实现。该系统流程控制原理图（如图 3-4 所示）。 天津工程师范学院 2009 届本科生毕业论文 7 图 3-4 系统流程控制原理图 脱水机系统的联动控制时序： 条件：各设备准备就绪，无故障；空压机、自动配药池工作正常。 启动：皮带输送机运转 带式脱水机运转 投药泵运转 污泥泵运转。 停机：控制顺序与启动顺序相反。 时间：根据实际的运行状况，可在 plc 中设置各设备联动间隔时间。 3.6 plc 控制系统 污水处理厂自控系统遵循“集中管理，分散控制，数据共享”的原则，设计选 型先进，安全可靠，经济合理，并能保证系统长期稳定高效地运行。plc 控制系统 满足污水处理厂运行管理和安全处理的要求，即生产过程自动控制和报警、自动保 护、自动操作、自动调节、提高运行效率，降低运行成本，减轻劳动强度，对污水 处理厂内各系统工艺流程中的重要参数、设备工作情况等进行计算机在线集中实时 监测，重要设备进行计算机在线集散控制，确保污水处理厂的出水水质达到设计排 放标准。 plcplc 控制系统的基本构成及功能控制系统的基本构成及功能 污水处理厂 plc 控制系统由两台计算机、8 个现场控制站、工艺仪表、电量变 送器构成。8 个现场控制站用于控制现场设备、采集动态工艺参数和设备工作情况。 现场控制站根据污水处理厂的实际工艺和构筑物的几何分布，设置在控制对象和信 号源相对集中的几个单体中，并考虑在不影响控制功能和设备安全的前提下，尽量 节省投资。本控制系统由 8 个现场控制站组成。它们分别位于：厂外 1#泵站；厂外 2#泵站；厂内中心控制室；厂内低压电房；鼓风机房（3 个站）；脱水机房。0工 作站5工作站之间采用 a1sj71ar21 模块通过同轴电缆通讯。1#工作站和 2#工作 站与厂内主工作站的距离 45 公里，且无人值班，故租用电信公司无源电话专线通 天津工程师范学院 2009 届本科生毕业论文 8 过调制解调器和 a1sj71uc24 通信模块进行泵房设备控制和数据传输。 3.7 系统构成及其布局 根据工艺特点和控制要求，本系统采用分布式集散监控系统，按流程设两个 plc 分站，分别监控水区和泥区的设备运行和控制，设一个总站集中分站信息并控 制分站工作。具体控制分为: (1) 现地控制，设现场箱或按钮站，由“现场/遥控”转换控制状态， “现场” 设点动按钮，用于调整和检修。 (2) 各开关柜(包括:10kv 进线柜、0.4kv 进线柜等)，由“自动/停止/手动”转 换控制状态， “手动”设启/停按钮，用于手动操作。 (3) 分站控制，用可编程控制器和工业控制计算机系统等自控设备，自动监控 所属范围运行。 (4) 总站主机控制，多为计算机监控管理系统，集中分站信息，进行各种处理， 并通过分站统一控制全厂运行，满足工艺测控要求，使全厂运行处于最佳状态，是 监控管理的中心。 监控系统由操作员工作站、服务器工作站、投影仪、打印机、2 个 plc 工作站 和现场一次设备。通信网络采用西门子的过程现场总线标准，它为分布式 i/o 站或 驱动器等现场器件提供了高速通信所需的用户接口，以及提供了在主站间大量数据 内部交换的接口通信协议采用 sinec l2，该协议遵从 din19245 标准。sinec l2 又 分为如下子协议:l2-tf、l2-fms、l2-dp 及 l2-ap。其中 l2-dp 遵从 profitbus 标准 开放式结构，适用于对时间要求严格的现场，能够以最快的速度快速处理和传送网 络数据。所以本系统可以快速的采集和处理由 plc 所采集的数据，符合控制系统要 求的快速性。 天津工程师范学院 2009 届本科生毕业论文 9 4 污水处理电气系统的设计 4.1 概述 设计包括厂界内预处理、生物滤池、污泥处理及附属设施需要检测和控制应提 供的仪表和有关的辅助装置等。 4.2 系统设计综述 实用性：plc 系统其目的在于满足污水厂生产控制和管理要求，在保证先进的 条件下，设备和系统应符合实际要求。 可靠性：污水处理厂的生产过程要求 plc 控制系统具有连续可靠性。 经济性：plc 系统的技术含量高，设备复杂，因此，在设计时应进行技术经济 比较。 先进性：网络技术、信息技术、plc 控制技术发展迅速。 根据某污水处理厂的设计规模和 baf 生物滤池工艺的特点，本着技术先进，性 价比高，适用可靠的原则进行设计。依据集中监测为主，分散控制为辅的基本原则， 设计采用以 plc（可编程控制器）为基础的监测控制和数据采集系统（scada）,在 中央控制室利用 pc（工业级 pc）对厂内各工况进行实时监控，并有信号报警和联锁 等设施以保证生产正常运行，生产的工艺过程 plc 采用就地独立控制。从安全生产 的角度和操作人员技术掌握程度上考虑，设立三级控制层：设备就地手动、plc 子 站现场监控和中控室远程监控（如图 4-1 所示） 。 在综合楼设立中央控制室，下设 1#预处理 plc 子站，2#baf 生物滤池 plc 子站 和 3#污泥处理 plc 子站等共 7 个现场处理子站。在中央控制时可对主要设备实施开、 停控制。同时，设备运转状态也通过通讯总线送入上位计算机，在计算机上对全厂 设备运转情况进行监控。 中央控制室还设置了以太网交换器，与厂级管理 plc 层以太信息网络相连接， 并设置厂长办公终端、生产管理终端、化验室终端。 天津工程师范学院 2009 届本科生毕业论文 10 一期生化池设备及仪表 一期沉淀池设备及仪表 格栅间，沉砂池，鼓风机 房设备及仪表 电磁流量计、超声波流量 计、水位计、空气流量计 脱水机房设备及仪表 二期生化池设备及仪表 二期沉淀池设备及仪表 打印机 打印机 计算机 厂外1#plc站 0#plc站 厂外2#plc站 中控室远程监控 plc子站现场监控 设备就地动手 图 4-1 plc 子站现场监控和中控室远程监控 4.2.1 中央控制室 在办公楼设立中央控制室，中央控制室内设有两台计算机操作站、一台数据库 服务器、三台打印机、一台网络设备。两台计算机操作站互为备用，并可安装 plc 编程软件，程序可方便地通过控制网络分别下载到指定的现场控制站，以便在调试 过程中随时修改程序。中央控制室可对整个分控式控制系统进行系统组态管理、系 统监测、实时监测、显示、处理、控制各 plc 子站的状态、通信、数据和信息，完 成报警和报表打印。在厂级管理层可以通过 internet 将结果、效益分析等发往主管 局等政府机关（如图 4-2 所示）。 天津工程师范学院 2009 届本科生毕业论文 11 plc监控主程序 有开、停泵指令 泵机控制方式 转开、停泵监控程序 y n y n 停泵监控程序 1关泵出口液控阀 2水泵定时器清零， 开始计时 液控阀全关最长关闸时间 1停水泵电机 2停泵定时器青清 零，开始计时 水泵停止?最长停泵时间 返回plc监控主程序报警 n n y n n y y 天津工程师范学院 2009 届本科生毕业论文 12 开泵监控程序 泵机满足启动条件 1、启动电机 2、启动计时器清零，开始计时 水泵运行？最长启动时间 1、开泵出口液控阀 2、开阀定时器清零，开始计时 液控阀全开最长开启时间 返回plc监控主程序 报警 n y n n y y n n y 图 4-2 系统流程图 天津工程师范学院 2009 届本科生毕业论文 13 主要功能： 生产工艺过程以工艺流程图方式显示，图形可以取出每幅图的局部进行放大， 便于分幅，分组组展示，流程上有相关的实时生产过程的动态参数值显示。当动态 显示值显示改变时，随之改变图形的数值。 4.2.2 分现场生产过程 plc 控制系统 （1）预处理 plc 控制及检测部 厂内 1#预处理 plc 子站位于污泥脱水间控制室内。 对工艺专业要求检测的各种工艺参数，水泵、闸门、粗格栅、细格栅、排砂装 置等设备的运行状态、故障状态进行监测和控制。通过网络把信号送中央控制室计 算机操作站完成指示、记录、报表和报警打印等监控管理功能。 其主要设备有： 粗格栅、闸板，细格栅、螺旋输送机 该子站模拟量输入、输出，数字量输入、输出点数 ai:11 di:30 do:22 粗格栅开、停控制 根据超声波液位差计测得的粗格栅前后水位差值自动控制回转式粗格栅的运行， 即水位差达到设定值时，自动启动格栅。当回转式粗格栅停止运行的时间超出设定 值时，系统转为时间控制，此时限为可调式设计，并设置上限报警。 plc 系统将根据软件程序自动控制螺旋输送机、回转式粗格栅机的顺序启停、 运行、停车以及安全连锁保护，格栅机停机后延时停螺旋输送机。 细格栅开、停控制 细格栅 24 小时运行，并设置上限报警。plc 系统将根据软件程序自动控制螺旋 输送机、回转式细格栅机的顺序启停、运行、停车以及安全连锁保护，格栅机停机 后延时停螺旋输送机。 污水闸门控制： 两台闸门根据液位手动或电动，其运行信号送入中控室监控，不参加控制。 （2） baf 生物滤池 plc 控制及检测部分 厂内 2#baf 生物滤池 plc 子站位于变电所低压配电室控制室内。 对工艺专业要求检测的各种工艺参数，水泵、风机反冲洗泵等设备的运行状态、 故障状态进行监测和控制。并可在中控室计算机操作站完成指示、记录、报表和报 警打印等监控管理功能。 其主要设备有： 排砂阀，排泥阀，启闭机，砂水分离器，电动进水阀，电动排水阀，电动进气 阀，电动气冲阀电动反冲洗阀，回用潜水泵，离心鼓风机。 天津工程师范学院 2009 届本科生毕业论文 14 该子站模拟量输入、输出，数字量输入、输出点数 ai:14 ao:3 di:124 do:134 沉砂池和沉淀池 沉砂池和沉淀池定时开/停排砂、排泥阀，砂水分离器设备控制由设备厂商自带 可设定控制系统，砂水分离器应与排砂阀联锁。 baf 生物滤池 工艺过程简述： 污水经强化预处理后进入第一级生物过滤（c/n）池，污水通过滤池进水管进入 滤池底部，填料上的微生物利用进水中的溶解氧降解 bod，同时，ss 也通过一系列 复杂的物化过程被填料及其上面的生物膜吸附截留在滤床内。流出填料层的废水进 入第二级生物过滤池的污水流程同第一级，但在第二级生物过滤池中可根据运行情 况不曝气并减少回流比以节能。经二级生物过滤处理后的污水即直接进入接触池消 毒。 第一级生物滤池按时间及水位差控制滤池的反冲洗。在该级滤池有超声波液位 计，do 测定仪等国外仪表。第二级生物滤池按吸附与过滤方式运行。按时间及水位 差控制滤池的反冲洗。在该级滤池装有超声波液位计，ss 测定仪，do 测定仪等国外 仪表。检测信号均送生物滤池处理 plc 子站进行监控。根据生物滤池水位差的反锁 信号控制反冲洗机组开停，根据 do 测量仪所测反锁信号控制调节曝气风机的风量。 baf 生物滤池按所设计时间进行周期性反冲洗，其中，第一级按每个周期 16 小 时，第二级按每个周期 36 小时进行反冲洗。或者在一个周期内，如果水头损失达到 所设反冲设定值时，优先进入反冲洗程序反冲洗周期设定值根据水质情况在反冲洗 程序中为可调值。baf 生物滤池根据其优先顺序逐台启动滤池的反冲洗。 曝气生物滤池控制过程： 反冲洗阶段 根据时间设定为周期性反冲洗。 根据超声波液位计所测水位值确定反冲洗过程。 当水位下降到所设定值时，停止进水阀，开启反洗水出水阀。 待滤池液位再次下降到设定反洗液位值时，先开启反洗鼓风机，后开启反洗风 阀进行气冲洗。气洗数分钟后，关闭反洗气阀，关闭反洗鼓风机，气冲洗结束。气 冲洗结束，进入水冲洗阶段。先开启反冲洗水泵，后开启反洗管路阀们，进行水洗 数分钟后，水冲洗结束。当水冲洗结束后，继续开启反冲洗鼓风机，再开启反冲洗 风阀，进入气、水混合冲洗阶段。气、水混合反洗数分钟后，关闭反洗风阀，关闭 反洗鼓风机；关闭反洗水水阀，关闭反洗水泵。至此，反冲洗过程全部结束。 天津工程师范学院 2009 届本科生毕业论文 15 当反冲洗阶段结束后，先开启进水阀，后开启曝气鼓风机，再开启曝气风阀， 最后关闭反冲洗水出水阀。进入正常曝气阶段。 强制反洗 若反洗效果不佳，说明滤路可能出现堵塞，此时，关闭进水阀，开启反冲洗出 水阀，开启强制反冲洗泵和强制反冲洗阀们，进行强制反冲洗，其过程按反冲过程 运行（如图 4-3 所示）。 格 栅 集 水 井 1#反应池 2#反应池 3#反应池 泵 图 4-3 baf 曝气法工艺流程图 （3） 污泥脱水 plc 控制及检测部分 厂内 3#污泥 plc 子站位于污泥脱水间控制室内。 对于工艺专业要求检测的各种工艺参数，水泵、加药设备、离心脱水机等设备 的运行状态、故障状态进行监测和控制。通过网络把信号送中央控制室计算机操作 站完成指示、记录、报表和报警打印等监控管理功能。 其主要设备有： 离心脱水机，污泥进料泵，冲洗水泵，皮带输送机，无轴螺旋输送机，隔膜计 量泵，搅拌机。 该子站模拟量输入、输出，数字量输入、输出点数 ai:4 ao:3 di:30 do:24 污泥脱水系统 污泥脱水系统为成套设备（包括污泥进料泵、加药泵、离心脱水机），自带现 场控制柜。该系统运行、故障信号送入 plc 显示，根据储泥池液位，plc 给出设备 的开、停命令，运行中设备根据自带的控制程序动作，给料机组机开/停与离心脱水 机。 天津工程师范学院 2009 届本科生毕业论文 16 脱水后污泥螺旋输送机和皮带输送机与离心脱水机联锁，先开启螺旋输送机和 皮带输送机，再开启离心脱水机，最后开启污泥泵，停运时，先停污泥泵，再停离 心脱水机，最后停螺旋输送机和皮带输送机。 4.2.3 厂级管理 plc 系统 为了及时地对来自污水处理现场的生产信息进行收集、储存、分析和加工处理， 以便工厂领导层对生产管理的准确决策，设计中考虑了厂级管理终端。 该系统主要功能： 生产过程的全面查询，包括各种进、出厂水流量，各中能耗等。 生产过程分析报告、报表和图形。 设备资料数据库和设备运行管理数据库。 化验所需要的参数。 建立与外部 interner 的双向连接，便于发布信息和从外部获取信息。 4.3 plc 设备及仪表选型 为了保证监控管理控制系统的正常运行，plc 监控系统选用 siemens 的 s7 400 系列产品。现场 plc 控制子站是直接监视和控制若干工艺生产过程所单元，其 主要设备是： siemens 的 s7400 系列 plc 可编程控制器。 直流电源。 plc 性能特点： cpu 指示 高速 risc 的 cpu 最大 io 点数为 5120 点 数据内存容量：64k 字 电源电压范围：85132vac 或 170264vac 基本指令处理速度：0.04ms/k 特殊指令处理速度：0.12ms/k i/o 模块指令 数字量输入模块（di）： 输入点数：16 点 输入电压：24vdc 快速刷新时间：0.004ms 连接方式：采用可拆卸式端子排以提高可靠性，易于连接和维修各模块。 各模块具有光电隔离功能，每个输出点都具有状态指示 天津工程师范学院 2009 届本科生毕业论文 17 数字量输出模块（do） 输入点数：16 点继电器 最大开闭幕、能力：ac250v/dc24v，2a 快速刷新时间：0.004ms 连接方式：采用可拆卸式端子排以提高可靠性，易于连接和维修 各模块具有光电隔离功能，每个输出点都具有状态指示 模拟量输入模块（ai）： 输入点：8 路 输入范围：05v,15v,010v,-10+10v,420ma 分辨率：12 位 隔离方式：光电隔离 转换速度：1ms/点 精度（25）：电压0.2% 电流0.4% 其他功能：断线检测,峰值保持、平均值功能、定标功能等 连接方式：采用可拆卸式端子排以提高可靠性，易于连接和维修 各模块具有光电隔离功能，每个输出点都具有状态指示 模拟量输出模块（ao）： 输出点数：8 路 输出范围：05v,15v,010v,-10+10v,420ma 分辨率：12 位 隔离方式：光电隔离 转换速度：1ms/点 精度（25）：电压0.3%fs 电流0.5%fs 其他功能：输出限幅，上/下限报警，脉冲输出 连接方式：采用可拆卸式端子排以提高可靠性，易于连接和维修 操作员面板（pt 触摸屏） 显示器：tft 彩色 有效显示区域：10.4 触摸开关分辨率：32*24 个 显示分辨率：640*480 点 通讯接口：rs-422a/rs-485 口 rs-232c 口 电源电压范围：dc20.4vdc26.4v 运行时间：25000 小时 能取代手持式编程器对 plc 进行编程器对 plc 进行编程 天津工程师范学院 2009 届本科生毕业论文 18 隔离装置 根据开关量信号输入输出点配置继电器以隔离 plc 与被测控的设备。 在仪表选型上，介于监测仪表的重要性，在仪表选型上应遵循： 准确全面反映进厂水的水质水量情况。 准确全面反映出水厂的水质情况。 各处理单元的出口的主要水质情况。 参与控制的水质和物理参数。 尽量选用国内可靠成熟的仪表产品，以节约投资，也方便维修。对关键的现场 仪表，则考虑引进国外设备。 超声波液位计 超声波液位计是非接触式测量仪表该仪表通过对超声波发射和反射的行程所需 的时间和测量距离成正比的原理测量液位。仪表由传感器（超声波探头）、变送器 及专用电缆组成，德国 e+h 公司。 型号：传感器 fdu80-rg2a 变送器 fmu682-r1a1a1 (1）被测介质：污水和稀污泥 (2）测量范围：fdu80 量程 050m (3）输入范围：420ma dc， 负载电阻600 (4）电源：220vac 50hz (5）测量值误差：0.2%满量程 分辨率：1mm (6）安装位置：室外 (7）防护等级：传感器：ip68 变送器：ip65 (8）现场显示：4 1/2 数显 (9）专用电缆：10m (10）安装支架：墙支架 919792-0001 电磁流量计 电磁流量计是测量和指示导电液体的流量，由传感器、变送器及专用电缆组成， 传感器形式为发兰连接，带接地环，转换器具备微处理器信号功能，用手持磁棒方 法，不打开外壳就可对机内实行编程。上海光华爱尔美特。 型号：传感器 ifs4000 转换器 sc100as/mp-2211 ph 计 此装置为一组电极，这组电极产生的电势与被测液体的氢离子浓度成比例，该 装置包括传感器、变送器及专用电缆，包括传感器的安装支架及传感器的手动清洗 头，德国 e+h 公司。 型号： 传感器 cps11-2aa2tsa 变送器 cpm253-pr0010 天津工程师范学院 2009 届本科生毕业论文 19 ss 计 该装置包括传感器、变送器及专用电缆，包括传感器的安装支架及传感器的手 动清洗头，德国 e+h 公司。 do 计 测量原理是覆膜式，电流测量传感器。该装置包括传感器、变送器及专用电缆， 包括传感器的安装支架及传感器的手动清洗头，德国 e+h 公司。 型号：传感器 c0s4-2 变送器 c0m253-0010 污泥液位测量系统 该装置是通过浓度变送器，应用成熟的双-光束，脉动-光方法实现。包括浓度 计、浓度传感器、步进电机控制器、跟踪单元，德国 e+h 公司。 型号：cuc101-a0 4.4 仪表的动力要求 和相应的配电室提供，中央控制室、各子供电要求，交流电压：220vac10% 50hz5%，直流电压：24v-5%+10%。中控机房电源采用双回路电源供电，并装设 防雷器和 ups，计算机不得与空调等大容量电器共回路。plc 子站电源取自低压配电 屏仪表控制配电回路，回路装设电源防雷器及 ups。 4.5 主要 plc 设备表及其说明 由于污水厂较小，各构筑物之间一般用渠道相连，既节省了占地，又减少了水 头损失。有专家统计，采用渠道输配水的污水处理厂的水头损失要比管道输配水的 小 2 -3m。对于采用 sbr 法的小型污水处理厂，一般将沉砂池与 sbr 池通过渠道相 连、污泥浓缩池与脱水机房和泥饼堆放场合建。这样，在常规的设计中，小型污 水 厂内至多有三个主要的处理单元：辅助生产区（含办公、变配电及总控等） 、水处理 单元、泥处理单元。有时泥处理和水处理单元也可合建。 由于方便输配水，各构筑物采用了合建方式，在设计时应注意距离较近的构筑 物的基础处理，埋深上尽量接近。通过连接构筑物的渠道应做沉降缝。 多座反应池的排泥管也可采用渠道而非管道和止回阀连接的方式，这样不仅减 少了设备的维护管理，而且没有阀门堵塞的问题。连接方式如图 1。在小型污水处 理厂内多采用类似策略，可以大大节省工程费用，方便维护管理。 小型污水处理厂受服务区域的现状及污水收集输送系统的限制，其厂址往往是 小区内或厂矿企业内不规则、不好利用的地块，有的高低起伏较大、有的存在地面 障碍和架空线路、有的靠近居住区，这些不利因素在总平面布置时必须充分考虑。 一般来讲，对于污水厂的现状情况应充分考虑，因地置宜，若厂址高差变化太 大，厂区内的设计地坪也应随之调整，采取不同标高。整个全厂看来，呈台阶式布 天津工程师范学院 2009 届本科生毕业论文 20 置。有条件的尽量放坡处理，不做挡墙，以节省土建投资。在护坡上做绿化小品， 起到美化全厂、改善环境的目的。若空中有高压线，则在地面上可考虑大量的进行 绿化，在满足电气相关规范的同时，尽可能的增加厂区的绿化面积。 再比如，如果厂址靠近居民区，则要在总图上更要加以注意，首先污水及污泥 处理构筑物应尽量布置在远离居民区的地方，而且在有条件的情况下，处理构筑物 可以采取增设上部建筑或加盖的方式以减少对周围环境的影响。必要时，增加相应 的环保措施。 如前所述，在小型污水处理厂的设计，有时因毗临居民区或处于小区内的重要 地区，往往有较高的环保要求，这就要求进行必要的环保方面的考虑。大致可分为 以下几个方面。 （如表 4-1 ） 。 表 4-1 设备名称及参数 序列号设备名称及参数 电磁隔膜计量泵 型号：concept c1002 流量：0-2.3(l/h) 功率：24w 1泵头材质：聚丙烯 电磁隔膜计量泵 型号：concept c0223 流量：0-2.3(l/h) 泵头材质：聚丙烯 2功率：24w 电磁隔膜计量泵 型号：concept c0306 流量：0-6.08(l/h) 泵头材质：聚丙烯 3功率：24w 循环泵 型号：14cq-5 流量：20l/min 功率：20w 4扬程：5m 提升泵 型号 15zg0.6-10 流量：0.6m 立方米/小时 5扬程：15m 天津工程师范学院 2009 届本科生毕业论文 21 设备分布 污水处理的一次设备主要包括:进水泵、排污泵、栅格机、配电设备、传送机、各种 传感器和各种检测仪表等。 (1) 水区分布的一次设备及其功能 进水泵:主要作用是将城市生活生产所排放的污水经过栅格过滤后提升，使其进 入沉砂池。 栅格机:主要用于各个进水泵的入口处，防止较大的污物进入泵内，进而保护进 水泵，保证其能正常工作。 配电设备:主要是指 10kv 高压配电设备和 0.4kv 配电设备，用来给进水泵供电。 它的稳定性对于整个污水处理厂的安全运行至关重要。 各种传感器:主要是测量集水池水位和栅格间水位的液位传感器，用来测量各个 进水泵出口压力的压力传感器，以及测量进水泵出口流量的流量传感器等传感设备。 （2）泥区分布的一次设备及其功能 排污泵:主要是将沉砂池中的污泥送入初沉池中，进而对污泥进行处理。 配电设备:用来给排污泵供电。 传送机:用来将处理好的泥饼从脱水泵房运送出去。 各种传感器:用来采集现场的模拟量。 以上所说各种设备均为系统中 plc 的监控对象，系统一次设备与 plc 的连接: 其中 配电设备通过传感器与 plc 进行通讯，使 plc 能监测到配电设备的各种开关量和 模拟量，进而达到监控配电区的作用。 4.6 plc 具体配置情况 根据具体情况，本监控系统的 plc 分成水区 plc 和泥区 plc 两个分站。根据 水区和泥区的