【正文】 柵段，除砂段和初沉段，某些 工藝中還包括撇油、撈毛等特殊處理段，此處不再細(xì)述。 污水處理是系統(tǒng)工程的組合，一般是遵循先易后難、先簡(jiǎn)后繁的規(guī)律。 其次，西門子公司同樣的產(chǎn)品系列還有不同應(yīng)用條件的產(chǎn)品，可以滿足擴(kuò)展 溫度范圍、防爆、高粉塵、高有毒有害和腐蝕性氣體污染等多種不同的應(yīng)用場(chǎng) 合 。采用這種編程語言對(duì)于熟悉邏輯電路和具有邏輯代數(shù)基礎(chǔ)的技術(shù)人員來說，是非常方便的。它類似于計(jì)算機(jī)的匯編語言，但比匯編語言通俗易懂，因此也是應(yīng)用很廣泛的一種編程語言。 PLC 還具有很強(qiáng)的自診斷能力，能隨時(shí)檢查出自身的故障，并顯示給操作人員，使操作人員能迅速檢查、判斷故障原因。絕大多數(shù)用戶都將可靠性作為選取控制裝置的首要條件。 2. 1. 1. 3 PLC 的特點(diǎn)及主要功能 1. PLC 的特點(diǎn) 雖然 PLC 的種類不同，規(guī)模不同，生產(chǎn)廠家也不一致，但是它們卻有很多共同的特點(diǎn) ： (1)程序編制簡(jiǎn)單 PLC 一般采用易于理解和掌握的梯形圖語言及面向工業(yè)控制的簡(jiǎn)單指令編制程序，非常形象直觀。一般的小型機(jī)多為整 體式結(jié)構(gòu)。隨著成本的大幅度下降，這種控制器逐漸進(jìn)入了實(shí)用階段，我國于 1974年開始研制， 1977年開始工業(yè)應(yīng)用。它具有控制能力強(qiáng)、操作方便靈活、價(jià)格便宜、可靠性高等持點(diǎn)。 隨著自動(dòng)化水平的不斷提高及其在社會(huì)各個(gè)方面的應(yīng)用越來越廣泛，自動(dòng)化 系統(tǒng)在污水處理這一方面也發(fā)揮了其強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。大力發(fā)展小城鎮(zhèn)是我國城市化過程的必由 之路 ， 是具有中國特色的城市化道路的戰(zhàn)略性選擇。拿陜西省為例，截至20xx年底，絕大多數(shù)縣級(jí)以上城市都擁有了正常運(yùn)行的污水處理廠，有的城市基于西門子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 3 還建成了中水廠并 已 投運(yùn)。 我國的污水處理開始于上世紀(jì)七十年代。我國 基于西門子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 2 的城市缺水現(xiàn)象更為嚴(yán)重，在 300多個(gè)大中城市中 180個(gè)城市缺水，其中 50多個(gè)城市嚴(yán)重缺水。由于現(xiàn)場(chǎng)總線多項(xiàng)先進(jìn) 性，注定了這套系統(tǒng)有較好的維護(hù)性和實(shí)施性。 應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、 PLC、控制儀表、執(zhí)行裝置、上位機(jī)監(jiān)控設(shè)備等可以組成一個(gè)高效、實(shí)時(shí) 、 可靠的網(wǎng)絡(luò)化全集成自動(dòng)化系統(tǒng)。 中國雖然總體上水資源有 m? ，但是人均只有 32300m ，是世界人均占有 量的 1/4，接近國際公認(rèn)的缺水警戒線，且分布極為不均，開發(fā)利用有相當(dāng)難 度，致使許多地區(qū)嚴(yán)重缺水，尤其是三北地區(qū)和沿海城市連年鬧 “ 水荒 ” 。水資源的短缺與粗放低效利用的狀態(tài)并存，水 資源及其安全性己經(jīng)成為中國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，是國家安全的重要支持因素 之一。 20xx年之后，國家大力扶持污水處理廠的建設(shè)，特別是山西、河北、河南、 陜西等中西部地區(qū)，每年都有數(shù)十座污水處理廠開工建設(shè)。 第二，未來的城市污水處理必須滿足 “ 三低一高 ” 條件 ： 即基建投資低、運(yùn) 行成本低、管理要求低、處理效率高。然 基于西門子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 4 而，由于資金不足、技術(shù)力量薄 弱等原因，還有很多中小型污水處理廠的自動(dòng)控 制水平還很低，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行效果不夠穩(wěn)定 。它用一串指令形式存放在存儲(chǔ)器中，然后根據(jù)存儲(chǔ)的控制內(nèi)容，經(jīng)過模擬、數(shù)字等輸入輸出部件，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備與生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展， 70年代中期出現(xiàn)了微處理器和微型計(jì)算機(jī)了，這使得可編程序邏輯控制器實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的集成化，從而使之工作更為可靠，更適應(yīng)工業(yè)環(huán)境，功能也大大加強(qiáng)了。 基于西門子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 6 2. 根據(jù)結(jié)構(gòu)形狀分類 從結(jié)構(gòu)和形狀上看， PLC 可分為整體式和模塊式兩種。模塊式 PLC 的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，各種插件比較多，造價(jià)也比較高 。在 PLC 的設(shè)計(jì)基于西門子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 7 和制造過程中，采取了多層次抗干擾及精選 元器件等措施，使 PLC 的平均無故障時(shí)間通常在 20xx0小時(shí)以上，這是一般的其它電氣設(shè)備做不到的。編程器不僅能對(duì) PLC 控制程序進(jìn)行寫入、讀出、檢測(cè)、修改等操作，還能對(duì) PLC的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，使得 PLC 的操作及維護(hù)都很方便。 指令語句就是用助記符來表達(dá) PLC 的各種控制功能，一般與梯形圖形式一一對(duì)應(yīng)。與功能方塊有關(guān)的指令均畫在方塊的左邊，輸出畫在方塊的右邊。 ，涉及面寬 首先，西門子公司擁有不同的產(chǎn)品系列，可以適用于不同規(guī)模的應(yīng)用 :簡(jiǎn)單 的 Logo，可以算得上是最簡(jiǎn)單的 PLC產(chǎn)品，或者說是界定與傳統(tǒng)的繼電器與 PLC 之間的一類，既具有繼電器簡(jiǎn)單易用的特點(diǎn)，又具有 PLC 集成度高、功能強(qiáng)、方便快捷的優(yōu)勢(shì) ； S7200系列 PLC，是一種小型 PLC，適用于對(duì)性能要求不高的場(chǎng)合 ； S7300系列，是模塊式中小型 PLC，在一個(gè)系統(tǒng)中最多可擴(kuò)展 32個(gè)不同的應(yīng)用模塊 ，可以滿足絕大多數(shù)的應(yīng)用場(chǎng)合，甚至能完成軟冗余 ： S7400是大型的 PLC，可以掛接 300多個(gè)模塊， H系列和 HF 可以完成硬件冗余，具有極高的處理速度和卓越的通訊性能，可以應(yīng)用與一些特殊要求的領(lǐng)域。 第三章 污水處理流程及其控制設(shè)計(jì) 3. 1 污水處理工藝流程 污水處理就是利用各種不同的方法，將污水中 所含的污染物質(zhì)分離或者將其 轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，從而使污水得到凈化的過程。從功能上可以將這個(gè)流 程分為三段 ： 分別是污水一級(jí)處理 (污水預(yù)處理 )，污水二級(jí)處理 (生物處理 )，污 泥處理。在沉淀過程中，顆粒自由沉淀，互不干擾 。傳統(tǒng)的活性污泥法工藝流 程 見圖 3. 4： 圖 基于西門子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 13 3. 1. 2 SBR污水處理工藝 SBR是一種活性污泥法運(yùn)行方式。其基本工藝流程圖如 圖 ： 圖 3. 2 安塞縣污水處理廠工藝介紹 . 1概述 安塞縣污水處理廠預(yù)處理段采用常見的格柵加旋流沉砂工藝，去除污水中的 雜質(zhì)和泥沙 ； 生化處理采用奧貝爾氧化溝污水處理工藝，污泥處理采用加藥和帶 式壓濾機(jī)壓縮脫水工藝。在柵渣出口第三章污水處理流程及其控制設(shè)計(jì)處設(shè)置無軸螺旋輸送壓榨機(jī) 1臺(tái)，規(guī)格為? 。 污水處理段包括一次分配井、氧化溝、二次分配井、污泥泵房、二次沉淀 池、接觸 消毒池等，是污水二級(jí)處理的核心構(gòu)筑物。 廠區(qū)內(nèi)設(shè)置圓形二次沉淀池兩座，內(nèi)徑 24m，深 4. 8m。在回流污泥泵房?jī)?nèi)設(shè)置剩余污泥泵 2臺(tái)， 1用 1備。 基于西門子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 18 圖 3. 9粗格柵系統(tǒng)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)和轉(zhuǎn)鼓清污機(jī)的 運(yùn)行，流程圖如圖 3. 10所示。兩套旋流除砂機(jī) 一用一備，通過現(xiàn)場(chǎng)插板閘門切換。 3. 3. 5污泥回流和排放部分的過程控制 污泥回流系統(tǒng)程序主要控制污泥回流泵的運(yùn)行和停止，其工作過程包括以下 幾個(gè)方面。 基于西門子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 23 第四章污水處理廠自控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4. 1 安 塞縣污水處理廠自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述 與普通的城市污水處理廠一樣，安塞縣城市污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)也是一 個(gè)集數(shù)據(jù)采集和自動(dòng)控制為一身的高度自動(dòng)化的系統(tǒng)。但由于其技術(shù)完全公 開，很快地被大家所接受，通過不斷改進(jìn)、提升，并進(jìn) 行應(yīng)用優(yōu)化，市場(chǎng)占有率越來越大，而成本也越來越低，成為主流?？偩€上最多可掛接 127個(gè)站點(diǎn)，傳輸速率為 ，其最大傳輸距離在 12Mbps時(shí)為 100m, 400m，可用中繼器延長(zhǎng)至 l0km。 4. 3 設(shè)計(jì)選型 4. 3. 1硬件選型 1I/0 站選型 基于西門子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 25 1I/0 站負(fù)責(zé)進(jìn)水預(yù)處理部分設(shè)備的信號(hào)采集和過程控制 。 總計(jì)模板數(shù)量為 6塊，滿足機(jī)架對(duì)模板數(shù) =8的要求 。 根據(jù)廠區(qū)的處理規(guī)模和控制要求，選擇德國西門子中型 PLC 產(chǎn)品 S7300系列。利用 Step7可以方便地創(chuàng)建一個(gè)自動(dòng)化解決方案。它可以為過程信號(hào) (Input/Output)，位存儲(chǔ) (BitMemory)和塊 (Block)設(shè)定符號(hào)名和注釋。通用組態(tài)軟件主要特點(diǎn)有 ： (1)延續(xù)性和可擴(kuò)充性 ； 用通用組態(tài)軟件開發(fā)的應(yīng)用程序，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng) (包括硬件設(shè)備或系統(tǒng)結(jié)構(gòu) )或用戶需求發(fā)生改變時(shí)，不需作很多修改而方便地完成軟件的更新和升級(jí)以及軟件移植。 WinCC 安裝界面，如圖 4. 2所示。 安塞縣污水處理廠自控系統(tǒng)創(chuàng)建的符號(hào)表如圖 5. 2所示 基于西門子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 30 圖 創(chuàng)建符號(hào)表 5. 2. 2軟件塊 在 Step7軟件中，結(jié)構(gòu)化的用廣程序是阻 ：“ 軟件塊 ” 的形式實(shí)現(xiàn)的。 在 Step7標(biāo)準(zhǔn)控制功能中有多種 PID控制模塊，使用時(shí)可直接選用。 (4)報(bào)表功能 ： 對(duì)需要上報(bào)或?qū)Ρ?、?bào)警記錄以及長(zhǎng)期需要保存的數(shù)據(jù)生成報(bào)表進(jìn)行定時(shí)或?qū)崟r(shí)打印存檔。 以下是上位監(jiān)控軟件部分截圖。該項(xiàng)目采用了一種所謂 “ 混合 控制系統(tǒng) ” 的總體方案，即集中控制采用 SIEMENS公司的 S7300系列 PLC 構(gòu)成 ProfiBusDP 分布式控制系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理，進(jìn)而對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制 。 (2)監(jiān)控組態(tài)軟件 WniCC 是一個(gè)集成的人機(jī)界面 ((HMI)系統(tǒng)和監(jiān)控管理(SCADA)系統(tǒng)，利用其設(shè)計(jì)的監(jiān)控畫面具有 Windows的動(dòng)態(tài)效果。 (6)基于 TCP/IP協(xié)議的工業(yè)以太網(wǎng)具有傳輸速度高、低耗、易于安裝和兼容性好等方面的優(yōu)勢(shì)，支持幾乎所有的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，是企業(yè)管理層廣泛采用的一種網(wǎng)絡(luò)。 基于西門子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 38 參考文獻(xiàn) [1] 柏景方 .污水處理技術(shù) .哈爾濱 : 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， 20xx. 14 [2] 曹鳳中，戴天有等 .地表水污染及其控制 .北京 : 中國環(huán)境科學(xué)出版社， 1993. 12 [3] 羅春 .論國內(nèi)城市污水處理現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) .水處理信息報(bào)道 .20xx，第 6期 .15 [4] 高峰 .何昌軍等 .自動(dòng)控制系統(tǒng)在污水處理中的應(yīng)用 .環(huán)境科學(xué)與管理 ， 20xx，33(2).8991 [5] 陽憲惠 .現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用 .北京 : 清華大學(xué)出版社， 1999. 1518 [6] 許繼平，劉載文，崔莉鳳 .基于模糊 PID控制的污水處理 DO 控制 [ j ]. 維普資訊 .20xx， 21 (4) .70一 77 [7] 鄭文波，陽憲惠等，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)綜述 .機(jī)械與電子 .1997. 5 [8] 顧洪軍 .工業(yè)企業(yè)網(wǎng)與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及應(yīng)用 .北京 : 人民郵電出版社 .20xx. 10 [9] 李百煌 .現(xiàn)場(chǎng)總線 (ProfiBUS)技術(shù)應(yīng)用論文集 (1).北京 : 中國機(jī)電一體化術(shù)應(yīng)用協(xié)會(huì)， 20xx. 18 [10] 李百煌 .現(xiàn)場(chǎng)總線技 術(shù)應(yīng)用論文集 (2).北京 : 中國機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用協(xié)會(huì)，20xx. 624 基于西門子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 39