【正文】 污水經(jīng)過提升后，流入細格柵井，做進一步的處理。旋流 沉砂池直徑為 3m，每座旋流沉砂池上安裝有 1套旋流除砂機，砂粒在旋流除砂機內(nèi)被提升到砂水分離器分離，兩套旋流除砂機公用一套砂水分離器。 全廠設(shè)置二次分配井一座，兩座氧化溝的出水全部匯集到這里。這里清水和消毒藥劑混合，經(jīng)測量 COD、流量后，排出。 3. 3 安塞縣污水處理廠過程控制設(shè)計 3. 3. 1粗格柵和細格柵的過程控制 安塞縣污水處理廠設(shè) 置粗格柵兩套，一用一備，公用無軸螺旋輸送壓榨機一 臺。 (5)液面差低于設(shè)定值，停止轉(zhuǎn)鼓清污機運行。當(dāng)檢 測到 砂水分離器出現(xiàn)故障時，將同時對除砂系統(tǒng)所有設(shè)備停機，并發(fā)送一條一級報警 信息 。 污泥回流系統(tǒng)工作流程圖如圖 3. 12所示?，F(xiàn)場控制層負責(zé)采集工藝設(shè)備的運行 狀態(tài)，儀表的 檢測信號一級執(zhí)行器的狀態(tài)，并傳送給集中控制層，然后接收集中控制層的指 令，對現(xiàn)場設(shè)備和執(zhí)行裝置進行控制。由于 ProfiBusDP 的開放性， 它能連接不同制造廠 商的標(biāo)準部件。 圖 MPI, ProfiBUS 和工業(yè)以太網(wǎng)的性價比 經(jīng)過綜合比較，又根據(jù)污水處理廠實際應(yīng)用需要，選用 “ 現(xiàn)場總線 +工業(yè)以 太網(wǎng) ” 的方案更為合理。 總計模板數(shù)量為 6塊，滿足機架對模板數(shù) =8的要求 。設(shè)備實際需求 AI為 5通道 ， DI為 52通道， DO 為 16通道 ， 考慮約 20%的備 用通道后 ，結(jié)合實際的模板型號 ， 選擇 AI模板 1塊， DI模塊 2塊， DO 為 2塊。 Step7編程軟件是一個用于 SIMATIC 可編程邏輯控制器的組態(tài)和編程的標(biāo)準軟件包，運行在操作系統(tǒng) WIN98/20xx/NT/XP下并與 Windows的圖形和面向?qū)ο蟮牟僮髟瓌t相匹配。可以使用 SIMATIC 管理器在離線或在線方式下工作，完成建立項目、組態(tài)硬件網(wǎng)絡(luò)、編寫調(diào)試程序等功能。 (4)硬件診斷可以對 PLC 站的各硬件模塊進行在線狀態(tài)診斷，顯示相關(guān)的故 障的信息和狀態(tài)信息。同是 西 門子公司產(chǎn)品的 WinCC 與相應(yīng)的 PLC 硬件系統(tǒng)及 STEP7編基于西門子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 28 程軟 件的結(jié)合， 可大大降低 用戶軟硬件組態(tài)的工程量，縮短項目開發(fā)周期。利用程序中的導(dǎo)向功能，可 很 很方便的創(chuàng)建 項目 ： 打開【 SIMMIC Manager ]， 在【 File】菜單下單擊【 New Project wizard】然后分別選擇 CPU編程語言、需要的 OB塊 .然后再給項目起一個名字就 OK了。用同樣的方法可以插入 OB， FB， DB等。查詢時可保證精確、 方便、快捷。數(shù)據(jù)鏈接建立以后，利用變量管理器設(shè)計程序中可能用到的變量。組 態(tài)軟件所具備的實時多任務(wù)、接口開放、使用靈活、功能多樣，以及運行可靠等 特點使其具有很強的實用價值。 (3)通過對污水處理工藝各段的工藝流程及控制要求的分析，采用 STEP7軟 件，運用 “ 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計 ” 方法，編制了該系統(tǒng)的現(xiàn)場 PLC 控制程序，實現(xiàn)了現(xiàn)場設(shè)備的自動控制。 (4) WniCC 和 STEP7合用，工控機與 PLC 合用的混合控制系統(tǒng)，合理地分擔(dān)了上位監(jiān)控、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和控制的任務(wù)，充分發(fā)揮不同設(shè)備的優(yōu)勢，使系統(tǒng)上下的有機結(jié)合變得非常容易，大幅度降低了工程時間和人力物力的消耗，是一種有特色、有前途的控制系統(tǒng)設(shè)計方案。相信在不久的將來，會看到越來越多的現(xiàn)場總線產(chǎn)品，選擇的余地也會越來越大?，F(xiàn)在，由于國內(nèi)外大的 公司積極參與，現(xiàn)場總線技術(shù)標(biāo)準的開發(fā)和相應(yīng)儀表 控制技術(shù)的開發(fā)正在向前發(fā)展，這種發(fā)展勢頭是以往任何技術(shù)所無法比擬的。 (3) S7300系列 PLC 體積 小、重量輕、功能強、性能好。設(shè)計了現(xiàn)場 PLC 控制系統(tǒng)和計算機監(jiān)控系統(tǒng)。由于 PLC 具有通用性強、可靠性高、 適應(yīng)性強、性價比高、編程方法簡單易學(xué)，體積小、能耗低， 系統(tǒng)安裝、調(diào)試方 便等特點，逐步替代了過去許多使用專用計算機和繼電器系統(tǒng)的場合，從而使其 在各行各業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。 WinCC 提供了一個稱為 SIMATIC S7 Protocol Suite的通訊驅(qū)動程序。主畫面模擬現(xiàn)場工作狀況，能夠直觀、精確了解現(xiàn)場工作狀況。此時彈出一個 Pc對話框 。當(dāng)用戶需要修改模塊的參數(shù)或地址，需要設(shè)置網(wǎng)絡(luò)通訊，或者需要將分布式外設(shè)連接到主站的時候，都要進行硬件組態(tài)。我選擇了 SIMATIC 的 WinCC 完成本項目。 (3)硬件組態(tài)對自動化項目的硬件進行組態(tài)和參數(shù)設(shè)置。主 基于西門子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 27 要工具有 ： (1) SIMATIC 管理器 (SIMATIC Manager)管理屬于一個自動化項目的所有數(shù) 據(jù)。 由于部分開關(guān)柜的儀表設(shè)備要求 RS485通訊，故又為其專門配備了一塊 340 1，它為點對點連接的串行通訊提供了較低成本的解決方案。 總計模板數(shù)量為 5塊，滿足機架對模板數(shù) =8的要求 。 4. 3. 1. 2 2I/0站選型 2I/0 站負責(zé)水處理核心部分一氧化溝設(shè)備的信號采集和過程控制 。從圖中可以看出，現(xiàn)階段控制 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)選擇 ProfiBus現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，能夠達到較高的性能價格比。當(dāng)采用雙絞線 網(wǎng)絡(luò)時，網(wǎng)絡(luò)最大可擴展 1400米，兩個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間的最大距離為 100米。 現(xiàn)場控制層包括工藝設(shè)備的現(xiàn)場控制箱、按扭箱，儀表設(shè)備的探頭、傳感器 和變送器，一體執(zhí)行設(shè)備等。 (3)若液面處于最高位和最低位之間，啟動污泥回流泵。當(dāng)檢測到最后一臺污水泵停機后，鼓風(fēng)機和電磁閥在 基于西門子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 21 延遲 5分鐘后關(guān)閉，旋流器在延遲 7分鐘后關(guān)閉，砂水分離器在延遲 10分鐘后 關(guān)閉 。 (3) 2h定時到，運行 細格柵機 20min，循環(huán)進行。儲泥池負責(zé)接收剩余污 泥泵輸送來的剩余污泥，儲存到一定的量后，啟動污泥處理設(shè)施進行污泥處理。 流入二次沉淀池的污水和污泥經(jīng)過沉淀后，上層清液流入接觸消毒池，下層 污泥被吸泥機吸至污泥回流泵房。溝深 4. 7m，有效水深 4. 0米，外溝、中溝和內(nèi)溝之間互有 50mm的水位差，以便污水通過重力流動。 污水經(jīng)過細格柵后，其中的雞毛、樹葉、紙片等小型的雜物被細格柵攔截。 在粗格柵井后設(shè)置污水提升泵房一座，為濕式污水 泵房，面積 m? , 深度 9m，泵房內(nèi)部設(shè)置 4套污水提升泵，流量 hm /4002 ，揚程 44m。這個過程可以概括為 ： 短時間進水一 曝氣反應(yīng)一 沉淀一 排水一 進入下一個周期 。 初沉段由一座或者數(shù)座沉淀池組成。另外， 調(diào)節(jié)池還可以起到臨時儲存事故排水的作用。先采用物 理方法，然后再使用化學(xué)方法和生物法。 基于西門子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 10 西門子 PLC 的高度集成化，不僅表現(xiàn)在 I/0 的集成，還表現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)模塊的集成和功能的集成方面 :上面講到的 S7系列便是功能集成的例子，網(wǎng)絡(luò)模塊的集 成更 是常見，如非常常用的 3152DP， 3172DP。對于在工廠中搞工藝的人來說，用這種方法編程，不 基于西門子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 9 需要很多的電氣知識，非常簡單。這種編程語言可使用簡易編程器編程，編程設(shè)備簡單、邏輯緊湊，連接范圍不受限制，但比較抽象，一般與梯形圖語言配合使用，互為補充。 (5)設(shè)計、施工、調(diào)試周期短 用 PLC 完成一項控制工程時，由于其硬、軟件齊全，設(shè)計和施工可同時進 行，由于用軟件編程取代了繼電器硬接線，實現(xiàn)控制功能，使得控制柜的設(shè)計及 安裝接線工作大為減少，縮短了施工周期。在硬件方面， PLC 采取的抗干擾措施主要是隔離和濾波技術(shù)。 (2)控制系統(tǒng)構(gòu)成簡單、通用性強 雖然 PLC 種類繁多 ，但由于其產(chǎn)品的系列化和模塊化，且軟件包齊全，用戶可靈活組成各種規(guī)模和要求不同的控制系統(tǒng)。整體式 PLC 的缺點是主機的 I/0 點數(shù)固定，使用不夠靈活，維修也不方便。并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口 來控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程 ” 。 一套典型的 PLC 通常包括 CPU模塊、電源模塊和一些 I/0 模塊，這些模塊基于西門子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 5 安裝 在一塊背板上。 未來的污水處理廠控制系統(tǒng)，應(yīng)是一個低運行維護成本、高集成化、高度自 動化的系統(tǒng)。因此 ， 小城鎮(zhèn)的污水處理廠應(yīng)該是基建投資低、運行成本低、運行管 理相對容易，處理效率高的工藝。 而面對我國口益嚴重的環(huán)境污 染，國家正加大力度來進行污水的治理。據(jù) 當(dāng) 時的文獻資料介紹，這樣的穩(wěn)定塘共計 38座，口處理生活污水 173萬噸。另外，在時間分布上，我國的 水資源也存在不均衡，總的來說是冬春節(jié)干旱少雨，夏秋多雨。 1. 2 污水處理的現(xiàn)狀 1. 2. 1我國水資源的概況 水資源是指可以直接被人類利用、能不斷更新的天然淡水，主要是陸地上的 地表水和地下水的淺層部分。為了應(yīng)對水體污染，最近幾年越來越多 的城市污水處理廠、城市垃圾無害化處理廠正在如火如茶的建設(shè)、投運。占世界人口總數(shù)量的 40%以上的 80多個國家為水資源缺乏國家，有近 30個國家為嚴重缺水國家。我國不僅缺水，而且水 資源的現(xiàn)狀令人擔(dān)憂。據(jù)統(tǒng)計，到 20xx年底，全同己建設(shè)城市污水處理廠 427座，其中二級處理廠 282 座，二級處理率約為 15%。現(xiàn)代污水處理廠 采用計算機控制口益普遍。九十年代中期，隨著計算機技術(shù)的突飛猛進，污水處理廠的自動 化程度也在不斷的提高， PLC、工控機等也逐漸在新建污水處理廠普及開來。污水處理自動控制系統(tǒng)不僅要具有良好的安全性、可靠性和穩(wěn)定性等基本特點，還應(yīng)該具有系統(tǒng)操作與維護的方便性，并能在傳統(tǒng)的自動化控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，加入以優(yōu)化處理效果和節(jié)省運行費用為目標(biāo)的優(yōu)化控制?，F(xiàn)在，盡管 PLC 的功能、數(shù)據(jù)處理能力己經(jīng)獲得了很大的提高，但 PLC 一直保持了最初設(shè)計的原則，那就是簡單至上的原則。 I/0 點 數(shù)在 256點至 1024點之間的，稱為中型機，它除了具備邏輯運算功能，還增加 了多路模擬量處理、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)通訊 等功能，可完成既有開關(guān) 量、又有模擬量的復(fù)雜控制。這種結(jié)構(gòu)的 PLC配置靈活、裝配方便、易于擴展，可根據(jù)控制要求靈活配置各種模塊，構(gòu)成功能不同的各種控制系統(tǒng)。 PLC 的輸入、輸出可直接與交流 220V、直流 24V等相連，并有較強的負載能力。在軟件方面，PLC 設(shè)置了故障檢測及自診斷程序，用來檢測系統(tǒng) 硬件是否正常。 梯形圖是一種圖形編程語言，是面向控制過程的一種 “ 自 然語言 ” ，它延用 傳統(tǒng)繼電器的觸點、線圈、串并聯(lián)等術(shù)語和圖形符號，同時也增加了一些繼電器 控制系統(tǒng)中沒有的特殊符號，以便擴充 PLC 的控制功能。對于每一種 功能都使用一個運算方塊，其運算功能由方塊內(nèi)的符號確定。據(jù)估算，在 20xx年該公司的 PLC 相關(guān)產(chǎn)品在國 內(nèi)銷量約占同類 產(chǎn)品的一半以上。 ProfiBus現(xiàn)場 總線發(fā)展到今天，西門子相關(guān)的產(chǎn)品更是層出不窮，除了多款 緊湊型的 SIMATIC PLC，還有 SIMATIC WinAC 控制器、支持主站功能的通訊處理器、 IE/PB鏈路模塊、 ET 20xx/ET 200X的主站模塊、 ET200系列分布式 I/0、總線部件、總線連接器、中繼器、禍合器、鏈路、網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)接器一串行通信、以太網(wǎng)、 ASi等。這 是因為，從