【正文】 化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，以及網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)在處理廠自動(dòng)化監(jiān)控的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)處理廠全自動(dòng)化控制管理。而對(duì)于小城鎮(zhèn)的污水處理又面臨一系列的問題：小城鎮(zhèn)污水的特點(diǎn)不同于大城市，小城鎮(zhèn)資金短缺；運(yùn)行管理人員缺乏；技術(shù)力量薄弱等。我國是一個(gè)發(fā)展中國家，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對(duì)落后。那時(shí)已經(jīng)開始利用廢棄的河道、沼澤以及城市周邊洼地構(gòu)筑成穩(wěn)定塘，對(duì)生活污水和工業(yè)廢水進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理。以北京為例，全市水資源人均占有量?jī)H為全國平均水平的1/6，而年用水量已達(dá)，每年缺水約。將其應(yīng)用于污水處理廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)，將帶來良好的社會(huì)效益和可觀的經(jīng)濟(jì)效益。為了提高污水處理效率和降低運(yùn)行成本，將自動(dòng)控制新技術(shù)引入污水處理廠，提高其自動(dòng)化水平是非常關(guān)鍵的。 水資源的短缺已經(jīng)成為世界性的問題，我國也同樣面臨水資源短缺的現(xiàn)實(shí)。在我國經(jīng)濟(jì)快速增長，工業(yè)化和城市化進(jìn)程口益加快的同時(shí)，由于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投資有限和管理不善，加之認(rèn)識(shí)所限，江河湖泊及近海海域普遍受到不同程度的污染，盡管部分流域地區(qū)的污染得到了有效控制，但是總體來說仍呈連年加重的趨勢(shì)。由此可見，我國的污水處理現(xiàn)狀并不理想，城市污水處理率還很低。應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)污水處理工藝的半自動(dòng)、全自動(dòng)監(jiān)控，提高污水處理廠的技術(shù)管理水平，合理使用和配置處理設(shè)施，具有非?，F(xiàn)實(shí)的意義。特別是最近幾年，新建成的污水處理廠一半以上采用了計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)。 第二章 西門子PLC及其Prof i Bus現(xiàn)場(chǎng)總線2. 1西門子PLC2. 1. 1 PLC簡(jiǎn)介 PLC英文全名是Programmable logic controller，即可編程邏輯控制器，指一種面向生產(chǎn)過程控制的數(shù)字電子裝置，包括邏輯運(yùn)算、順序控制、時(shí)序、計(jì)數(shù)以及算術(shù)運(yùn)算等程序。2. 1. 1. 1 PLC的發(fā)展 PLC是60年代末，隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化水平的口益提高及微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，而發(fā)展起來的，并在通用汽車公司的汽車生產(chǎn)線上首次應(yīng)用成功。I/0點(diǎn)數(shù)在1024點(diǎn)以上的稱為大型機(jī)，其功能更加完善，具有數(shù)據(jù)處理、模擬調(diào)節(jié)、聯(lián)網(wǎng)通訊、監(jiān)視、記錄、打印等功能，可以進(jìn)行中斷控制、智能控制、遠(yuǎn)程控制等，可用于大規(guī)模的過程控制，構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)或整個(gè)工廠的集散系統(tǒng)。一般大中型PLC均采用這種結(jié)構(gòu)。(3)抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高 PLC是專為工業(yè)控制設(shè)計(jì)的，能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境。 (4)易于操作及維護(hù) PLC的控制程序可通過其專用的編程器輸入到PLC的用戶程序存貯器中。梯形圖語言比較形象、直觀，對(duì)于熟悉繼電器表達(dá)方式的電氣技術(shù)人員來說，不需要學(xué)習(xí)更深的計(jì)算機(jī)知識(shí)，極易被接受，因此在PLC編程語言中應(yīng)用最多。常用“與”、“或”、“非”等邏輯功能表達(dá)控制邏輯。西門子的PLC除了具有上述的五個(gè)特點(diǎn)之外，還具有如下的特點(diǎn)。所以我認(rèn)為，要選擇ProfiBus，一定要選擇Siemens的PLC。 下圖是一個(gè)典型的城市污水處理廠處理工藝流程圖。 從污水中分離出密度較大的砂粒等顆粒的構(gòu)筑物叫做沉砂池，其沉淀特性屬于自由沉淀。 活性污泥法的實(shí)質(zhì)是以存在于污水中的有機(jī)物作為培養(yǎng)基，向污水中投加活性菌種并同時(shí)供氧曝氣，對(duì)各種微生物群體進(jìn)行混合連續(xù)培養(yǎng)，通過凝聚、吸附、氧化、分解沉淀等過程去除水中的有機(jī)污染物。其工藝流程圖如圖3. 6所示： 污水處理工藝流程圖3. 1. 4氧化溝污水處理工藝 氧化溝是普通活性污泥法的改型，在水力流態(tài)上不同于普通活性污泥法，是一種首尾相連的循環(huán)流曝氣溝渠。柵前水深1. lm。在計(jì)量渠設(shè)置有一套水質(zhì)水量檢測(cè)儀，可以將進(jìn)水的PH值、溫度、COD，懸浮物濃度、進(jìn)水流量等參數(shù)檢測(cè)和記錄。打開對(duì)應(yīng)的出水堰門，即可向?qū)?yīng)的二次沉淀池注水。在回流污泥泵房?jī)?nèi)設(shè)置回流污泥泵4臺(tái)，每?jī)膳_(tái)對(duì)應(yīng)1套氧化溝，運(yùn)行方式為1用1備。兩套細(xì)格柵的柵前柵后均設(shè)置超聲波液位探測(cè)器，流程圖如圖3. 9所示。 圖3. 11 污水提升泵工作流程圖 安塞縣污水處理廠設(shè)置旋流除砂機(jī)兩套，砂水分離器一臺(tái)。曝氣時(shí)間如下式所示： （31）1個(gè)周期的曝氣時(shí)間，h1/m排出比。 當(dāng)上述設(shè)備中的某一臺(tái)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停止除輸送機(jī)之外的所有設(shè)備運(yùn)行，同時(shí)發(fā)送一條一級(jí)報(bào)警信息。從實(shí)時(shí)控制角度來講，以太網(wǎng)有許多缺點(diǎn)，其中最主要的是以太網(wǎng)采用的CSMA/CD協(xié)議是一種非確定性(NonDeterminism)的通訊方式，網(wǎng)絡(luò)上的站點(diǎn)一起爭(zhēng)搶總線控制權(quán)發(fā)送信息，這樣就無法保證一串重要信息，在確定的時(shí)間內(nèi)能送達(dá)到指定設(shè)備。在世界范圍內(nèi)，已有多于500家制造廠商能夠提供種類繁多的帶ProfiBusDP接口的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。支網(wǎng)采用ProfiBus現(xiàn)場(chǎng)總線，傳輸介質(zhì)為SIEMENS的ProfiBusDP專用電纜，傳輸速度1. 5Mbps。設(shè)備實(shí)際需求AI為6通道，DI為58通道，DO為20通道，考慮約20%的備用通道后，結(jié)合實(shí)際的模板型號(hào)，選擇AI模板1塊，DI模塊3塊，DO為2塊。4. 3. 1. 6 PLC主站選型 PLC主站位于變配電間，負(fù)責(zé)讀取和寫入從站數(shù)據(jù)，并和遠(yuǎn)程監(jiān)控層通訊。該軟件提供了在線和離線編程的功能，可以對(duì)PLC在線上載或下載。 (2)符號(hào)編輯器用于創(chuàng)建和管理所有的全局符號(hào)。 組態(tài)(Configuration)為模塊化任意組合。(3) WniCC還提供對(duì)SIMATIC PLC進(jìn)行系統(tǒng)診斷的選項(xiàng)，給硬件維護(hù)提供了方便。 5. 2 PLC的程序設(shè)計(jì)5. 2. 1符號(hào)表 系統(tǒng)程序中可能用到的數(shù)字量、模擬量，都要通過符號(hào)來表示，所以在程序設(shè)計(jì)之前先創(chuàng)建符號(hào)表。FC3是二沉池等設(shè)各的控制功能塊：FC4是模擬量處理功能塊。并做相應(yīng)的處理，報(bào)警后將所需參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫中，供口后查詢。winCC提供多種鏈接方式，如c語言程序、標(biāo)簽鏈接、動(dòng)態(tài)對(duì)話框、事件觸發(fā)等，最后，完成報(bào)表的設(shè)計(jì)以及報(bào)警變量的設(shè)計(jì)等，此處不再詳述。整個(gè)研究涉及到環(huán)境工程、生物化學(xué)、自動(dòng)控制、機(jī)械、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和儀器儀表等眾多學(xué)科，是一個(gè)綜合性的研究領(lǐng)域。該控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和選型合理，自動(dòng)化程度高，監(jiān)控界面操作簡(jiǎn)單方便，同時(shí)又節(jié)約國債資金。ProfiBus為原有的自動(dòng)化程度比較低的污水處理廠改造提供了一個(gè)可靠的方案，并為新污水處理廠的投資建設(shè)提供了一個(gè)低成本、穩(wěn)定可靠的選擇。所以當(dāng)前的情況下將以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線相結(jié)合，是完成項(xiàng)目的一個(gè)即經(jīng)濟(jì)又高效的方案。6. 2展望 目前現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)受到了普遍關(guān)注，其優(yōu)越性是顯而易見的。監(jiān)控軟件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀況的模擬，使操作員可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)主要設(shè)備的運(yùn)行情況有比較清楚的了解。監(jiān)控上位機(jī)采用工控機(jī)對(duì)PLC數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和監(jiān)控，并通過基于TCP/IP協(xié)議的光纖工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的通訊。圖5. 4全局圖圖5. 5格柵系統(tǒng)圖5. 6水處理綜合廠房圖5. 7污泥處理系統(tǒng)第六章總結(jié)與展望6. 1總結(jié) 可編程序控制器(PLC)是70年代以來發(fā)展起來的一種區(qū)別于工業(yè)PC和單板機(jī)的工業(yè)控制產(chǎn)品。5. 3. 2軟件開發(fā) 利用WinCC實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目開發(fā)，先要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目:單擊【文件】【新建】，選，保存即可。用戶可方便地通過連接和參數(shù)設(shè)置實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單PID控制，其參數(shù)可通過上位機(jī)設(shè)置和修改。塊是一些獨(dú)立的程序或者數(shù)據(jù)單元，在Step7中主要有以下幾種類型的塊：組織塊OB，功能FC和功能塊FB、系統(tǒng)功能SFC和系統(tǒng)功能塊SF背景共享數(shù)據(jù)塊DB。圖4. 2 WINCC安裝界面第五章污水處理廠自控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)5. 1 PLC的硬件組態(tài) 硬件組態(tài)是完成一個(gè)項(xiàng)目的第一步，硬件組態(tài)通過Step7軟件進(jìn)行。 (2)封裝性；通用組態(tài)軟件所能完成的功能都用一種方便用戶使用的方法包裝起來，對(duì)于用戶，不需掌握太多的編程語言技術(shù)(甚至不需要編程技術(shù))，就能很好地完成一個(gè)復(fù)雜工程所要求的絕大多數(shù)功能。使用這個(gè)工具生成的符號(hào)表是全局有效的，可供其他所有工具使用。常見的版本有V5. 0 ，V5. 1，V5. 2和V5. 3，我選擇V5. 2完成項(xiàng)目開發(fā)。由于用PLC做主站，掛接ProfiBusDP從站，盡可能選擇集成DP接口的產(chǎn)品，所以選擇了3152AG10的緊湊型CPU，該型PLC的CUP數(shù)字處理能力強(qiáng)，帶有內(nèi)部集成的ProfiBusDP接口，其特點(diǎn)是組態(tài)靈活、速度快、操作簡(jiǎn)潔。4. 3. 1. 4 4I/0站選型4I/0站放置于變配電室，負(fù)責(zé)低壓開關(guān)柜信號(hào)采集和過程控制。設(shè)備實(shí)際需求AI(模擬量輸入)為8通道，DI(數(shù)字量輸入)為73通道，D (J(數(shù)字量輸出)為24通道，考慮約20%的備用通道后，結(jié)合實(shí)際的模板型號(hào)，選擇AI模板2塊，DI模板3塊，DO模板2塊。傳輸介質(zhì)可以是雙絞線、光纜，可實(shí)現(xiàn)總線供電與本質(zhì)安全防爆。工業(yè)以太網(wǎng)遵循的IEEE 802. 3國際標(biāo)準(zhǔn)，是一種開放式的、多供應(yīng)商、高性能區(qū)域和單元級(jí)網(wǎng)絡(luò)。但是由于該項(xiàng)目為國債項(xiàng)目，受投資額的限制，該項(xiàng)目首先是一個(gè)夠用、耐用、實(shí)用的自動(dòng)控制系統(tǒng)。 (1)自動(dòng)過程開始首先檢測(cè)液面高低，若低于最低位傳感器，啟動(dòng)定時(shí)。 每套旋流除砂機(jī)包括旋流器、鼓風(fēng)機(jī)和電磁閥各一臺(tái)。其工作過程包括以下幾個(gè)方面： (1)自動(dòng)過程開始，啟動(dòng)細(xì)格柵機(jī)，定時(shí)20min。 在回流污泥管路和剩余污泥管路上均設(shè)置有電磁流量計(jì)，用來計(jì)量回流量和出泥量。二次沉淀池采取周邊進(jìn)水、周邊出水的圓形輻流式結(jié)構(gòu)，每座二次沉淀池上安裝有中心傳動(dòng)單管吸泥機(jī)一套。1一次分配井 一次分配井為一圓形構(gòu)筑物，在一次分配井內(nèi)設(shè)置兩套調(diào)節(jié)式手電兩用閘，每套閘門有一支管道和一套氧化溝相連，打開一次分配井閘門，可以向?qū)?yīng)的氧化溝進(jìn)水。每套細(xì)格柵前后均設(shè)置手動(dòng)插板閘門1臺(tái)，以備設(shè)備檢修時(shí)用。工藝流程如圖3. 8： 3. 2.