【正文】 (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)。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 。 (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。 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。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(kāi)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。利用 Step7可以方便地創(chuàng)建一個(gè)自動(dòng)化解決方案。 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 ?？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。 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)。兩套旋流除砂機(jī) 一用一備，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)插板閘門切換。在回流污泥泵房?jī)?nèi)設(shè)置剩余污泥泵 2臺(tái)， 1用 1備。 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。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(jiàn)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。在沉淀過(guò)程中，顆粒自由沉淀，互不干擾 。 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(wú)害物質(zhì)，從而使污水得到凈化的過(guò)程。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。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。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 。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。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 。 20xx年之后，國(guó)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(kāi)工建設(shè)。 中國(guó)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(guó)際公認(rèn)的缺水警戒線，且分布極為不均，開(kāi)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 ” 。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。 我國(guó)的污水處理開(kāi)始于上世紀(jì)七十年代。大力發(fā)展小城鎮(zhèn)是我國(guó)城市化過(guò)程的必由 之路 ， 是具有中國(guó)特色的城市化道路的戰(zhàn)略性選擇。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)。一般的小型機(jī)多為整 體式結(jié)構(gòu)。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。它類似于計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言，但比匯編語(yǔ)言通俗易懂，因此也是應(yīng)用很廣泛的一種編程語(yǔ)言。 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 。 (污水預(yù)處理 ) 污水一級(jí)處理，一般可以分為四 :調(diào)節(jié)段、格柵段，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。普通的活性污泥法是連續(xù)運(yùn)行的，而 SBR 污水處理工藝中的活性污泥法是間歇運(yùn)行的，又稱為間歇式活性污泥法，其工藝 流程見(jiàn)圖 3. 5： 圖 SBR工藝流程圖 該工藝省去了二次沉淀池和調(diào)節(jié)池，曝氣池容積也小于連續(xù)式，基礎(chǔ)建設(shè)費(fèi) 用和運(yùn)行費(fèi)用都較低，同時(shí)還可以完成脫氮除磷的功能，并且不需要污泥回 流。 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。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。其工作過(guò)程包括以下幾個(gè)方面 ： (1)自動(dòng)過(guò)程開(kāi)始，啟動(dòng)細(xì)格柵機(jī)，定時(shí) 20min。 (1)自動(dòng)過(guò)程開(kāi)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)。工業(yè)以太網(wǎng) 遵循的 IEEE 802. 3國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，是一種開(kāi)放式的、多供應(yīng)商、高性能區(qū)域和單元 級(jí)網(wǎng)絡(luò)。 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。 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。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。 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(guò) Step7軟件進(jìn)行。用戶可方便地通過(guò)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(guò)上位機(jī)設(shè)置和修改。 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) 33 圖 5. 4全局圖 圖 5. 5格柵系統(tǒng) 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) 34 圖 5. 6水處理綜合廠房 圖 5. 7污泥處理系統(tǒng) 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) 35 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(lái)發(fā)展起來(lái)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。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。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。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(guó)債資金。 winCC 提供多種鏈接方式，如 c語(yǔ)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。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。 (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。 (2)符號(hào)編輯器用于創(chuàng)建和管理所有的全局符號(hào)。 4. 3. 1. 6 PLC 主站選型 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) 26 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。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。從實(shí)時(shí) 控制角度來(lái)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(wú)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。曝氣時(shí)間 如下 式所示 ： X24T OA mL SS? （ 31） AT 1個(gè)周期的曝氣時(shí)間， h 1/m排出比。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。打開(kāi)對(duì)應(yīng)的出水堰門， 即可向?qū)?yīng)的二次沉淀池注水。 柵前水深 1. lm。 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(guò)凝聚、吸 附、氧化、分解沉淀等過(guò)程去除水中的有機(jī)污染物。 下圖是一個(gè)典型的城市污水處理廠處理工藝流程圖。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)。梯形圖語(yǔ)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(lái)說(shuō)，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(yǔ)言中應(yīng)用最多。 (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。 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(guò)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)。 第二章 西門子 PLC及其 Prof i Bus現(xiàn)場(chǎng)總線 2. 1 西門子 PLC 2. 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(guò)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。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 。在我國(guó)經(jīng)濟(jì) 快速增長(zhǎng)，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(lái)說(shuō)仍呈連年加重的趨勢(shì)。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。以北京為例，全市水 資源人均占有量?jī)H為全國(guó)平均水平的 1/6， 而年用水量 已 達(dá) m? ，每年缺水約 3810m 。 我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對(duì)落后 。本文論述了城市污水處理廠自 動(dòng)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 。 1985年 1月，國(guó)際電工委員會(huì) (IEC)在頒布程序控制器標(biāo)準(zhǔn)草案第二稿時(shí)，將其進(jìn)一步定義為 ：“ 可編程序邏輯控制器 (PLC)是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子控制系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的存貯器，在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、 定時(shí)、計(jì)數(shù)及算術(shù)運(yùn)算等操作的指