污水处理厂的PLC控制系统设计

/污水处理厂的PLC限制系统设计——污泥运输机的PLC程序设计1污水处理工艺流程1.1工艺流程图图1.1工艺流程详图图1.2工艺流程简图1.2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、漂移物；通过5台100KW和3台54KW的污水泵将污水提升到细格栅，将较小的漂移物去除；在沉砂池搅拌、除砂；然后进入生化池进行厌氧、耗氧处理，经沉淀池泥水分别，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1.2所示）。1.3主要设备的组成及限制方式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接受罗茨风机及小型离心风机。分散系统一般接受微孔曝气器。但必需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，以削减管路系统的造价。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，不严格限制噪音的状况。假如污水厂毗临生活小区，若接受鼓风曝气则必需建鼓风机房，同时还要有相应的降噪措施，这样状况下宜接受机械曝气方式。设备限制方式污水处理厂的设备均接受三级限制方式，即现场限制方式、MCC限制方式和微机限制方式。目前，以MCC限制为基础，PLC限制为主导的限制方式始终处于工业自动化限制领域的主战场，为各种各样的自动化限制设备供应了特殊牢靠的限制应用。其主要缘由，在于它能够为自动化限制应用供应平安牢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须要。限制系统接受“双入单出”的模糊限制器。输入量为pH值给定值和测量值的偏差e以及偏差变更率ec，输出量为向加药泵供电的变频器的输入限制电压u。限制过程为限制器定时采样pH值和pH值变更率和给定值比较，得pH值偏差e以及偏差变更率ec，并以此作为PLC限制器的输入变量，经模糊限制器输出限制变频器输出频率n，从而变更加药量使pH值保持稳定。

1.4粗格栅、细格栅、提升泵房的设备限制粗格栅、细格栅的限制分为现场限制和远程限制两种模式。远程限制模式由PLC和上位机实现，它包括微机手动和微机自动，而微机自动限制方式为：（1）水位差限制方式，通过格栅机运行液位差计的测量值用来反映格栅堵塞程度，并传输到PLC限制器，进行分析计算。当液位差超过预设的数值，限制格栅运行；（2）时间设置限制方式，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限制器的程序运算指挥MCC对格栅机进行限制。提升泵运行限制以远程限制为主。某污水处理厂有两个提升泵站，每个泵站设有一个PLC工作站和厂内主站联络（如图1.3所示）。

图1.3各子站联络图它们距污水处理厂约4～5公里。为实现进水提升泵的远程自动限制的平安、牢靠，水位测量和提升泵的流量测量和数据分析、传输、限制等设备是不行缺少的，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限制、设备爱惜、数据采样、远程数据传输等作用。依据测量值对应限制程序，自动限制提升泵的运行组合。这样可以依据厂外来水量精确刚好地调整泵运行数量，削减设备乏累；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限制砂搅拌器的自动运行通过进水电磁流量计限制，而抽砂泵的运行状态是由微机对其开、停时间的设置限制的。

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限制。

生化池好氧区的DO计、MLSS计、ORP计、空气调整阀和HV-TURBO鼓风机是污水处理的重要设备。曝气池溶解氧的限制、厌氧段和好氧段的限制、污泥浓度的限制是污水处理厂工艺的核心。该系统限制思路：PLC通过对DO的检测，自动调整空气阀的开度；当检测到空气阀的调整不能满足DO的须要时，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志向，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，实时驾驭厌氧段和好氧段、污泥浓度等状况，刚好调整工艺限制。1.6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和污泥絮凝剂按比例混合进行脱水处理的任务。污泥和溶解成确定浓度的絮凝剂混合后，污泥中的固体颗粒被凝合成絮团，并分别出自由水，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。设备的限制思路是以时序的逻辑限制为主导，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。该系统流程限制原理图（如图1.4所示）。图1.4污泥脱水系统流程限制图脱水机系统的联动限制时序：

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：限制依次和启动依次相反。时间：依据实际的运行状况，可在PLC中设置各设备联动间隔时间。1.7PLC限制系统污水处理厂自控系统遵循“集中管理，分散限制，数据共享”的原则，设计选型先进，平安牢靠，经济合理，并能保证系统长期稳定高效地运行。PLC限制系统满足污水处理厂运行管理和平安处理的要求，即生产过程自动限制和报警、自动爱惜、自动操作、自动调整、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、设备工作状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限制，确保污水处理厂的出水水质达到设计排放标准。1.7.1PLC限制系统的基本构成及功能污水处理厂PLC限制系统由两台计算机、8个现场限制站、工艺仪表、电量变送器构成。8个现场限制站用于限制现场设备、采集动态工艺参数和设备工作状况。现场限制站依据污水处理厂的实际工艺和构筑物的几何分布，设置在限制对象和信号源相对集中的几个单体中，并考虑在不影响限制功能和设备平安的前提下，尽量节约投资。本限制系统由8个现场限制站组成。它们分别位于：厂外1#泵站；厂外2#泵站；厂内中心限制室；厂内低压电房；鼓风机房（3个站）；脱水机房。0＃工作站～5＃工作站之间接受A1SJ71AR21模块通过同轴电缆通讯。1#工作站和2#工作站和厂内主工作站的距离4～5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A1SJ71UC24通信模块进行泵房设备限制和数据传输。网络限制分布图（如图1.5所示）。1.7.2污水处理厂的自控系统由环形拓扑形式（ringtopology）和星形拓扑形式(startopology)两种总线网络形式构成。1.7.3（1）限制操作：在中控室里接受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限制、对各现场限制站PLC的参数进行设定和修改，具有良好的人机交互界面，可便利地进行图形间的切换和各种功能的调用。设立不同的平安操作等级，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更过程。对全厂工艺过程、工艺参数、设备状态等通过颜色的变更直观地、动态地显示。

数据处理及管理：操作记录并显示工艺参数、电量参数的变更曲线或趋势图，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：当某一参数异样或设备故障时，可依据不同的报警类别，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，各种事务及报警实时打印。由于污水厂较小，各构筑物之间一般用渠道相连，既节约了占地，又削减了水头损失。有专家统计，接受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。对于接受SBR法的小型污水处理厂，一般将沉砂池和SBR池通过渠道相连、污泥浓缩池和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：帮助生产区（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。由于便利输配水，各构筑物接受了合建方式，在设计时应留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。图1.5全厂网络限制图多座反应池的排泥管也可接受渠道而非管道和止回阀连接的方式，这样不仅削减了设备的维护管理，而且没有阀门堵塞的问题。在小型污水处理厂内多接受类似策略，可以大大节约工程费用，便利维护管理。1.8

系统构成及其布局依据工艺特点和限制要求，本系统接受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限制，设一个总站集中分站信息并限制分站工作。具体限制分为:

(1)现地限制，设现场箱或按钮站，由“现场/遥控”转换限制状态，“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”转换限制状态，“手动”设启/停按钮，用于手动操作。

(3)分站限制，用可编程限制器和工业限制计算机系统等自控设备，自动监控所属范围运行。

(4)总站主机限制，多为计算机监控管理系统，集中分站信息，进行各种处理，并通过分站统一限制全厂运行，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。通信网络接受西门子的过程现场总线标准(Profibus)，它为分布式I/O站或驱动器等现场器件供应了高速通信所需的用户接口，以及供应了在主站间大量数据内部交换的接口通信协议接受SINECL2，该协议遵从DIN19245标准。SINECL2又分为如下子协议:L2-TF、L2-FMS、L2-DP及L2-AP。其中L2-DP遵从Profibus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，符合限制系统要求的快速性。2.污水处理中的PLC2.1概述设计范围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须要检测和限制应供应的仪表和有关的帮助装置等。2.1.2P好用性：PLC系统其目的在于满足污水厂生产限制和管理要求，在保证先进的条件下，设备和系统应符合实际要求。牢靠性：污水处理厂的生产过程要求PLC限制系统具有连续牢靠性。经济性：PLC系统的技术含量高，设备困难，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限制技术发展快速。依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，适用牢靠的原则进行设计。依据集中监测为主，分散限制为辅的基本原则，设计接受以PLC（可编程限制器）为基础的监测限制和数据采集系统（SCADA）,在中心限制室利用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接受就地独立限制。从平安生产的角度和操作人员技术驾驭程度上考虑，设立三级限制层：设备就地手动、PLC子站现场监控和中控室远程监控（如图2.1所示）。在综合楼设立中心限制室，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。在中心限制时可对主要设备实施开、停限制。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状况进行监控。中心限制室还设置了以太网交换器，和厂级管理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2.1全厂网络限制图2.2PLC在污水处理中的部分运用中心限制室图2.2流程简图在办公楼设立中心限制室，中心限制室内设有两台21”纯平高辨别率计算机操作站、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，程序可便利地通过限制网络分别下载到指定的现场限制站，以便在调试过程中随时修改程序。中心限制室可对整个分控式限制系统进行系统组态管理、系统监测、实时监测、显示、处理、限制各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2.2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。当动态显示值显示变更时，随之变更图形的数值。2.2.2限制通讯限制网络系统接受可和信息系统无缝连接、可进行三阶层通信、高速牢靠通信。PLC限制系统中心限制室和现场PLC子站之间接受最先进的限制网络，该限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。它具有灵敏的结构，安装便利，支持PLC之间及PLC和上位机之间的自动数据链接，也可运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。主要特性：通讯方法为N:N令牌环。在网络两端内藏必要的终端电阻，只需作开关设定。最大传送距离：1KM（线缆）20KM（光缆）。最大传输率：2Mbps。传送媒体方式：屏蔽双绞线或光缆。最大节点数：32或62PLC。通过网关或PLC可和其他限制网络、现场总线相连。中心限制室和厂级管理层之间接受100Mdps的以太通讯网，该网带有E-mail功能，能向mailserver发送用户自定义信息，故障信息，状态信息等，通过网关（以太网交换器）或PLC可和其他限制网络、现场总线相连。主要特性：支持TCP/IP,UDP/IP标准协议。传输率：10/100Mbps。传输协议：TCP/IP、UDP/IP、FTP。传输距离：40KM。传送媒体方式：单模光纤。通过网关或PLC可和其他限制网络、现场总线相连。为保证在供电发生意外时，系统能有足够的反应时间进行应急处理，设计上中心限制室和各子站均设有在线式不间断电源。（1）预处理PLC限制及检测部过电压爱惜装置能抑制出现在电力网络中的暂态浪涌电压和吸取暂态浪涌电压能量，在保障供电连续的条件下，保障计算机、PLC限制子站及其他主要设备免受过电压的干扰和侵害，运用电设备平安正常运行。2.2.3分现场生产过程PLC限制厂内1#预处理PLC子站位于污泥脱水间限制室内。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限制。通过网络把信号送中心限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:11DI:30DO:22粗格栅开、停限制依据超声波液位差计测得的粗格栅前后水位差值自动限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，系统转为时间限制，此时限为可调式设计，并设置上限报警。PLC系统将依据软件程序自动限制螺旋输送机、回转式粗格栅机的依次启停、运行、停车以及平安连锁爱惜，格栅机停机后延时停螺旋输送机。细格栅开、停限制细格栅24小时运行，并设置上限报警。PLC系统将依据软件程序自动限制螺旋输送机、回转式细格栅机的依次启停、运行、停车以及平安连锁爱惜，格栅机停机后延时停螺旋输送机。污水闸门限制：两台闸门依据液位手动或电动，其运行信号送入中控室监控，不参加限制。（2）BAF生物滤池PLC限制及检测部分厂内2#BAF生物滤池PLC子站位于变电所低压配电室限制室内。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限制。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，砂水分别器，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:14AO:3DI:124DO:134沉砂池和沉淀池沉砂池和沉淀池定时开/停排砂、排泥阀，砂水分别器设备限制由设备厂商自带可设定限制系统，砂水分别器应和排砂阀联锁。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也通过一系列困难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其次级生物过滤池的污水流程同第一级，但在其次级生物过滤池中可依据运行状况不曝气并削减回流比以节能。经二级生物过滤处理后的污水即干脆进入接触池消毒。第一级生物滤池按时间及水位差限制滤池的反冲洗。在该级滤池有超声波液位计，DO测定仪等国外仪表。其次级生物滤池按吸附和过滤方式运行。按时间及水位差限制滤池的反冲洗。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。依据生物滤池水位差的反锁信号限制反冲洗机组开停，依据DO测量仪所测反锁信号限制调整曝气风机的风量。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，其次级按每个周期36小时进行反冲洗。或者在一个周期内，假如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依据水质状况在反冲洗程序中为可调值。BAF生物滤池依据其优先依次逐台启动滤池的反冲洗。一、二级曝气生物滤池限制过程：反冲洗阶段依据时间设定为周期性反冲洗。依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，接着开启反冲洗鼓风机，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，再开启曝气风阀，最终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2.3所示）。图2.3BAF曝气法工艺流程图（3）污泥脱水PLC限制及检测部分厂内3#污泥PLC子站位于污泥脱水间限制室内。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限制。通过网络把信号送中心限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:4AO:3DI:30DO:24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），自带现场限制柜。该系统运行、故障信号送入PLC显示，依据储泥池液位，PLC给出设备的开、停叮嘱，运行中设备依据自带的限制程序动作，给料机组机开/停和离心脱水机。脱水后污泥螺旋输送机和皮带输送机和离心脱水机联锁，先开启螺旋输送机和皮带输送机，再开启离心脱水机，最终开启污泥泵，停运时，先停污泥泵，再停离心脱水机，最终停螺旋输送机和皮带输送机。2.2.4为了刚好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精确决策，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。化验所须要的参数。建立和外部Interner的双向连接，便于发布信息和从外部获得信息。2.3PLC设备及仪表选型为了保证监控管理限制系统的正常运行，PLC监控系统选用SIEMENS的S7—400系列产品。现场PLC限制子站是干脆监视和限制若干工艺生产过程所单元。其主要设备是：SIEMENS的S7—400系列PLC可编程限制器，直流电源，超声波液位计，电磁流量计，PH计，SS计，DO计，污泥液位测量系统。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：85～132VAC或170～264VAC。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：接受可拆卸式端子排以提高牢靠性，易于连接和修理各模块。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、实力：AC250V/DC24V，2A，快速刷新时间：0.004ms。连接方式：接受可拆卸式端子排以提高牢靠性，易于连接和修理。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：0～5V,1～5V,0～10V,-10～+10V,4～20mA。辨别率：≥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：接受可拆卸式端子排以提高牢靠性，易于连接和修理。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：0～5V,1～5V,0～10V,-10～+10V,4～20mA。辨别率：≥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：接受可拆卸式端子排以提高牢靠性，易于连接和修理。操作员面板（PT触摸屏）：显示器：TFT彩色，有效显示区域：10.4＂，触摸开关辨别率：32*24个，显示辨别率：640*480点。通讯接口：RS-422A/RS-485口RS-232C口，电源电压范围：DC20.4V～DC26.4V，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：依据开关量信号输入输出点配置继电器以隔离PLC和被测控的设备。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：精确全面反映进厂水的水质水量状况。精确全面反映出水厂的水质状况。各处理单元的出口的主要水质状况。参和限制的水质和物理参数。尽量选用国内牢靠成熟的仪表产品，以节约投资，也便利修理。对关键的现场仪表，则考虑引进国外设备。超声波液位计是非接触式测量仪表该仪表通过对超声波放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-R1A1A(1）被测介质：污水和稀污泥(2）测量范围：FDU80量程0～50m(3）输入范围：4～20mADC，负载电阻<600Ω(4）电源：220VAC50HZ(5）测量值误差：0.2%满量程辨别率：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：41/2数显(9）专用电缆：10M(10）安装支架：墙支架919792-0001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和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-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、步进电机限制器、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电室供应，中心限制室、各子供电要求，沟通电压：220VAC±10%50Hz±5%，直流电压：24V-5%～+10%。中控机房电源接受双回路电源供电，并装设防雷器和UPS，计算机不得和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限制配电回路，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，既节约了占地，又削减了水头损失。有专家统计，接受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。对于接受SBR法的小型污水处理厂，一般将沉砂池和SBR池通过渠道相连、污泥浓缩池和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：帮助生产区（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。

由于便利输配水，各构筑物接受了合建方式，在设计时应留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接受渠道而非管道和止回阀连接的方式，这样不仅削减了设备的维护管理，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接受类似策略，可以大大节约工程费用，便利维护管理。

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，有的凹凸起伏较大、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需充分考虑。

一般来讲，对于污水厂的现状状况应充分考虑，因地置宜，若厂址高差变更太大，厂区内的设计地坪也应随之调整，实行不同标高。整个全厂看来，呈台阶式布置。有条件的尽量放坡处理，不做挡墙，以节约土建投资。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，假如厂址靠近居民区，则要在总图上更要加以留意，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，而且在有条件的状况下，处理构筑物可以实行增设上部建筑或加盖的方式以削减对四周环境的影响。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2.1）表2.1主要设备序号设备名称(型号)参数1电磁隔膜计量泵（CONCEPTC1002）流量：0-2.3L/h，功率：24W，聚丙烯2电磁隔膜计量泵（CONCEPTC0223）流量：0-23L/h，功率：24W，聚丙烯3电磁隔膜计量泵（CONCEPTC0306）流量：0-6.08L/h，功率：24W，聚丙烯4循环泵（14CQ-5）流量：0-20L/min，功率：20W,扬程：5m5提升泵（15ZG0.6-10）流量：0.6m/h,扬程：1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，进而爱惜进水泵，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平安运行至关重要。

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输出去。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，系统一次设备和PLC的连接:其中配电设备通过传感器和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。2.6PLC具体配置状况依据具体状况，本监控系统的PLC分成水区PLC和泥区PLC两个分站。依据水区和泥区的监控对象的点数的多少，对PLC分别配置如下:

水区PLC配置

水区监控系统的PLC接受SIEMENS的S7-400系列。依据水区的具体要求，水区PLC总体配置如下:中心处理模块(CPU):选用CPU412;数字量输入模块(DI):选用SM421，共14块(32点/块)，处理448点输入信号;

数字量输出模块(DO):选用SM422，共5块(32点/块)，处理160点输出信号;

模拟量输入模块(AI):选用SM431;共6块(16点/块)，处理96点输入信号;

通信模块(CP):选用CP443-5,共1块为RS485接口;

接口模板(IM):选用IM460-0和IM460-0，用于PLC的扩展。

泥区PLC配置泥区监控系统的PLC接受SIEMENS的S7-400系列。依据泥区的具体要求，泥区PLC总体配置如下:

中心处理模块(CPU):选用CPU412-2;

数字量输入模块(DI):选用SM421，共15块(32点/块)。处理480点输入信号;

数字量输出模块(DO):选用SM422，共4块(32点/块)。处理128点输出信号;

模拟量输入模块(AI):选用SM431，共2块(16点/块)。处理32点输入信号;

通信模块(CP):选用CP443-5，共1块为RS485接口。系统构成及其布局依据工艺特点和限制要求，本系统接受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限制，设一个总站集中分站信息并限制分站工作。具体限制分为:

（1)现长就地手动限制，设现场箱或按钮站，由“现场/遥控”转换限制状态，“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”转换限制状态，“手动”设启/停按钮，用于手动操作。

（3)分站限制，用可编程限制器和工业限制计算机系统等自控设备，自动监控所属范围运行。

（4)总站主机限制，多为计算机监控管理系统，集中分站信息，进行各种处理，并通过分站统一限制全厂运行，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。通信网络接受西门子的过程现场总线标准(Profibus)，它为分布式I/O站或驱动器等现场器件供应了高速通信所需的用户接口，以及供应了在主站间大量数据内部交换的接口通信协议接受SINECL2，该协议遵从DIN19245标准。SINECL2又分为如下子协议:L2-TF、L2-FMS、L2-DP及L2-AP。其中L2-DP遵从Profibus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，符合限制系统要求的快速性。SIMATICS7-400简介

SIMATICS7-400系列PLC是西门子公司生产的大中型可编程序限制器，其功能强大，稳定性高，完全适合城市污水处理对可编程序限制器功能的要求。SIMATICS7-400是应用于中、高档性能范围的可编程序限制器。模块化及无风扇的设计，坚实耐用，简洁扩展和广泛的通讯实力，简洁实现的分布式结构以及用户友好的操作使SIMATICS7-400成为中、高档性能限制领域中首选的志向解决方案。用户还可以依据须要不断的进行升级可编程序限制器。

SIMATICS7-400自动化系统接受模块化设计。它所具有的模板的扩展和配置功能使其能够依据每个不同的需求灵敏组合。一个系统包括:电源模板、中心处理单元(CPU)、各种信号模板(SM)、通讯模板(CP)、功能模板(FM)、接口模板(IM)等。2.7监控系统的软件部分计算机操作系统接受MicrosoftWindows2000Professional中文版操作系统。历史数据库接受MicrosoftSQLServer2000中文版软件。上位机监控软件接受当前流行的美国GE公司的iFIX3.5组态软件来实现。

（1)操作系统软件Windows2000Professional中文版操作系统供应了一个快速、高效的多用户、多任务操作系统环境，是目前运用广泛的工控操作系统。数据库服务器接受Windows2000server中文版协作MicrosoftSQL2000运用，用来保存历史数据。各工作站均接受Windows2000Professional中文版操作系统。

（2)iFIX3.5监控软件实现了对整个系统的开关量、状态量、电量、模拟量的采集和处理，并显示在主工作站的界面上;对一些污水处理厂重要的物理量如各个进水泵的电流、频率、出口压力等都实时显示在主工作站的主界面上，便于调度员刚好驾驭系统的运行状况。

（3)数据库软件数据库服务器上安装MicrosoftSQL2000中文版，用来储存整个电站重要的历史数据，通过iFIX3.5和MicrosoftSQL2000的通讯来读取历史数据。单独设计一个数据库服务器可以避开因为系统局部故障导致历史数据丢失现象的发生。

（4)STEP7可以利用IEC-1131标准中八种编程语言中的六种(STL、LAD、FBD、CFC、SFC和SCL)进行编程。本系统利用STEP7对西门子可编程序限制器进行配置、编程。

（5)SIX利用SIMATICS7-400在iFIX3.5中驱动程序，可以在iFIX3.5数据库中配置PLC的DI、DO、AI和DB等模块和中间继电器的地址支配。3PLC设计3.1PLC简介利用可编程序限制器（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，除把牢靠性、环境适应性放在首位外，还要依据具体应用场合尽量选用合适的可编程序限制器。关于可编程限制器选型的一般原则可从以下几方面考虑：(1)明确限制对象要求。本系统要求改善信息管理，把PLC和上位微机的通讯实力远程I/O和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，和上位机的通讯也将增加服务时间。(2)功能选择要依据不同的限制对象确定。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和被控对象之间的接口，模块选择得当否干脆影响限制系统的牢靠性。(4)存储器类型及其容量选择。小型PLC作为单机小规模限制运用时，由于工艺简洁、程序固定，多数运用EPROM或EPROM加RAM。对于中、大规模的PLC，往往用于工艺比较困难，且多变的场合，程序变更较多，因此一般都运用CMOSRAM存储器，且有后备电池，以便关机时保存存储信息。依据限制规模和应用目的，我们按下列公式进行估算：（1）代替继电器M＝Km［（10×DI）＋（5×DO）］（2）模拟量限制M＝Km［（10×DI）＋（5×DO）＋（100×AI）］（3）多路采样限制M＝Km｛［（10×DI）＋（5×DO）＋（100×AI）］＋（1+采样点×0．25）｝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运用容量。5、限制系统结构和方式的选择。用PLC构成的限制系统有集中限制、远程I/O限制和分布式限制等三种方式。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运用的，如调制解调器等。3.2PLC构成的限制系统在厂区电气自控的总体设计上，应在允许的条件下，提高污水处理厂的自动化程度。尽量做到无人值守。因为，尽管污水厂较小，假如没有自动化程度较高的自控系统，往往须要按岗定员，这样3000-20000吨/日的污水处理厂也须要10-30人。事实上，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。在条件允许的状况下，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，也有着和大型污水处理厂不同的特点。各处理构筑物的电气和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。在某些状况下，全厂的电缆沟可以借助某个构筑物实现。一般来讲，配电和信号传输从帮助处理单元（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，做为管道和电缆的通道，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。这样既便利了总图的布置，又节约的工程造价。PLC构成的限制系统流程图（如图3.1所示）：图3.1PLC构成的限制系统设计步骤此种设计方法和常用的继电器限制逻辑设计比较，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。

我们接受一台PLC限制多台监测仪器的集中限制系统。该系统用于监测对象（仪器）所处的地理位置比较接近，且相互之间有确定联系的场合（如图3.2所示）。图3.2集中限制系统该系统接受的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，它和继电器触点适当留有余量。同时要留意尽可能简化I/O点数来降低成本。

用PLC构成的监测限制系统，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，必需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、预警报信号监测和报警输出等，并通过各种传感变送器和传感器连接。PLC作为一种限制设备，用它单独构成一个监测系统是有局限性的，主要是无法进行困难运算，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、处理和输出，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。假如增设上部建筑，可接受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调带。既和罩棚相呼应，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，在可能的状况下，在盖板上可填300-500mm的土，种植绿化，增加全厂的绿化面积。这种处理方法特殊适用于需接受自重抗浮的状况。

两种方法比较各有优缺点，接受阳光板或压形钢板拱形罩棚的方法，外形美观，管理便利，但为了日常的检修，往往须要增加吊车，另外，接受这种圆拱顶应留意在寒冷地区冬季结露的问题；其次种方案造价较省，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。接受传统SBR处理工艺，具有占地省，处理效果牢靠，自动化程度高等优点。（2）各处理构筑物布置紧凑。沉砂池（3）接受旋流沉砂池，和三座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（5）和脱水机房（6）合建组成。全厂占地面积仅为0.34公顷，但并不显拥挤。

（3）处理厂离居民区较近（离最近的居民楼仅10米），故设计应用了大量的环保措施和手段，使污水厂对四周环境的影响降低到最小程度：接受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（依据不同构筑物接受不同换气次数），进行土壤生物除臭。系统的设计步骤（如图3.3所示）：图3.3系统的设计步骤3.3限制软件PLC梯形图所用逻辑符号和继电器、接触器系统原理图的相应符号极其相像，人们能快速熟悉该种编程语言。一般设计梯形图程序大都接受继电器系统电路图的设计方法。对于困难的系统，在梯形图设计中接受大量的中间单元来完成记忆、联锁、互锁等功能，由于须要考虑的问题较多，分析起来特殊困难，并且很简洁遗漏一些该考虑的问题，且修改和阅读也很困难。依据功能图表设计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。

我们在课题探讨中下位机PLC接受梯形图来编制程序。

下位PLC软件用来实现数据采集、脉冲计数转换、限值逻辑推断及声光报警输出、通信数据格式的转换。

数据通讯和分别模块完成PLC和微机间数据和叮嘱的双向传送，并将得到的数据按系统要求的格式分别成系统变量。

显示模块将实时数据显示在屏幕上，以图形或表格形式分屏循环显示。在手动方式下可固定监视画面并可显示历史趋势图等。

定时存贮模块按每特殊钟将实时数据存贮到相应的数据库中，每天整理一次历史数据。

系统维护模块可用来修改定值参数、口令及限值等。

报警模块不论软件工作在何种方式下，一旦出现超值，系统确认后并发出报警，屏幕上显示报警内容和地点，以便实行措施。

为提高PLC及系统的抗干扰实力，在硬件配置和安装上，沟通电源运用双层隔离，输入信号光电隔离，远离强电布线，模拟量信号和脉冲信号接受屏蔽线传递，接受放射性一点接地等措施，消退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。

系统从起先到运行的流程如下：首先把CPU的动作方式设定为STOP方式，（不在STOP方式时如图3.4所示）图3.4方式设定在在线方式下，CPU处于STOP或TEST—STOP方式时可进行编程。在显示程序时可进行编程。平常，显示叮嘱语不显示程序地址，必要时，用该键显示程序地址。编程器S-20P即使不和SZ-4CPU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子站的限制程序进行设计3.4.1对5#PLC子站皮带运输机的限制程序设计原料从料斗经过PD1、PD2两台皮带运输机送出；由电磁阀M0限制从料斗向PD1供料；PD1、PD2分别由电动机M1和M2限制（如图3.6所示）。图3.6原料皮带运输机示意图（1）限制要求初始状态料斗、皮带PD1和皮带PD2全部处于关闭状态。启动操作启动时为了避开在前段运输皮带上造成物料积累，要求逆送料方向按确定的时间间隔依次启动。其操作步骤为：皮带PD2→延时5s→皮带PD1→延时5s→料斗M0停止操作停止时为了使运输机皮带上不留剩余物料，要求顺物料流淌的方向按确定的时间间隔依次停止。其停止的依次为：料斗→延时10s→皮带PD1→延时10→皮带PD2故障停车在皮带运输机的运行中：若皮带PD1过载,应把料斗和皮带PD1同时关闭，皮带PD2应在皮带PD1停止10s后停止。若皮带PD2过载，应把皮带PD1、皮带PD2（M1、M2）和料斗M0都关闭。要求接受FX系列PLC实现限制。（2）I/O地址支配输入地址输出地址启动按钮X000M0料斗限制Y000停止按钮X001M1接触器Y001M1热继电器X003M2接触器Y002M2热继电器X004常规活性污泥法

AB两段活性污泥法

A／O（厌氧、缺氧、好氧）工艺组合活性污泥法

氧化沟活性污泥法及其各种变形工艺

序批式活性污泥法（SBR）及其各种变形工艺

高负荷活性污泥法一级强化处理工艺

生物滤池生物膜法

曝气生物滤池（BAF）生物膜法

A／O（厌氧、缺氧、好氧）工艺组合生物膜法

A／O（厌氧、缺氧、好氧）工艺组合活性污泥———生物膜复合法

微絮凝———过滤———消毒法深度处理工艺

微絮凝———过滤———微滤膜———消毒法深度处理工艺

过滤———超滤膜———消毒法深度处理工艺

过滤———微滤———反渗透膜法深度处理工艺

（3)程序设计用步控指令依据皮带运输机限制要求设计的功能图（如图3.7所示）：（转下页）图3.7皮带运输机的PLC功能图皮带运输机的PLC梯形图（如图3.8所示）图3.8皮带运输机的PLC梯形图3.6PLC设计小结PLC限制系统具有以下几方面特点：选用先进的限制设备，系统的实时性好，牢靠性高，数据处理速度快；接受环网分布式限制结构，