基于PLC的污水处理系统毕业论文设计.doc

河南科技学院2011届本科毕业论文（设计）论文题目：基于PLC的SBR污水处理系统学生姓名：郭林强所在院系：机电学院所学专业：应用电子技术教育导师姓名：杨宾峰完成时间：2011 年 5 月 17 日摘 要随着我国经济的快速发展和人民生活水平的提高，水环境的污染问题日益严重。全国许多小城镇没有污水处理设施 ，这不仅污染了当地水环境，影响了居民的身体健康，而且严重阻碍了经济的发展。序批式活性污泥法（简称SBR)符合中小城镇污水处理的基本要求，水处理工艺简洁易行，占地少，布局紧凑合理，节省投资，是一种先进的污水处理系统。可编程控制器是专为工业环境应用而设计的工业自动控制装置，在污水处理系统中采用PLC控制系统，可以减轻工人的劳动强度,提高污水处理的运行效率, 提高自动控制的可靠性。关键词：可编程控制器，序批式活性污泥法，污水处理，自动控制Design of Sewage Treatment System Controlled by PLCWith the rapid development of community economic & technology and the constant improvement of the level of living in our country, the pollution of water becomes more and more serious. the sewage come from industry and town living increase continuously, but the citys equipments which are used to drain sewage and dispose sewage are insufficient and some harmful substance which be not disposed were directly or indirectly pour into the river, then arose water pollution and appear to the problem about the aquatic environments pollution. While PLC has series of merits such as: mature technique, fine universal property, high reliability, flexible to install, convenient to expand, excellent cost performance, etc, which have enabled it gain a more and more widespread application in industrial control. This paper will mainly introduce the composition and function of the automatic control system in sewage treatment plants and several problems that may occur in the practical use of the system and the possible solutions to them. Since the transformation by employing PLC control system in sewage treatment, the reliability of automatic control has been advanced, which has not only reduced workers work intensity, but also improved the operational efficiency of the sewage treatment plants, thus has made the reliable administration of manufacturing in sewage treatment plants possible.Key words: PLC, Sewage treatment, SBR reaction目 录1 绪论52 系统总体设计53控制系统设计63.1 格栅除污系统63.1.1转鼓格栅除污机特点63.1.2转鼓格栅除污机工作原理73.1.3性能参数选择73.2 调节池83.3 SBR反应池83.3.1 SBR工艺简介83.3.2 曝气系统93.4 排水系统103.4 系统所需设备仪表113.3.3 参量的选择与测量124 控制系统设计124.1 PLC选型124.2 SBR控制系统流程图134.3 PLC的I/O口分配134.4 软件设计144.5 系统外部接线图155 上位机与下位机的设计155.1 上位机设计155.2 下位机设计165.3 上位机与下位机之间的通信165.3.1 PLC的通信功能165.3.2 PLC的通信协议176 通讯网络196.1 中央控制室196.2 控制分站206.3现场监测仪表207 结束语21致谢21参考文献221 绪论随着我国经济的快速发展，人民生活水平逐步提高，随之带来一系列的环境问题，特别是水环境的污染问题。我国政府对水污染的重视程度正在逐步提高，目前我国对大中城市的生活污水和工业污水己采取了一定的治理措旌，但中小城镇污水的处理情况不容乐观。全国许多小城镇没有污水处理设施 ，这不仅污染了当地水环境，影响了居民的身体健康，而且严重阻碍了经济的发展。为此，改善水环境，保护我国紧缺的水资源，成为刻不容缓的事情。序批式活性污泥法(Sequencing Batch Reactors，简称SBR)符合中小城市(镇)污水处理的基本要求，其运行条件与中小城市(镇)污水的基本特征接近。SBR工艺集调节、初沉、曝气、二沉等过程于一池，按不同的时间顺序进行不同的操作，所有过程都在一个池体内进行，不需另建二沉池，也不需专用的回流污泥泵房，使水处理工艺简洁易行，构筑物占地少，布局紧凑合理，节省投资。SBR工艺抗冲击负荷能力较强，有较好的脱氮除磷效果，是一种先进的污水处理系统。SBR工艺的这些优越性表现了其强大的生命力与广阔的应用前景。同时，SBR法本身也有一些缺点，主要表现为操作比较复杂，对自动化控制的要去较高。所以设计一套稳定可靠，节能，低成本的控制系统是十分必要的。可编程控制器是专为工业环境下应用而设计，它采用可编制程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入输出，控制各类型的机械或生产过程。是在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来的，并逐步发展成以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通讯技术融为一体的新型工业自动控制装置。为了使可编程控制器与个人计算机PC区别，通常称之为PLC。本系统构建了基于PLC的控制网络,采用PC机和PLC组成网络控制。为提高系统可靠性,用工控机作为上位机,PLC作为下位机,控制现场设备运行。PLC编程采用了一种简便实用的方式。从而实现污水处理过程的自动控制功能，同时与中央监控系统进行通信，上传数据和接受中央监控系统下发的控制命令。整个控制系统可以达到无人或少人值守的目的，大大提高污水处理的自动化水平1。2 系统总体设计污水处理系统包括格栅除污系统、曝气沉砂池系统、SBR反应池系统、污泥处理系统四部分。经过处理的水可满足回收利用的要求,实现污水的循环利用。生活污水通过粗格栅和细格栅滤除其中的悬浮物。经过粗细格栅的污水进入曝气沉砂池，进行预曝气。曝曝气沉砂池起到预曝气、沉沙、调节水量水质的作用。经过预曝气的污水进入SBR池经过缺氧、好氧等过程去磷除氮，同时调节PH值，反应后达标的污水经滗水器排出。反应过程中产生的过多的污泥不定期排出。污水处理系统的工艺流程见图1。污水格栅调节池SBR反应池排放脱水提升泵外运废渣污泥剩余污泥电动阀门图1 工艺流程图3控制系统设计3.1 格栅除污系统生活污水中往往含有很多固体悬浮物，如塑料袋、树枝木块等，如果不将它们去除将会对后续的污水处理设备造成损坏。格栅除污机主要作用是去除污水中的大块固体杂物，保护后面的设备和设施不受影响2。3.1.1转鼓格栅除污机特点（1）转鼓格栅集传统机械格栅，输送和螺旋压榨机三者功能为一的新产品。（2）设计独特，结构紧凑,占地小，经久耐用。（3）低转速，低噪音，功率小，无振动。零部件磨损小，使用寿命长。（4）可以实现全封闭运行，无异味外溢。3.1.2转鼓格栅除污机工作原理转鼓格栅机，由于它的设计结构独特，安装与众不同，废水流向成“Z”字型，所以能截留如毛发状的纤维，固体回收率可高达97。该设备的安装角与水平面成35，安装在水渠中，污水从圆筒形格栅端头流入栅内，通过侧面栅缝流出，而污水中的垃圾杂物等被圆形格栅条截住，齿形刮板以一定的转速将栅渣刮至筒内的集渣槽内，并通过上方的尼龙刷和冲洗水喷出，被清除的栅渣通过螺旋输送、挤压、脱水、运至上端排渣斗排出。驱动电机可进行时间控制，在停机时段如格栅意外堵塞，使栅前水位达设定的事故高水位时，除污机可立即开动而不受限制3。本系统设有液位报警模块，由液位计来测量明渠内的水位，当渠内的水位超过给定的界限时，报警器发出报警，同时，系统停止工作。工作人员应及时清查问题所在，当该问题解决后，系统重新投入运行。图2 格栅除污机原理3.1.3性能参数选择根据实际需求，选择GSGZ1000型格栅除污机，电机功率1.1kw。 3.2 调节池废水的水量和水质并不总是恒定均匀的，往往随着时间的推移而变化。生活污水随生活作息规律而变化，工业废水的水量水质随生产过程而变化。水量和水质的变化使得处理设备不能在最佳的工艺条件下运行，严重时甚至使设备无法工作，为此需要设置调节池，对水量和水质进行调节4。有些反应，如厌氧反应对水质、水量和冲击负荷较为敏感，而且生活污水的排放具有不定时，冲击负荷较大的特点，所以设置适当尺寸的调节池，可以保障SBR工艺的稳定运行。调节池的作用是调节污水水量、水质、pH值、水温，有预曝气作用，还可用作事故排水。最后，还应考虑把调节池放在废水处理流程的什么位置。在某些情况下，将调节池设置在一级处理之后二级处理之前可能是适宜的，这样污泥和浮渣的问题就会少一些。假如将调节池设置在一级处理之前，在设计中就必须考虑设置足够的混合设备以防止悬浮物沉淀和废水浓度的变化，有时还应曝气以防止产生气味。3.3 SBR反应池3.3.1 SBR工艺简介当水中含有大量的有机物时就会导致水质富营养化，某些浮游生物在水中爆发性繁殖，消耗水中大量的氧气，从而使水中的其他生物大量死亡。这种生长量特别巨大的浮游生物是粉红色或红褐色的，因此染红了海水，导致了赤潮。赤潮不仅给海洋环境、海洋渔业和海水养殖业造成严重危害，而且对人类健康甚至生命都有影响。一方面，赤潮引起海洋异变，局部中断海洋食物链，使海域一度成为死海；另一方面，有些赤潮生物分泌毒素，这些毒素被食物链中的某些生物摄入，如果人类再食用这些生物，则会导致中毒甚至死亡5。清除有机物通过SBR反应池完成。SBR是序列间歇式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process）的简称，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，又称序批式活性污泥法。SBR工艺具有以下优点：（1）理想的推流过程使生化反应推动力增大，效率提高，池内厌氧、好氧处于交替状态，净化效果好；（2）运行效果稳定，污水在理想的静止状态下沉淀，需要时间短、效率高，出水水质好；（3）耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用，有效抵抗水量和有机污物的冲击；（4）工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整，运行灵活；（5）处理设备少，构造简单，便于操作和维护管理；（6）反应池内存在DO、BOD5浓度梯度，有效控制活性污泥膨胀；（7）脱氮除磷，适当控制运行方式，实现好氧、缺氧、厌氧状态交替，具有有良好的脱氮除磷效果。典型的SBR系统分为进水、反应、沉淀、排水与闲置五个阶段运行(1)进水进水工序是反应池接纳污水的过程。在污水注入之前，反应器处于前一个周期的排水或闲置状态，处理后的废水已经排放，反应器内残存着高浓度的活性污泥混合液。污水注满后进行反应，从这个意义上说，反应器起到调节池的作用，因此，反应器对水质、水量的变动有一定的适应性6。(2)反应这是本工艺最主要的一道工序，当废水注入达到预定容积后，进行曝气或搅拌，以达到处理目的(如去除BOD、硝化、脱氮除磷)如通过好氧反应(曝气)进行氧化、硝化，再通过厌氧反应(搅拌)来脱氮。在本工序的后期，进入下一步沉淀工艺之前，要进行短暂的微量曝气，以吹脱污泥近旁的气泡或氮，保证沉淀过程的正常进行。(3)沉淀停止曝气和搅拌，使混合液处于静止状态，活性污泥与水分离。由于是静止沉淀，沉淀效果一般良好。本工序相当于活性污泥法连续系统的二次沉淀。(4)排水经过沉淀后产生的上清液，作为处理水排放。一直到最低水位在反应器底部的大部分活性污泥作为下个周期使用的泥种。过剩的污泥引出排放。反应器中剩余的处理水可在下个周期起到稀释作用。 （5)闲置也称待机工序，即在处理水排放后，反应器处于停滞状态，等待下一个操作周期开始的阶段。控制过程包括：充水(打开进水泵) 曝气(开启鼓风机) 沉淀 排水(开启滗水器) 从充水开始到排水结束为一个周期。在一个周期内通过曝气、停气使充氧/缺氧状态相互交替进行。在分解污水含碳化合物的同时,相继进行含氮化合物的硝化和反硝化,最终达到脱磷、脱氨和脱氮的目的7。3.3.2 曝气系统曝气可分为三种形式：限制性曝气，即进水停止后再曝气；非限制性曝气，即进水同时曝气；半限制性曝气，在进水的过程中开始曝气。采用限制性曝气方式能耗最低，冲水期末基质浓度将达到最大值。采用限制性曝气或半限制性曝气方式时，溶解氧浓度梯度大，氧传递速率大，反应速度也较快。采用非限制性曝气方式会导致好氧反应，降低基质浓度，缩短反应周期。因此当原污水中含有有毒物质时或基质浓度较高时，可采用非限制性曝气方式，以降低冲击负荷的影响；当原水比较容易降解时，可采用限制曝气和半限制曝气。本系统原水为生活污水，采用限制性曝气8。可根据脱磷除氮的要求，设置厌氧阶段，进行搅动但不曝气(搅动可使污水与反应器中的污泥充分混合，这一阶段只搅动不充氧，反应器内溶解氧DO接近于零，此时活性污泥中的菌胶团等微生物将对水中的有机物发生吸附作用)：设置缺氧阶段，搅拌加微量曝气，混合液中溶解氧小于05mgL。反应时间即曝气时间可以通过时间设定值来控制，也可通过设置在SBR反应器中的氧化还原电位检测仪或溶解氧仪给出的停止曝气的信号来控制，反应结束时，关闭鼓风机，开始进入沉淀阶段。本系统共一个SBR反应池，共设一台曝气机。曝气机的运行是由可编程序控制器来实现自动控制，在每个反应周期内，曝气机在相应的时间段内运行，并根据SBR反应池内水质调整曝气量，实现节能运行。3.4 排水系统合理控制排水不仅可充分利用反应器的有效容积，而且还是控制出水悬浮物SS的关键。若排水过多或排水速度过快，则会在排水后期出水中夹带较多的SS，从而不仅影响有机物的处理效果而且影响磷的处理效果。研究表明，如果污泥中的含磷量以6计(一般为68)，若SS升高10mgL，将使出水中磷浓度升高0.6 mgL。为控制合理的排水量，需确定合理的排水深度9。排水深度h不仅与工作深度有关，还与污泥的浓度和特性有关。在工程应用中h值一般不超过反应器总高的40。排水结束，进入闲置阶段。在闲置期，活性污泥重新进行活化，为下一个周期做准备，同时可根据污泥浓度不定期的排泥。闲置阶段的时间可长可短，也可没有，可根据废水流量大小决定闲置结束后进入下一个运行周期，开始再进水。本系统采用旋转式滗水器，它具有良好的水力机械性能，能实现滗水过程中进入出水堰的水流呈层流状态，下降速度平衡，使出水量保持不变。设备结构：旋转式滗水器由电机、减速机组成的驱动装置；蜗轮、蜗杆、丝杠组成的升降装置；四连杆机构、排水支管和总管、出水堰槽、浮筒及排渣装置、水下轴承等组成。旋转式滗水器通过驱动装置和四连杆机构将丝杠的直线升、降运动转换成出水堰及排水管的旋转运动，以滗除上清液。浮筒排渣装置在堰口前方的水上、水下和两侧形成一个无浮渣的出水区域，浮筒漂浮于水面可以自动调节与堰口之间的距离。驱动机构采用高品质电机和减速机，也可采用原装进口精密伺服马达和驱动装置。升降机构是通过蜗轮传动丝杠完成提升、下降功能的。机架和中间连杆等水上部件为碳钢焊接件表面，进行热镀锌处理。水下部件及标准件为304 不锈钢，排水支管、排水总管等经酸洗、钝化处理10。工作过程：在曝气和沉淀阶段，滗水器位于主曝气区的最高液位之上。滗水时，下降到水面以下进行排水当水位下降到最低水位，滗水器返回到初始位置。性能特点：滗水器在运行过程中实现自动变速，并且调整范围大。设备运行与水位下降保持同步，下降速度为均速。滗水时的运行速度可以根据不同的水质可选择相应的下降速度。不同于滑块升降装置，更不同于气动或液压的升降装置。出水的全过程都能阻挡水面的浮渣不进入出水堰。水下转动部件密封性能良好，密封圈使用寿命长，更换容易，确保出水水质。滗水器运行过程实行限位控制。以保护机构不受损害。驱动机构稳定可靠，耗电量小，运行费用低。3.4 系统所需设备仪表根据SBR工艺的特点，要能实现自动化控制，必须至少配置如下测量仪表：（1)液位计：液位计主要监测反应池水位的高低在污水处理中，采用超声波液位计更为合适，这样可以排除介质对测量精度的影响，因为超声波测量液位的原理是，向液体表面发射超声波，水面反射回波并被传感器所接收，传感器计算出发射至返回时间，则可通过计算得到液而至传感器的高度，从而确定液位高度，它与液体介质无关。本系统共需三个液位计，分别位于格栅前明渠内，调节池内及SBR反应池内。(2)污泥浓度计：监测污水的混浊度，以调整运行时间。(3) pH 计：监测污水的酸碱度，当污水用过大或过小时都要采取特殊措施，以防活性污泥中的微生物死亡，影响处理效果选用LP-3000C型pH计，该表解析度0.01pH，精度等级0.05pH。(4)溶解氧(DO)仪：用于测量污水中溶解氧的含量，溶解氧测量仪是污水处理的最重要的仪表之一，是调节曝气机鼓风量的重要依据。溶解氧的测定一般用薄膜法和碘量法，本次试验选用薄膜电极法。(5)ORP检测仪：用于测量污水中的氧化还原电位。可通过ORP的测定值监控系统进入除磷需要的厌氧状态和脱氮需要的缺氧状态的情况，调整控制时序，从而达到脱氮除磷的要求。(6)温度计：由于活性污泥法的机理是生化反应，温度对其反应有重要影响因此需对污水温度进行监测。可以设独立的温度传感器，也可以用复合式，即测一，温与其它仪表共用。3.3.3 参量的选择与测量污水处理过程中，溶解氧浓度DO、氧化还原电位ORP、pH值、温度是几个重要参数。溶解氧DO或氧化还原电位ORP可作为反应器中有机物降解程度的间接指标。试验研究结果表明：在SBR法反应阶段，ORP和DO这两个参数与COD浓度都有一定的相关关系，尤其当空气量恒定时，COD被降解至难降解浓度时，ORP和DO值则迅速地大幅度升高，之后很快趋于平稳，并在某一较高值的特定范围内稳定下来。ORP与DO的这些变化特点，能可靠地作为SBR反应阶段结束的信号11。而且ORP与DO检测仪的构造都较简单，价格便宜，响应迅速，便于与计算机接口因此以ORP或DO作为SBR法反应时间的控制参数，既能在进水有机物浓度无规律大幅度变化的情况下，保证其处理水水质，又能避免因曝气时间过长而浪费电能和污泥膨胀。污水在反应器中是通过微生物的净化作用达到去除有机物的目的。因微生物为好氧菌，如供氧量过少，DO过低，会使好氧菌活性下降，不利于微生物的生长，微生物难以形成易沉淀的絮体，直接影响处理效果。供氧量过大，DO过高不仅使能耗增高，增大运行费用，同时也会造成混合液絮体分散和破碎，使固液分离发生困难。因此，控制水中的含氧量是污水处理过程控制中比较关键的任务之一。Eh于溶解氧的浓度同进水水质、温度、压力、曝气重毛等有着非常密切的关系。这些外界条件发生变化时，溶解氧浓度也随之发生变化。如何控制曝气池中的溶解氧，是污水处理过程控制中自动调节系统的主要任务之一。4 控制系统设计4.1 PLC选型PLC是可编程控制器的简称，有下列优点:(1)控制程序可改变在污水厂生产工艺或流程改变的情况下，不必改变PLC的硬件设备，只要改变相应的程序就可满足用户的要求。(2)适用于工业环境，具有高可靠性PLC产品的平均无故障时间达5年以上，因而它是一种高可靠的产品，大大地提高了生产设备的工作效率。 (3)PLC功能齐全 一般PLC具有开关量及模拟量输人/输出、定时、计数、逻辑和算术运算，顺序控制，PID调节，通信等功能。除了应用于开关量控制系统外，也可用于连续的流程控制系统，从而使污水处理设备的控制水平大大提高。（4）易掌握，便于维护使用人员只需掌握工程上通用的梯形图语言就可进行用户程序的编程和调试。因此，即使不懂计算机的人，也能掌握PLC。又由于PLC具有自诊断功能，因而较容易进行维护，查找出故障原因12。由于PLC自身的高可靠性，也使其故障率几乎降至于零。正是PLC具有这么多的优点，才使越来越多的PLC应用到污水处理厂中13。本文采用日本松下电工公司的FP系列PLC，其型号位C16。PLC通过各种模块接口采样电信号；控制信号由PLC输出后以420mA电流形式送到执行机构，控制执行机构的动作。4.2 SBR控制系统流程图开启SBR反应池进水阀门关闭SBR反应池进水阀门SBR反应池达到高水位打开鼓风机关闭鼓风机曝气量达到要求沉淀开启滗水器关闭滗水器SBR反应池降至低水位沉淀达到要求图3 控制流程图4.3 PLC的I/O口分配输入设备 输出设备 启动开关SB0X0格栅除污机KM0Y0明渠高位液位计B1X1明渠高液位报警灯HL1Y1SBR池高位液位计B2X2提升泵KM2Y2SBR池低位液位计B3X3SBR池进水阀门KM3Y3停止开关SB1X4SBR池出水阀门KM4Y4X5鼓风机KM5Y5 X6滗水器KM6Y6X7 Y74.4 软件设计系统总程序设计如图4图4 总程序图4.5 系统外部接线图本系统外部接线图如图5图5 外部接线图5 上位机与下位机的设计5.1 上位机设计污水处理监控系统用于对污水站的运行状态进行集中监控，用于监控的工业控制计算机通过工业以太网与现场的PLC主站相连，上位机操作系统采用Windows XP，监控画面图形使用3DMAX制作。上位机的主要功能是对污水站数据采集和自动控制系统的控制参数进行设置，监控设备的运行及控制状态，绘制重要参数的变化曲线。当上位监控机PC启动后,首先进入了管理员登陆界面,输入正确的登陆码,进入污水处理工艺监控界面,其中包含过程工艺监控画面,控制操作画面,实时曲线画面参数设定画面,报警画面等。这些画面之间可以随意的切换。在退出系统之前,系统会询问你是否确定退出,以防止误操作。上位机软件设计。上位机为通用的工控计算机。为了更好地反映各设备的运行情况,又分别制作了调节池系统、SBR反应池系统等分画面。画面中各参数值都是根据下位机PLC的改变而改变的。工作人员通过这些画面可以随时对系统的运行参数、设备状态、各种越限报警信号,进行实时监测、处理、记录和显示。监控软件启动时首先进入主画面,可直观地显示污水处理工艺流程图,各个设备的运行状态、仪表读数都可以在主画面中显示。点击主画面中的对应的按钮,可直接切换到各个分画面系统相应的监控画面,分画面可以查阅各个仪表、传感器和阀门的参数,还可以进行上下限报警、打印报表、显示趋势曲线等设置。如“SBR反应池系统” ,在反应池和管道的敏感区安装pH计,其输出的4mA20mA标准信号进入A/D转换器,经过A/D转换后变为相应的数字信号,然后进行运算,再输出一组4mA20mA标准信号,信号反馈到上位机14。流程图上可监控各个现场数据,每个监控点均放在流程图的相应位置,可实时显示过程数据。5.2 下位机设计下位机系统软件设计。下位机采用松下FP0型PLC,可以和现场的传感器、变送器、自动化仪表相连,进行数据通信、数据处理和数据管理。根据工艺要求,PLC得电自检无误后,外部传送信号通过传感器、自动化仪表输入到PLC,当电路发生短路、断路或过载时电动机将停止,同时发出报警。通过PLC进行数据处理,PLC可根据液位信号决定设备的启停和阀门开关,以出水水质为依据采用前馈反馈控制方法,使系统在各种工况下都能够实时地、稳定地控制水质。液位、PH值等模拟量也采用闭环控制,形成多个控制回路。污水处理过程逻辑性很强,阀门和液位之间动作有很多连锁关系,将所有有连锁关系的阀门和液位的动作关系确定清楚,然后用相应的控制点形成电气连锁,即可实现工艺要求。整个软件设计为便于调试采用模块化编程,其主要包括信号获取处理、信号控制、故障模块的设计,与上位机通信的设计。控制每个设备的功能模块都编制好后,将功能模块都放在组织块中,PLC执行程序时,按顺序执行组织块中的所有功能模块,就可以实现对所有设备的自动或手动控制8。5.3 上位机与下位机之间的通信5.3.1 PLC的通信功能PLC与计算机的通信一般是通过计算机的串口实现的。根据一台计算机与PLC通信数量的不同，可分为一台计算机与一台PLC通信的1：1方式，一台计算机与多台PLC通信的1：N方式。本文采用1：N的方式9。此时，计算机使用RS-422/RS-232C适配器通过RS-422口与PLC连接，如图6所示。图6 计算机与PLC连接图5.3.2 PLC的通信协议FP系列PLC通信系统的基本协议是松下电工的专用通信协议MEWTOCOL,分为两个部分：一是关于PLC与计算机的通信协议的MEWTOCOL-COM，另一个是关于数据传送协议的MEWTOCOL-DATA15。（1）MEWTOCOL-COM通信协议发送命令帧格式通信开始先由计算机发出呼叫，呼叫信息包括一些特殊标志码、PLC站号和呼叫字符等，具体格式如图7。图7 响应帧格式PLC接到计算机的呼叫后，首先判断是不是一个完整的信息，然后检查呼叫站号是不是自己的站号，若是呼叫自己，则发送响应信息，否则不予理睬。如果正常，PLC发送下面信息，如图8。图8在数据传送期间如有错误，将由PLC发送下面信息，如图9。图9（2）MEWTOCOL-DATA协议这是应用在PLC与PLC之间或计算机之间进行数据传送的通信协议。发送命令帧格式，如图10。图10响应帧格式正确响应，如图11。图11 错误响应，如图12。图126 通讯网络该自动化系统是由中央监控管理级(工业计算机)、区域现场级(可编程逻辑控制器)、检测执行级(现场监测仪表)组成的三级计算机分散控制系统。6.1 中央控制室一般来说,中央控制室设备主要有工控计算机、工业电视监控系统、不间断供电电源、打印机、网络控制设备、大型屏幕显示设备等组成。中央控制室的功能主要是接收现场控制分站传送的各阶段工艺参数及设备状态,为生产管理提供依据;工艺管理人员按工艺要求,通过工控计算机向现场控制分站发出控制指令;另外工控计算机具备数据记录、报表打印、趋势查询、报警查询和确认等功能;工控机监控软件的操作、数据更改也在此进行;它还可与上级企业管理网络进行通讯,为上级管理单位提供生产信息等工作16。中央控制室以工控计算机为核心,采用100M交换式的计算机局域网络,通过光纤冗余环和工业以太网交换机与各控制分站相连接进行数据传输。工业电视监控系统是在中控室操作监视台上设视频控制器和监视器,可控制、切换视频图像和显示模式,通过调整安放在不同运行区域控制摄像机的方位角度,巡视或定点监视生产区域的设备运行状况和工艺调整的执行情况。6.2 控制分站控制分站由一套可编程控制器PLC、一台现场操作显示系统一台不间断供电电源UPS、分布式或远程I/O单元组成。控制分站一般根据生产工艺设备的布置区域进行设置。中小型污水处理厂一般设置2-4个控制分站。每个控制分站负责相应区域所有自动化设备的控制,控制分站的主要功能是接收现场采集的生产数据,并将生产数据通过网络上传至中央控制室,接受中央控制室发出的控制指令,完成对现场设备的控制操作。6.3现场监测仪表现场监测仪表是在工艺运行过程中在线测量、监视、显示工艺运行环节关键数据参数的自动化智能仪表,是最基层的数据采集来源17。现场监测仪表主要分为两大类:(1)反映物理参数的检测仪表,主要包括压力测量仪表、流量测量仪表、温度测量仪表、液位测量仪表。(2)反映水质状况的在线分析仪表,主要有溶解氧分析仪、酸度计、污泥浓