污水处理厂的PLC控制系统

1、一、 题目：污水处理厂的PLC控制系统设计二、 指导思想和目的：通过毕业设计，培养学生综合运用所学的知识和技能解决问题的本领，巩固和加深对所学知识的理解；培养学生调查研究的习惯和工作能力；培养学生建立正确的设计和科学研究的思想，树立实事求是、严肃认真的科学工作态度。三、 设计任务或主要技术指标：1）：对PLC可编程控制器的认识2）：PLC主站与分站的连接3）：用PLC自动控制调速四、 设计进度与要求：第一二周：对PLC可编程控制器的认识第三四周：污水处理厂的PLC控制系统的发展简介第五六周：污水处理厂的PLC控制系统的结构及原理第七八周：报告的总结和答辩。五、 主要参考书及参考资料：1肖清、王

2、中锋.西门子PLC课程设计指导书.20092李正熙等.电力拖动自动控制系统.北京：冶金工业出版社，19973康华光. 电子技术基础.高等教育出版社.20054王兆安等.电力电子技术.北京：机械工业出版社 ，20035胡寿松等.自动控制原理.北京：科学出版社，20046孙亮等.自动控制原理.北京：北京工业大学出版社，2001摘 要本文主要介绍了 PLC在城市污水处理中的具体应用，系统介绍了城市污水处理工艺流程以及PLC的污水处理实施方案，介绍了城市污水处理厂监空系统数据采集的方法。为了提高污水处理厂的运行管理水平， PLC是该系统的重要组成单元，各单元按一定拓扑结构互连构成污水处理厂的控制系统。

3、研究结果表明，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。结合某污水处理厂自动化控制系统的运行情况，介绍污水处理厂的设备组成、自动化控制方式和PLC各工作站的功能、网络构成在污水处理中的应用，总结自动化控制系统对提高生产效率、减少现场操作人员、提高安全性发挥的良好效果。关键词：电梯；PLC；传感器；污水处理目 录1.污水处理工艺流程的简介11.1工艺流程图11.2 对工艺流程的阐述21.3 主要设备的组成及控制方式31.4粗格栅、细格栅、提升泵房的设备控制31.5 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41.6 脱水机房4

4、1.7 PLC控制系统51.7.1 PLC控制系统的基本构成及功能51.7.2 网络结构61.7.3 上位机组态功能61.8  系统构成及其布局72 污水处理中的PLC82.1 概述82.1.1 PLC设计综述82.2 PLC在污水处理中的部分运用9中央控制室92.2.2 控制网络系统92.2.3 分现场生产过程PLC控制系统102.2.4 厂级管理PLC系统122.3 PLC设备及仪表选型132.4 仪表的动力要求162.5主要PLC设备表及其说明163 PLC设计183.1 PLC简介183.2 PLC构成的控制系统183.3 控制软件223.4 对污水处理系统中两个PLC子站的

5、控制程序进行设计23对5#PLC子站皮带运输机的控制程序设计233.5 PLC设计小结27总 结28致 谢29参考文献301.污水处理工艺流程的简介在我国，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，1-10m3万为中型污水处理厂，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

6、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工艺流程图可编程控制器（Programmable Logic C

7、ontroller）简称PLC或PC，在现代工业控制中占有重要地位。本文对其基础知识进行简要介绍。可编程控制器（Programmable Logic Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制器应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。首先从厂外污水泵站提升到污水处理厂的污水

8、，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1所示）图11.2 对工艺流程的阐述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

9、；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所示）。图21.3 主要设备的组成及控制方式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

10、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。如果污水厂毗临生活小区，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1）表1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。1.4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

11、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INTERACT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所示）。图3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

12、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、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。1.5 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

13、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。1.6

14、 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4所示）。 图4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

15、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。1.7 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。1.7.1 PLC控制系统的基本构成及功能 污水处理厂PL

16、C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过调制解调器和A1SJ7

17、1UC24通信模块进行泵房设备控制和数据传输。 网络结构污水处理厂的自控系统由环形拓扑形式（ring topology）和星形拓扑形式(startop ology)两种总线网络形式构成。 上位机组态功能 （1）控制操作：在中控室里采用2台IBM90和INTERACT组态软件开发的工控程序能对全厂和2个污水提升泵站的被控设备进行控制、对各现场控制站PLC的参数进行设定和修改，具有良好的人机交互界面，可方便地进行图形间的切换和各种功能的调用。设立不同的安全操作等级，针对不同的操作者，设置相应的加密等级，记录操作员及其操作信息。 （2）显示功能：用设计方法生成图形，实时地、集中地显示被测参数所处的变

18、化过程。对全厂工艺过程、工艺参数、设备状态等通过颜色的变化直观地、动态地显示。 数据处理及管理：操作记录并显示工艺参数、电量参数的变化曲线或趋势图，利用在线数据和数据库的数据进行分析、统计、计算、显示。 报警功能：当某一参数异常或设备故障时，可根据不同的报警类别，发出声光报警、屏幕报警。 （3）报表功能：分成年度、月度、日班报表及运行参数报表。如：污水处理量、加药量、耗电量等。（4）打印功能：各种报表的打印，各种事件及报警实时打印。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S

19、BR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5。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。图51.8

20、0; 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

21、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。2 污水处理中的PLC2.1 概述设计包括厂界内预处理处理、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。2.1.1 PLC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

22、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6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

23、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。图62.2 PLC在污水处理中的部分运用 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21”纯平高分辨率计算机操作站、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

24、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。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。 控制网络系统通讯控制网络系统采用可与信息系统无缝连接、可进行三阶层通信、高速可靠通信。PLC控制系统中央控制室与现场PLC子站之间采用最先进的控制网络，该控制网是一种最现代化的开放网络，已成为工业PLC领域的标准网络。

25、它具有灵活的结构，安装方便，支持PLC之间及PLC和上位机之间的自动数据链接，也可使用信息服务进行可编程的数据传送，可得到大容量、柔性数据链接及大容量的数据传送，对应低成本的通信系统。其通讯介质选屏蔽双绞线。通讯速率可达2Mbps，保证数据高速确定地传输。 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

26、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

27、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。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

28、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。

29、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。一、二级曝气生物滤池控制过程： 反冲洗阶段根

30、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。当反冲洗阶段结束后，先开启进水阀，后开启曝气鼓风机，再

31、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8所示）。格栅集水井1#反应池2#反应池3#反应池污水泵出水鼓风机图8（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

32、，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。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。 厂级管理PLC系统为了及时地对来自污水处理现场的

33、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。2.3 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S7400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

34、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/kI/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

35、，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

36、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

37、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

38、.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-2211PH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

39、器的手动清洗头，德国E+H公司。型号： 传感器 CPS11-2AA2TSA 变送器 CPM253-PR0010SS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-A02.4 仪表的动力要求和相应的配

40、电室提供，中央控制室、各子供电要求，交流电压：220VAC±10% 50Hz±5%，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。2.5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。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。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

41、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2 ）。表2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

42、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。3 PLC设计3.1 PLC简介利用可编程序控制器（PLC）组成远程自动监测系统时，首先遇到的是PLC的选型问题。在选用PLC时，除把可靠

43、性、环境适应性放在首位外，还要根据具体应用场合尽量选用合适的可编程序控制器。关于可编程控制器选型的一般原则可从以下几方面考虑：1、明确控制对象要求。本系统要求改善信息管理，把PLC与上位微机的通讯能力远程I/O与微机通讯方式和手段作为选择的依据。PLC响应时间的影响因素有：输入信息时，CPU读解用户逻辑网络时间和输出时间。PLC的实时响应性还受到系统中最慢仪器的限制，与上位机的通讯也将增加服务时间。2、功能选择要根据不同的控制对象确定。具体有：替代继电器、数学运算、数据传递、矩阵功能、高级功能、诊断功能以及串行接口。3、输入输出模块选择。输入/输出模块是PLC与被控对象之间的接口，模块选择得当

44、否直接影响控制系统的可靠性。4、存储器类型及其容量选择。小型PLC作为单机小规模控制使用时，由于工艺简单、程序固定，多数使用EPROM或EPROM加RAM。对于中、大规模的PLC，往往用于工艺比较复杂，且多变的场合，程序改变较多，因此一般都使用CMOSRAM存储器，且有后备电池，以便关机时保存存储信息。根据控制规模和应用目的，我们按下列公式进行估算：（1）代替继电器MKm（10×DI）（5×DO）（2）模拟量控制MKm（10×DI）（5×DO）（100×AI）（3）多路采样控制MKm（10×DI）（5×DO）（100

45、5;AI）（1+采样点×025）式中DI为数字（开关）量输入信号；DO为数字（开关）量输出集中；AI为模拟量输入信号；Km为每个节点所占存储器字节数；M为存储器容量。我们还可在编完程序以后精确地计算出存储器实际使用容量。5、控制系统结构和方式的选择。用PLC构成的控制系统有集中控制、远程I/O控制和分布式控制等三种方式。6、支持技术条件。在选用PLC时，有无支持技术条件也是重要的选择依据。支持技术条件主要有：编程手段、程序文本处理、程序贮存方式和通讯软件包。通讯软件包往往是和通讯硬件一起使用的，如调制解调器等。3.2 PLC构成的控制系统在厂区电气自控的总体设计上，应在允许的条件下，

46、提高污水处理厂的自动化程度。尽量做到无人值守。这一点对减少小型污水处理厂的单方经营成本有很重要的意 义。因为，尽管污水厂较小，如果没有自动化程度较高的自控系统，往往需要按岗定员，这样3000-20000吨/日的污水处理厂也需要10-30人。实际 上，对于规模稍大的污水厂，定员也不过如此，所以相对人力成本很高。在条件允许的情况下，尽量提高污水厂的自动化程度。有条件时，还可在反应池等重要地方 安装摄像头，以监视污水厂的运行状况。在电缆布置上，也有着与大型污水处理厂不同的特点。各处理构筑物的电气与信号电缆的铺设应尽量结合构筑 物上的管沟和渠道，从整体效果来看，整个处理构筑物表面看不到任何电缆和管线的

47、敷设，只有走道板及盖镀锌钢格板的管沟，既美观又便于维护管理。在某些情况 下，全厂的电缆沟可以借助某个构筑物实现。一般来讲，配电与信号传输从辅助处理单元（包括办公及变配电）要到水处理和泥处理单元，无论是先经过哪个处理单 元，都可以在处理构筑物的侧壁上向池内挑出管沟，做为管道与电缆的通道，服务于本处理单元的同时，又可使电力和信号到达另一个处理单元。这样既方便了总图 的布置，又节省的工程造价。PLC构成的控制系统流程图（如图9所示）：图9 PLC构成的控制系统设计步骤此种设计方法与常用的继电器控制逻辑设计比较，组件的选择代替了原来的部件选择，程序设计代替了原来的硬件设计。我们采用一台PLC控制多台监

48、测仪器的集中控制系统。该系统用于监测对象（仪器）所处的地理位置比较接近，且相互之间有一定联系的场合（如图10所示）。 图10 集中控制系统该系统采用的PLC（SZ-4）模块是：8点DC12/24输入模块Z-8ND18点集电极开路输出模块Z-8TD14通道12位模拟量输入模块Z-4AD1SZ毓CPU模块（2端口通讯、CCM协议、从机功能）以及S-20P指令编程器、S-10D通用操作面板等。I/O点数是指要求PLC能够输入输出开关量、模拟量总的个数，它与继电器触点适当留有余量。同时要注意尽可能简化I/O点数来降低成本。用PLC构成的监测控制系统，有自动、半自动和手动三种运行方式。在进行完总体设计以

49、及具体的硬件系统设计和软件系统设计后，除要分别对其进行调试外，必须对整个系统进行联合调试和试运行，反复进行硬件系统和软件系统的修改调整，使整个系统全部投入正常工作为止。PLC在监测系统中要完成信号实时采样、脉冲量累计、预警报信号监测与报警输 出等，并通过各种传感变送器与传感器连接。PLC作为一种控制设备，用它单独构成一个监测系统是有局限性的，主要是无法进行复杂运算，无法显示各种实时图形和保存大量历史数据，也不能显示汉字和打印汉字报表，没有良好的界面。这些不足，我们选用上位微机来弥补。上位微机完成监测数据的存贮、处理与输出，以图形或表格形式对现场进行动态模拟显示、分析限值或警报信息，驱动打印机实

50、时打印各种图表。对于环保要求较严格的污水处理厂，可考虑在处理构筑物增设上部建筑或加盖的方式，以隔绝臭气。如果增设上部建筑，可采用透光阳光板或彩色压型钢板的罩棚， 外形做成圆拱形。其特点外形美观，视觉效果好，设备设在室内，便于维护管理。在高出地面的池子部分，做成天蓝色或湖绿色彩带。既与罩棚相呼应，又减弱了纯 构筑物的僵硬、呆板。阳光板的造价大约为300元/平米左右。而压型板则较低，仅为100元/平米左右。构筑物上部加盖的方式，是在其上设混凝土盖板，在可能的情况下，在盖板上可填300-500mm的土，种植绿化，增加全厂的绿化面积。这种处理办法特别适用于需采用自重抗浮的情况。 两种方法比较各有优缺点

51、，采用阳光板或压形钢板拱形罩棚的办法，外形美观，管理方便，但为了日常的检修，往往需要增加吊车，另外，采用这种圆拱顶应注意 在严寒地区冬季结露的问题；第二种方案造价较省，但需在混凝土盖板上开孔，以便池内设备的安装及维护管理。另外由于上部加了混凝土盖，对于表曝机不太适合。（1）采用传统SBR处理工艺，具有占地省，处理效果可靠，自动化程度高等优点。（2）各处理构筑物布置紧凑，如图2所示：沉砂池 （3）采用旋流沉砂池，与三座SBR池合建，由SBR池中间的渠道给三座SBR配水。泥处理单元由浓缩池（4）与脱水机房合建组成。全厂占地面积仅为0.34公顷，但并不显拥挤。（5）处理厂离居民区较近（离最近的居民楼

52、仅10米），故设计应用了大量的环保措施和手段，使污水厂对周围环境的影响降低到最小程度：采用潜水射流曝气 机代替常用的鼓风曝气方式，最大限度的降低噪声；全部处理构筑物加混凝土盖板或设上部建筑，将构筑物内的臭气进行统一收集（根据不同构筑物采用不同换气次 数），进行土壤生物除臭。系统的设计步骤（如图11所示）： 图11 系统的设计步骤3.3 控制软件PLC梯形图所用逻辑符号与继电器、接触器系统原理图的相应符号极其相似，人们能迅速熟悉该种编程语言。一般设计梯形图程序大都采用继电器系统电路图的设计方法。对于复杂的系统，在梯形图设计中采用大量的中间单元来完成记忆、联锁、互锁等功能，由于需要考虑的问题较多，

53、分析起来非常困难，并且很容易遗漏一些该考虑的问题，且修改和阅读也很困难。根据功能图表设计PLC的梯形图程序，可以有效地解决以上问题，达到事半功倍的效果。我们在课题研究中下位机PLC采用梯形图来编制程序。为提高PLC及系统的抗干扰能力，在硬件配置与安装上，交流电源使用双层隔离，输入信号光电隔离，远离强电布线，模拟量信号和脉冲信号采用屏蔽线传递，采用放射性一点接地等措施，消除或减弱共模和瞬变干扰。在软件设计和编程上，加上一些抗干扰模块。系统从开始到运行的流程如下：首先把CPU的动作方式设定为STOP方式，（不在STOP方式时如图12所示） 图12 方式设定S20P的操作和显示在在线方式下，CPU处于STOP或TESTSTOP方式时可进行编程。 在显示程序时可进行编程。 平时，显示命令语不显示程序地址，必要时，用该键显示程序地址 S20P操作次序编程器S-20P即使不和SZ-4 CPU模块连接，也可进行编程（离线编程）。在S-20P上编程时，通常是要连在CPU模块上进行（在线编程）。3.4 对污水处理系统中两个PLC子站的控制程序进行设计对5#PLC子站皮带运输机的控制程序设计 图13原料从料斗经过PD1、PD2两台皮带运输机送出；由电磁阀M0控制从料斗向PD1供料；PD1、PD2分别由电动机M1和M2控制（如图13所示）。（1）