【正文】 氨基酸、動(dòng)植物脂肪、尿素、氨、肥皂和合成洗滌劑等物質(zhì)外，還含有細(xì)菌、病毒等使人致病的微生物?？梢钥闯鑫覈?guó)的污水處理自控系統(tǒng)有以下特點(diǎn)： (1) 對(duì)于新建的污水處理廠，引進(jìn)了計(jì)算機(jī)分散控制系統(tǒng)，手動(dòng)與自動(dòng)并存的控制方式。 (4) 大量采用遙測(cè)、遙控設(shè)備，并開始有效地利用社會(huì)信息資源，如電 話網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)、國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)、氣象信息等。 由于控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)以及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的飛速發(fā)展，國(guó)外的污水廠很早便實(shí)現(xiàn)了污水廠的網(wǎng)絡(luò)控制，如 DCS、 FCS 系統(tǒng)。造成這種結(jié)果的原因主要是：污水處理廠管理水平低、自動(dòng)化控制手段差。水資源的匱乏和水資源的污染，已經(jīng)嚴(yán)重影響了人民的日常生活，嚴(yán)重影響了我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和 發(fā)展。隨著環(huán)境保護(hù)的呼聲越來(lái)越高，工業(yè)污水處理已經(jīng)體現(xiàn)出其必要性和緊迫性，對(duì)于各種污水進(jìn)行處理后排放成為各企業(yè)基本的要求。目前全國(guó)城市污廢水的處理率（達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)的）僅有 10%左右，其余的污廢水都直接排入河川、湖泊、海洋。據(jù)報(bào)道我國(guó)人均擁有淡水量為 2400 噸，為世界平均值的 1/4，在全球 149 個(gè)國(guó)家（參與統(tǒng)計(jì)國(guó)家中），我國(guó)人均淡水資源位居 110 位，屬于淡水資源貧乏的國(guó)家。 38 附錄 C 主要源代碼 32 附錄 A 外文翻譯 —— 原文部分 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 28 數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn) 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 19 梯形圖程序 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 12 總體流程設(shè)計(jì) 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。本文介紹了工廠污水處理的基本工藝和流程，并通過(guò)研究設(shè)計(jì)一套基于 PLC 控制的污水處理系 統(tǒng)。文章首先介紹了基于 PLC 污水處理控制系統(tǒng)的工藝及相關(guān)流程，控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)、工作原理以及設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)的基本原則和步驟，來(lái)說(shuō)明 PLC 在污水處理過(guò)程中的應(yīng)用。 1 選題的目的和意義 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 2 第 2 章 污水處理概論 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 20 第 6 章 組態(tài)軟件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)監(jiān)控的實(shí)現(xiàn) 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 22 組態(tài)軟件與 PLC 的通信設(shè)置 178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 31 參考文獻(xiàn) 而且我國(guó)水資源時(shí)空分布極不均衡，全國(guó) 500 多個(gè)城市缺水，其中多個(gè)嚴(yán)重缺水，北方地區(qū)缺水現(xiàn)象尤其嚴(yán)重，人均擁有淡水量?jī)H有 240 噸。耗水量高、重復(fù)利用率低、污染嚴(yán)重是我國(guó)工業(yè)系統(tǒng)水資源利用的突出問(wèn)題。在工廠的工業(yè)污水處理過(guò)程中，污水來(lái)源的不穩(wěn)定以及工廠中各種污水的成分的復(fù)雜性，對(duì)工業(yè)污水處理的工藝和控制方式提出了非常高的要求。特別是我國(guó)北方城市，如北京、天津、沈陽(yáng)等城市水資源更為短缺。 因此建設(shè)符合我國(guó)國(guó)情的污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)降低污水處理成本、改善環(huán)境、建立可持續(xù)發(fā)展社會(huì)，保持我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展具有重要意義。同時(shí)國(guó)外較早的將 SCADA 技術(shù)引入到了給水排水工程中，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 國(guó)內(nèi)污水處理自控系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r 解放初期由于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)剛剛起步，當(dāng)時(shí)的污水污染程度很低，且提倡利用污水進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉，特別是北方缺水地區(qū)將污水灌溉利用作為經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推廣，如著名的沈撫灌溉等，全國(guó)僅有幾個(gè)城市建設(shè)了近十座污水處理廠 (還包括 1921~1926年間外國(guó)人興建 3座污水處理廠 )，在處理工藝有的還是一級(jí)處理，處理的規(guī)模也很小，每天只有幾千個(gè)立方米，最大的也只有每天 5 萬(wàn)立方米左右，致使污水處理技術(shù)和管理水平處于較落后的狀態(tài)。大部分以前建設(shè)的污水廠自動(dòng)化程度仍然很低，仍采用人工巡檢的方式。經(jīng)處理后的污水，最后出路有三種：排放水體；灌溉田地；重復(fù)使用。 我國(guó) 80 年代以前建設(shè)的城市污水處理廠大部分采用普通曝氣法活性污泥處理工藝， 4 由于該工藝主要以去除 BOD5 和 SS 為主要目標(biāo)，對(duì)氮磷的去除率非常低。 多種類型的 SBR 工藝在我國(guó)均有應(yīng) 用，如屬第二代 SBR 工藝的 ICEAS 工藝，屬第三代的 CAST 工藝、 UNITANK 工藝等。 (4) 水質(zhì)控制指標(biāo)越來(lái)越嚴(yán)。該法有活性污泥法和生物膜法兩種，前者多用于城市污水，后者多用于處理高濃度有機(jī)污水與污水處理過(guò)程中生產(chǎn)的污泥。經(jīng)二級(jí)處理后，有機(jī)污染物質(zhì)的去除率可達(dá) 90%以上，污水中污水五日需氧量值可降至20mg/L~30mg/L，有機(jī)污染物達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。 SBR 反應(yīng)池去除有機(jī)物的機(jī)理在充氧時(shí)與普通活性污泥法相同，不同之處是運(yùn)行按流入、反應(yīng)、沉淀、排放、待機(jī)五個(gè)工序，依次在同一 SBR 反應(yīng)池中周期性運(yùn)行。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、價(jià)格低、輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)固定、實(shí)現(xiàn)的功能和控制規(guī)模固定，但靈活性能較低。 (1) 循環(huán)掃描技術(shù) PLC 采用循環(huán)可以分為 3 個(gè)階段：輸入階段 (將外部輸入信號(hào)的狀態(tài)傳送到 PLC)、執(zhí)行程序階段和輸出階段 (將輸出信號(hào)傳送到外部設(shè)備 )。因?yàn)?PLC 的循環(huán)掃描工作方式，所以收 到輸入信號(hào)的時(shí)刻不同，響應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短也就不同。 (b) 在滿足控制要求的前提下，盡量減少 PLC 系統(tǒng)硬件費(fèi)用。 (b) I/O 點(diǎn)數(shù)分配 點(diǎn)數(shù)分配就是規(guī)定 PLC 的 I/O 端子和輸入 /輸出設(shè)備的對(duì)應(yīng)關(guān)系，畫出 I/O 接線原理圖。從進(jìn)水開始到排水結(jié)束算作一個(gè)周期。 (4) 排水 SBR 池水位到達(dá)最高水位，并經(jīng)過(guò)沉淀工藝以后，上清液 (上面的清液）由潷水器緩慢污水池 水泵 污水 處理后的污水 肥料 泥池 風(fēng)機(jī) SBR 池 10 排出池外。正好可以 滿足控制系統(tǒng)的 I/O 需求。特殊葉輪設(shè)計(jì)，高效率省能源。系統(tǒng)選用回流泵： CP5(T)，流量： 45m179。強(qiáng)通用性：具有 50Hz60Hz 通用線圈，可以全世界通用。工作溫度： 20~60℃ ，工作電壓： AC220V 或 DC24V，工作壓力：常壓，差值精度：177。用傳統(tǒng)的化學(xué)方法（如碘量滴定 法）測(cè)定溶解液中的溶解氧是很費(fèi)時(shí)的，且成本很高，不能連續(xù)測(cè)量，而用滴汞電極（ DME）的極譜分析最為簡(jiǎn)單。對(duì)結(jié)構(gòu)和透氧膜確定的傳感器而言，在一定溫度下，氧傳感器的電流只與試樣中的氧分壓成正比。 ℃，自動(dòng)溫度補(bǔ)償： pH：（ 0~100）℃ 溶解氧：（ 0~45）℃，其他參數(shù)：數(shù)據(jù)儲(chǔ)存： 900 組，通訊接口： RS232，電源： DC9V/300mA。 總體流程設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，控制方式分為手動(dòng)和自動(dòng)。 15 潛水泵工作流程圖如圖所示： 潛 水 泵 控 制啟 動(dòng) 潛 水 泵啟 動(dòng) 定 時(shí) 2 S低 于 最 低 要求 液 面 ？高 于 高 位 液面延 時(shí) 到 ？報(bào) 警啟 動(dòng) 定 時(shí) 2 S延 時(shí) 到 ？停 止 潛 水 泵YNYNNYNY 潛水泵工作流程圖 細(xì)格柵系統(tǒng)程序與粗格柵系統(tǒng)程序相似，主要控制細(xì)格柵機(jī)和清污機(jī)的運(yùn)行，其工作過(guò)程包括以下幾個(gè)方面： （ 1）自動(dòng)過(guò)程開始，啟動(dòng)細(xì)格柵機(jī) ，定時(shí) 20min； （ 2）定時(shí)到，停止運(yùn)行細(xì)格柵機(jī) 2h； （ 3） 2h 定時(shí)到，運(yùn)行細(xì)格柵機(jī) 20min，循 環(huán)進(jìn)行； （ 4）同時(shí)檢測(cè)液 位差，若超過(guò)設(shè)定值則啟動(dòng)清污機(jī)； （ 5）液位差低于設(shè)定值，停止清污機(jī)的運(yùn)行。 (2) 使用圖形化的控制按鈕實(shí)現(xiàn)單任務(wù)和多任務(wù) 。 (10) 設(shè)計(jì)多級(jí)安全控制和訪問(wèn)權(quán) 限 。利用遠(yuǎn)程撥號(hào)能實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀 況，隨時(shí)打印，報(bào)警和歷史數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳等功能。 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口協(xié)議 (PPI)PPI(PointtoPoint)是主從協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)上是 S7200 CPU 均為從站，其它 CPU、 SIMATIC 編程器或 TD200 為主站。 數(shù)據(jù)交換存儲(chǔ)區(qū)的定義 在 S7200 系列 PLC 中，不同的 CPU 模塊有不同長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。彈出“新建工程向?qū)е睂?duì)話框，如圖所示： 新建工程向?qū)ФD 在工程路徑文本框中輸入一個(gè)有效的工程路徑，或 單擊“瀏覽 … ”按鈕，在彈出的路徑選擇對(duì)話框中選擇一個(gè)有效的路徑。 同時(shí)支持畫面之間的圖形對(duì)象拷貝，可重復(fù)使用以前的開發(fā)結(jié)果。在 TouchVew 運(yùn)行時(shí)，它含有全部數(shù)據(jù)變量的當(dāng)前值。 (6) 運(yùn)行和調(diào)試 組態(tài)王工程已經(jīng)初步建立起來(lái)，進(jìn)入到運(yùn)行和調(diào)試階段。 污水處理控制系統(tǒng)監(jiān)控程序 監(jiān)控軟件的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行界面如下圖所示 : 污水處理現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行主界面圖 30 第 7 章 調(diào)試和運(yùn)行結(jié)果 系統(tǒng)的 調(diào)試 在 STEP7Micro/WIN32 軟件中，通過(guò)編程，將編好的程序下載到 PLC 中進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試，檢查程序是否有錯(cuò)誤，是否能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的功能控制?；旧线_(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)要求。在 PLC 的外圍硬件連線方面，主要是增加一些保護(hù)設(shè)備。軟件方面主要問(wèn)題在于程序編寫完畢后，需要首先在電腦上對(duì)程序進(jìn)行軟件仿真，主要檢查是否存在各種錯(cuò)誤，可利用西門子公司配套的仿真軟件。本文詳細(xì)闡述了污水處理工藝 流程、監(jiān)控系統(tǒng)總體方案以及具體的軟硬件實(shí)現(xiàn)。 在該控制程序中，需要根據(jù)外界輸入的狀態(tài)來(lái)控制清污機(jī)、潛水泵，以及污泥回流泵的啟停，因此需要按照超聲波液位差計(jì)反饋來(lái)的信息進(jìn)行判斷處理，然后再進(jìn)行輸出控制。然后在組態(tài)運(yùn)行系統(tǒng)中選擇“畫面 /打開”命令，從“打開畫面”窗口選擇“ Test”畫面。數(shù)據(jù)庫(kù)中變量的集合形象地稱為“數(shù)據(jù)詞典”，數(shù)據(jù)詞典記錄了所有用戶可使用的 `數(shù)據(jù)變量的詳細(xì)信息。 選擇“文件 /全部存”命令保存現(xiàn)有畫面。彈出“新建工程向?qū)е睂?duì)話框，如圖所示： 新建工程向?qū)龍D 在工程名稱文本框中輸入工程的名稱，該工程名稱同時(shí)將被作為當(dāng)前工程的路徑名稱。用戶可以自由使用這一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，存放用戶程序中涉及到的數(shù)據(jù)、參數(shù)等。 S7200 CPU 作 PPI 主站時(shí)，還可以作為從站響應(yīng)來(lái)自其他主站的通信申請(qǐng)。 S7200 系列 PLC 的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議 S7200 系列 PLC 支持多種通信協(xié)議 ， 如點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口 (PPI)、多點(diǎn)接口 (MPI)和PROFIBUS。組態(tài)王工程管理器的主要作用就是為用戶集中管理本機(jī)上的所有組態(tài)王工程。 (4) 顯示生產(chǎn)過(guò)程的文字信息和圖形信息 。 18 污泥回流系統(tǒng)工作流程圖如圖所示： 污 泥 回 流泵 房檢 測(cè) 污 泥池 水 位液 面 低 于 低位 值 ？開 始 定時(shí)延 時(shí)到 ？停 止 污 泥回 流 泵液 面 高 于 高位 值 ？開 始 定時(shí)延 時(shí)到 ？報(bào) 警啟 動(dòng) 污泥 回 流泵N NYYNYYN 污泥回流系統(tǒng)工作流程圖 污泥脫水系統(tǒng)程序主要控制離心式脫水機(jī)，啟動(dòng)定時(shí)： （ 1）自動(dòng)過(guò)程開始首先啟動(dòng)離 心式脫水機(jī)，啟動(dòng)定時(shí)； （ 2）定時(shí)到，啟動(dòng)聚合物泵，啟動(dòng)定時(shí)； （ 3）定時(shí)到，啟動(dòng)污泥泵和切割機(jī)。每個(gè)設(shè)備可以單獨(dú)運(yùn)行，也可單獨(dú)調(diào)試每個(gè)設(shè)備的運(yùn)行，以測(cè)試設(shè)備的性能。配用 2503 型 pH 電極，可用于離子強(qiáng)度較低、渾濁液體和膠體溶液的測(cè)量。選用 PH/ 溶解氧測(cè)量?jī)x型號(hào) :SA29MP525。金與鉑電極能克服 DME遇到的某些困難，但在一些生物介質(zhì)中就失效。 / 6176。也可以很方便地組合成可逆接觸器、星 三角起動(dòng)器。 （ 3）接觸器 在控制系統(tǒng)中，所有設(shè)備是根據(jù)控制面板上的按鈕情況或者根據(jù)傳感器的反饋值進(jìn)行動(dòng)作的，因此需要 PLC 根據(jù)當(dāng)前的工作情況，以及按鈕的情況來(lái)控制 所有設(shè)備的啟停，在此用到了大量接觸器：如格柵機(jī)接觸器、清污機(jī)接觸器、潛水泵接觸器、分離機(jī)接觸器、 11 轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)接觸器、潛水?dāng)嚢铏C(jī)接觸器、刮泥機(jī)接觸器等。使用一級(jí)研磨齒輪，精度高、壽命長(zhǎng)、低噪音。 硬件電路接線圖 根據(jù)實(shí)際 PLC 模塊， I/O 分配表和 I/O 接線圖，連接 PLC 各模塊，并通過(guò) PC 機(jī)聯(lián)機(jī)，實(shí)現(xiàn)程序控制要求。污泥泵開始運(yùn)行，排泥至儲(chǔ)泥池。 (2) 反應(yīng) 反應(yīng)工序是 SBR 工藝最主要的一道工序。首先把工藝流程分為若干階