【正文】 態(tài)平衡當(dāng)中的，操作人員通過(guò)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn) DO偏低（或偏高），并通過(guò)調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)葉輪轉(zhuǎn)速或者鼓風(fēng)機(jī)數(shù)量來(lái)增加或減 少曝氣量，在此過(guò)程中， DO值檢測(cè)與鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)節(jié)之間的滯后可能會(huì)導(dǎo)致鼓風(fēng)機(jī)無(wú)法準(zhǔn)確的根據(jù)好氧池中實(shí)際溶解氧的濃度來(lái)提供曝氣量，難以真正達(dá)到節(jié)能的目的。 5 監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 從監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)來(lái)講，目前國(guó)內(nèi)污水廠的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通常采用以下幾種常用形式： [4] 1． SCADA系統(tǒng) SCADA(Supervisory Control And Data Acquistition)系統(tǒng)，即監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過(guò)程控制與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，它可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號(hào)報(bào)警等各項(xiàng)功能。 2． DCS系統(tǒng) DCS(Distributed Control System)集散控制系統(tǒng)，又名分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，是由計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、測(cè)量控制技術(shù)、通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、CRT技術(shù)、圖形顯示技術(shù)及人機(jī)接口技術(shù)相互滲透發(fā)展而產(chǎn)生的。能提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平和管理水平。 （ 3） 有較好的擴(kuò)展能力。 （ 6） 應(yīng)用軟件的編程工作量大，對(duì)開發(fā)和維護(hù)人員要求高，開發(fā)周期較長(zhǎng)。開發(fā)方便，應(yīng)用也 非常靈活。 （ 3） 編程方便、開發(fā)周期短、維護(hù)簡(jiǎn)易。當(dāng)前國(guó)際上具有代表性的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與產(chǎn)品是 EIA－ RS一 485總線、 PROFIBUS， CANBUS與LONWORKS等。 （ 2） 響應(yīng)時(shí)間較快，實(shí)時(shí)性較好。 以上網(wǎng)種系統(tǒng)各有優(yōu)缺點(diǎn)，后三種在目前的工業(yè)中獲得了較多的運(yùn)用。 從國(guó)內(nèi)污水處理自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展來(lái)看，在設(shè)計(jì)中應(yīng)重視以下問(wèn)題： 1． 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該依據(jù)污水廠的規(guī)模、工藝復(fù)雜程度合理地選擇控制系統(tǒng)。特別是一些重要的工藝環(huán)節(jié)如絮凝加藥、泵站調(diào)度、 鼓風(fēng)機(jī)曝氣量控制、 二次生化 處理 等采用先進(jìn)的檢測(cè)儀器和智能化的控制方式，不僅可以提高處理效果，而且可以獲得明顯的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)污水廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行意義重大。但自控系統(tǒng)、儀表、執(zhí)行設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化 和系列化將迅猛發(fā)展 ， 而且一些進(jìn)口 設(shè)備在軟、硬 件上出現(xiàn)問(wèn)題造成系統(tǒng)無(wú)法運(yùn)行的情況也時(shí)有 發(fā)生，特別是備品、備件和軟件接口問(wèn)題困擾著不少污水處理廠，因此應(yīng)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)開發(fā)國(guó)產(chǎn)軟、硬件 設(shè)備， 開發(fā)在線式連續(xù)測(cè)量的 COD儀、 TOC儀、氨氮儀、污泥濃度儀、沼氣流 量計(jì)， 改善溶解氧儀、 pH儀、水位計(jì)在污水環(huán)境中的運(yùn)行性能。 第 3章和第 4章設(shè)計(jì)了污水處理控制系統(tǒng)。 8 第 2 章 污水處理 工藝 方案設(shè)計(jì) 污水來(lái)源 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)面向 的對(duì)象主要為城市工業(yè)及生活污水。目前來(lái)看， 以控制富營(yíng)養(yǎng)化為目的的氮、磷脫除已成為城市污水處理的主要目標(biāo)。因此一個(gè)污水處理廠的工藝選擇應(yīng)根據(jù)污水量、污水水質(zhì)和排放標(biāo)準(zhǔn)，在考慮經(jīng)濟(jì)條件和管理水平的前提下，選用安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、節(jié)能、運(yùn)行費(fèi)用低、投資省、操作管理方便的成熟工藝。該方法具有投資少的特點(diǎn)。下面介紹工藝流程中各部分的作用。污水通過(guò)粗格柵進(jìn)入提升泵房，由提升泵提升污水，經(jīng)過(guò)細(xì)格柵達(dá)到最高點(diǎn)，滿足后續(xù)處理設(shè)施的水力要求。主要由氧化溝溝體、曝氣設(shè)備、進(jìn)出口設(shè)施及濁度儀、溶氧儀和液位計(jì)等等。在生物選擇池中，將配水井配送過(guò)來(lái)的污水與回流泵房按照 1:1的回流比回流的活性污泥進(jìn)行混合，對(duì)污水進(jìn)行預(yù)反應(yīng)，利用高有機(jī)負(fù)荷選菌種抑制絲狀菌的增長(zhǎng)。它是世界各國(guó)應(yīng)用最廣的一種生物處理流程。曝氣池是一個(gè)生物反應(yīng)器，通過(guò)曝氣設(shè)備充入空氣。沉淀池中的污泥大部分回流，稱為回流污泥。 活性污泥法有很多種，如普通活性污泥法，完全混合活性污泥法， AB兩段活性污泥法，厭氧 好氧活性污泥法（生物除磷），缺氧 好氧活性污泥法（生物脫氮），序批式活性污泥法（ SBR,CAST,CASS,UNITANK），氧化溝活性污泥法等。該工藝對(duì)污染物去除的強(qiáng) 化作用 11 主要包括污泥的絮凝、吸附和生物代謝三種，以前兩者的作用為主。該工藝是適用于環(huán)境狀況亟待改善而經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的一種實(shí)用技術(shù)。在水污染日益嚴(yán)重的今天，人們?nèi)找嬲J(rèn)識(shí)到微生物是我們凈化自身生存空間的重要武器，尤其是在污水處理系統(tǒng)中，構(gòu)建的基因工程菌將發(fā)揮出它巨大的潛力。然而，活性污泥中所含的微生物群落才是降解氮、磷等有機(jī)物的關(guān)鍵因子，是活性污泥法的核心。人工濕地的微生物，如細(xì)菌、真菌、放線菌極為豐富，為污水處理系統(tǒng)提供了大量有機(jī)污染物分解者，在系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中細(xì)菌和真菌的生命活動(dòng)均很旺盛 ，所以它又很高的凈化效率。 4． 污水生物處理系統(tǒng)種的光合細(xì)菌 光合細(xì)菌能利用光能進(jìn)行光合作用而生長(zhǎng)發(fā)育，并且分布極廣，幾乎在所有光 能可利用的地方均可發(fā)現(xiàn)。下面根據(jù)污水處理的工藝方案，進(jìn)行污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。其中，“生產(chǎn)過(guò)程”包括斷續(xù)生產(chǎn)過(guò)程和連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程兩類。它必須滿足現(xiàn)代工業(yè)過(guò)程測(cè)量和控制系統(tǒng)的全部要求，即具有高度的靈活性與適用性。各種總線，不論其應(yīng)用于什么領(lǐng)域，每個(gè)總線協(xié)議都有一套軟件、硬件的支撐，能夠形成系統(tǒng)，形成產(chǎn)品。標(biāo)準(zhǔn)化的現(xiàn)場(chǎng)總線具有“開放”的通信接口、“ 透明”的通信協(xié)議，允許用戶選用不同制造商生產(chǎn)的分散 I/O裝置和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。 傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)是個(gè)自我封閉的系統(tǒng)，一般只能通過(guò)工作站的串口或并口 對(duì)外通訊。用戶可按自己的需要和對(duì)象把來(lái)自不同供應(yīng)商的產(chǎn)品組成大小隨意的系統(tǒng)。 3． 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化與功能自治性 傳統(tǒng)的 DCS至少要有操作站、控制站和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備三層結(jié)構(gòu)，它的信號(hào)傳遞是模擬信號(hào)的單向傳遞，信號(hào)在傳遞過(guò)程中產(chǎn)生的誤差較大，另外系統(tǒng)難以迅速判斷故障而帶故障運(yùn)行。 5． 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性 現(xiàn)場(chǎng)總線作為工廠底層網(wǎng)絡(luò)工作在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備前端，是專為在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境工作而設(shè)計(jì)的，它可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，能采用兩線制實(shí)現(xiàn)送電與通信，并可滿足本質(zhì)安全防爆要求等。 PNO不斷推進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)總線的標(biāo)準(zhǔn)化工作，以適應(yīng)工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用市場(chǎng)的需求。它有被 Ethemet取代的趨勢(shì)，它也采用了 RS485傳輸。一般情況下， DP構(gòu)成單主站系統(tǒng)，主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息。 2． 各主站間令牌傳遞，主站與從站間為主一從傳送，并支持單主或多主系統(tǒng)。 5． 控制指令允許輸入和輸出同步，同步模式時(shí)輸出同步，鎖定模式時(shí)輸入同步 。 DP從站是帶二進(jìn)制值或模擬量輸入輸出的驅(qū)動(dòng)器、閥門等。主站與從站之間采用主從方式，并支持多主站系統(tǒng)，主站間采用令牌環(huán)方式，只有得到令牌的主站才具有總線控制權(quán)，可發(fā)起一次通信。從設(shè)備分布的位置來(lái)看，可以劃分為四個(gè) 子站：機(jī)械預(yù)處理子站、生化處理子站、污泥濃縮子站、污泥脫水子站。 通過(guò)上面的分析，結(jié)合污水處理廠的實(shí)際，本課題選擇工業(yè)以太網(wǎng)作為上位機(jī)和下位機(jī)之間的通信網(wǎng)絡(luò)。自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖 31所示 : 17 圖 31 污水自動(dòng)控制系統(tǒng) 通訊網(wǎng)絡(luò) 設(shè)計(jì) 系統(tǒng)采用以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線混合型結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)層的通信采用PROFIBUSDP主從協(xié)議，使用屏蔽雙絞線作為傳輸介質(zhì)，不同的子網(wǎng)和不同的介質(zhì)之間可通過(guò)耦合器或接口模塊連接。過(guò)程 PLC控制系統(tǒng)主要選 18 用西門子 S7300的產(chǎn)品。 污水處理自動(dòng)控制過(guò)程 本污水處理廠采用氧化溝活性污泥法工藝， 系統(tǒng)主要控制回路有格柵自動(dòng)控制，水泵自動(dòng)控制、沉砂池自動(dòng)控制、生物反應(yīng)池曝氣量自動(dòng)控制、鼓風(fēng)機(jī)組的自動(dòng)控制、回流污泥量的自動(dòng)控制、污泥濃縮脫水自動(dòng)控制等。當(dāng)水位降低時(shí)，控制水泵依次逐臺(tái)停止，順序與之相反。 沉砂池 自動(dòng)控制 ： 自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，旋流沉砂池?cái)嚢枞~輪連續(xù)運(yùn)行，由控制系統(tǒng)定時(shí)啟動(dòng)排砂過(guò)程，同時(shí)控制砂水分離器等設(shè)備的聯(lián)動(dòng)運(yùn)行。 鼓風(fēng)機(jī)組的自動(dòng)控制：一般根據(jù)曝氣池中溶解氧的濃度來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速或風(fēng)機(jī)出口擋板的角度，進(jìn)而 改變供 風(fēng)量 。 污泥濃縮脫水系統(tǒng)控制：采用時(shí)間控制和手動(dòng)控制。主要儀表選型如下 ： 水位差－ 連續(xù)非接觸式雙通道超聲波水位差計(jì) ； 水／ 泥位－ 連續(xù)非接觸式單通道超聲波水位計(jì) ； 水／污泥界面－ 連續(xù)非接觸式超聲波測(cè)量的泥水界面計(jì)； 液位極限－ 射頻導(dǎo)納式液位開關(guān)； 濁度－ 紅外散射光量測(cè)量、有白清洗的濁度測(cè)量?jī)x； 懸浮物濃度－ 紅外散射光量測(cè)量、有自清洗的固體懸浮物濃度計(jì)； 污泥濃度－ 管道式超聲波污泥濃度測(cè)量?jī)x；氧化還原電位刮 RP玻璃復(fù)合電極的氧化還原電位測(cè)龜儀； 溶解氧－ 膜式電極、有浮球型自動(dòng)消泡和自清洗的溶 解氧測(cè)量?jī)x； 氨氮濃度－ 沉入式的氨氮在線測(cè)量?jī)x氣敏電極法： 硝酸鹽氮濃度－ 沉入式的硝酸鹽氮在線測(cè)量?jī)x離子電極法； COD－ 投入式、紫外光測(cè)量，無(wú)需任何藥劑的 COD測(cè)量?jī)x； 氣體流量 － 在線插入、熱導(dǎo)式氣體流量計(jì)； 污泥／污水 流量 － 電磁感應(yīng)測(cè)鼉的電磁流量計(jì)或超聲波流量計(jì)； 總磷 － 熱化學(xué)消解分光光度法在線式總磷檢測(cè)儀。 STEP7允許兩個(gè)或者多個(gè)用戶同時(shí)處理一個(gè)工程項(xiàng)目，但是禁止兩個(gè)或者多個(gè)用戶同時(shí)寫訪問(wèn)。每種語(yǔ)言各有其優(yōu)點(diǎn)， LAD和 FBD編輯器容易輸入并且直觀，它們是以方便用戶的功能為特征的，如拖放功能，復(fù)制和粘貼功能，而且鏈接庫(kù)中有現(xiàn)成的復(fù)雜功能（如 PID控制器）或用戶自己的標(biāo)準(zhǔn)方案。管理存儲(chǔ)區(qū)和處理通信等。塊結(jié)構(gòu)顯著的增加了 PLC程序的組織透 明性、可理解性和易維護(hù)性。組織塊決定各個(gè)程序部分執(zhí)行的順序。功能塊是具有“存儲(chǔ)功能”的塊。功能是“無(wú)存儲(chǔ)區(qū)”的邏輯塊。 FB的實(shí)際參數(shù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)存在背景數(shù)據(jù)塊中。它們作為操作系統(tǒng)的一部分，不占用程序空間。 塊的調(diào)用可以用 CALL指令調(diào)用沒有參數(shù)的 FC和有參數(shù)的 FC和 FB，用 21 CU(無(wú)條件調(diào)用 )和（ RLO=1時(shí)調(diào)用）指令調(diào)用沒有參數(shù)的 FC和 FB。 CPU選用帶有 PROFIBUSDP接口的 CPU3152DP。 S7300還具有一些顯著的優(yōu)點(diǎn)：循環(huán)周期短，處理速度高；指令集功能強(qiáng)大，可用于復(fù)雜的功能；產(chǎn)品設(shè)計(jì)緊湊，可以用于空間有限的場(chǎng)合；模塊化的結(jié)構(gòu)，適合密集安裝；有不同檔次的 CPU和各種各樣的功能模塊和 I/O模塊可供選擇；性能穩(wěn)定，免維護(hù)，還有可以在惡劣天氣條件下露天使 用的模塊可供選擇。 CPU315的操作系統(tǒng)是事件驅(qū)動(dòng)的用戶程序掃描過(guò)程。此外，還有 38個(gè)系統(tǒng)功能模塊 SFC集成在操作系統(tǒng)中供用戶調(diào)用；有 9個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊 SDB裝載 S7300系統(tǒng)參數(shù)。 22 表 1 PLC模塊型號(hào)及功能 模塊型號(hào) 模塊功能 PS 307 2A 電 源模塊 CPU 343(1) CPU木塊 IM360 輸出接受模塊 AI8*16 Bit 模擬量輸入模塊 AO8*12 Bit 模擬量輸出模塊 DI16*AC120V 數(shù)字量輸入模塊 DO16*AC120V/230V 數(shù)字量輸出模塊 CP 3431 PN 通訊模塊 FM350 計(jì)數(shù)模塊 表 2 輸入 /輸出端口地址分配 輸入量 符號(hào) 輸出量 符號(hào) 主令信號(hào) 泵 1動(dòng)作 低水位信號(hào) 泵 2動(dòng)作 高 水位信號(hào) 低水位報(bào)警 超水位信號(hào) 高水位報(bào)警 定時(shí)轉(zhuǎn)換信號(hào) T1 定時(shí)轉(zhuǎn)換信號(hào) T2 23 圖 32 順序功能流程圖 跟據(jù)順序功能流程圖編寫程序，將梯形圖程序輸入到 STEP7中， 運(yùn)行生成源文件，將源文件下載到 PLC中，就完成了 PLC控制水位的整個(gè)過(guò)程。 目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的組態(tài)軟件產(chǎn)品按廠商劃分大致可以分為三類，即國(guó)外專業(yè)軟件商提供的產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)外硬件或系統(tǒng)廠商提供的產(chǎn)品以及國(guó)內(nèi)自行開發(fā)的國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品。 工控組態(tài)軟件的結(jié)構(gòu)可分為兩個(gè)層次，最底層是與現(xiàn)場(chǎng)控制站相連的I/O驅(qū)動(dòng)程序接口，它主要完成上層軟件與現(xiàn)場(chǎng)控制站之間的數(shù)據(jù)信號(hào)的轉(zhuǎn)換和緩存， I/O驅(qū)動(dòng)程序之上 的中間層實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是控制模塊，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)和控制，并對(duì)圖形顯示模塊、實(shí)時(shí)趨勢(shì)模塊和報(bào)警模塊進(jìn)行通信控制。 3． 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)顯示，畫面將各個(gè)工藝流程直觀的顯示在屏幕上，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的工作狀態(tài)和參數(shù)。 7． 歷史數(shù)據(jù)通過(guò)歷史庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)，操作人員可以方便的生成重要設(shè)備和檢測(cè)指標(biāo)的運(yùn)行報(bào)表和曲線，并具有隨時(shí)進(jìn)行調(diào)用、打印功 能。 。 4． 提供一套全新、集成的內(nèi)嵌式報(bào)表系統(tǒng)，內(nèi)部提供豐富的報(bào)表函數(shù)；提供 報(bào)表工具條，報(bào)表模板，報(bào)表能夠進(jìn)行組態(tài)。 6． OPC。 （ 2） 開發(fā)中進(jìn)行硬件測(cè)試，在不啟動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的情況下，能測(cè)試對(duì)硬件設(shè)備的讀寫操作吧。 9． 網(wǎng)絡(luò)功能。 組態(tài)王軟件 的數(shù)據(jù)流 組態(tài)王軟件由若干程序組件構(gòu)成，通常包括圖形界面開發(fā)程序、圖形界面運(yùn)行程序、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)功能模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊、前置通信模塊、數(shù)據(jù)報(bào)表模塊幾個(gè)典型組件 組態(tài)軟件通過(guò) I/O 驅(qū)動(dòng)程序從現(xiàn)場(chǎng) I/O 設(shè)備獲得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的加工后，一方面以圖形方式直觀的顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上；另一方面按照組態(tài)要求和操作人員的指令將控制數(shù)據(jù)送給 I/O 設(shè)備，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)施控制或調(diào)整控制參數(shù)。圖形界面系統(tǒng)、 I/O 驅(qū)動(dòng)程序等組件以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為核心，通過(guò)高效的內(nèi)部協(xié)議相互通信，共享