【正文】 令。對(duì)于小型 PLC 而言，幾乎不需要任何專門的計(jì)算機(jī)知識(shí)，只需要擁有簡(jiǎn)單的電路或者邏輯知識(shí)即可，特別適合現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員使用。由于 PLC 的故障率很低，并且有完善的診斷和顯示能力 ，當(dāng) PLC 或外部的輸入裝置及執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，如果是 PLC 本身的原因，在維修時(shí)只需要更換相應(yīng)的插入式模塊 及其它易損件即可，既簡(jiǎn)單又方便。 編程方式采用畫工藝流程圖的方法編程，只要在每一個(gè)工藝方框的輸入和輸 出端標(biāo)上特定的符號(hào)即可。即首 先去除大塊的雜物，然后再依次去除懸浮固體、膠體物質(zhì)和溶解物質(zhì)。沉砂池一般設(shè)置在虹吸管、泵站、沉淀池前，保 護(hù)水泵和管道免受磨損和堵塞，減輕沉淀池負(fù)荷。 進(jìn)入廠區(qū)的污水經(jīng)過粗格柵后，粗大的樹枝、塑料袋、泡沫塊、水瓶等較大 的雜物被粗格柵攔截去除，送到壓榨機(jī)壓榨后送集渣小車外運(yùn)，較為干凈的污水 流入污水提升泵房。 廠區(qū)設(shè)置奧貝爾氧化溝兩座，均為 m? ，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。 3. 2. 4污泥處理段 污泥處理段包括儲(chǔ)泥池、加藥裝置和污泥脫水裝置。當(dāng)有污水泵運(yùn)行時(shí)， 砂水分離器和處于主用狀態(tài)的旋流除砂機(jī)均啟動(dòng)運(yùn)行，即旋流器、鼓風(fēng)機(jī)、電磁 閥和砂水分離器同時(shí)打開。 本系統(tǒng)分為現(xiàn)場(chǎng)控制層、集中控制層和遠(yuǎn)程監(jiān)控層。 MPI、工業(yè)以太網(wǎng)和 ProfiBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的性能價(jià)格比見圖 4. 1。 設(shè)備實(shí)際需求 AI為 18通道， DI為 47通道， 無 AO 和 DO， 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 3塊， DI模塊 2塊。 Step7不是一個(gè)單一的應(yīng)用程序，而是由一系列應(yīng)用程序構(gòu)成的軟件包。 目前在工控行業(yè)有多種組態(tài)軟件可選，常見的有 WinCC， KingView、 IFIX 等。插入塊的方法如下 ： 在 Blocks目錄下的空白區(qū)域單擊右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇【 Insert New object】【 Function】可插入一個(gè) FC。 項(xiàng)目建立之后， 要進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈接，建立 WinCC 與 SIMATTC PLC 的數(shù)據(jù)通訊。整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)工作主要有 : (1)根據(jù)該項(xiàng)目實(shí)際要求，結(jié)合設(shè)計(jì)單位原始設(shè)計(jì)，對(duì)系 統(tǒng)進(jìn)行了整體修改。然而現(xiàn)場(chǎng)總線 的統(tǒng)一特別困難，人們幾乎花了整整 20年的時(shí)間來理解現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用和復(fù)雜 性。 (5) Prof iBusDP 現(xiàn)場(chǎng)總線適用于污水處理廠等一般工業(yè)領(lǐng)域，可靠性高、實(shí) 時(shí)響應(yīng)性好、對(duì)環(huán)境要求低，是適合 工業(yè)環(huán)境下系統(tǒng)組網(wǎng)的一種現(xiàn)場(chǎng)總線。 本文對(duì)通過對(duì)國(guó)內(nèi)當(dāng)前的水資源狀況和污水處理工藝的仔細(xì)研究，結(jié)合現(xiàn)有 的污水處理自動(dòng)化工程項(xiàng)目一安塞縣污水處理廠自動(dòng)控制項(xiàng)目，從控制網(wǎng)絡(luò)的選 擇到監(jiān)控系統(tǒng)的建立，都提出了較快、較經(jīng)濟(jì)的解決方案。 (3)報(bào)警功能 ： 對(duì)超出設(shè)定值范圍的參數(shù)及設(shè)備故障進(jìn)行報(bào)警。接著就可以 通過 【 Hardware】進(jìn)入硬件組態(tài)，如圖 5. 1所示。 (5) NetPro網(wǎng)絡(luò)組態(tài)用于組態(tài)通訊網(wǎng)絡(luò)連接，包括網(wǎng)絡(luò)連接的參數(shù)設(shè)置和網(wǎng) 絡(luò)中各個(gè)通訊設(shè)備的參數(shù)設(shè)置?？蓪?duì)硬件和網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)組態(tài)，具有簡(jiǎn)單、直觀、便于修改等特點(diǎn)。 4. 3. 1. 3 3I/0 站選型 3I/0 站負(fù)責(zé)二沉池、污泥回流泵、加氯等設(shè)備的信號(hào)采集和過程控制 。 EN 50170標(biāo)準(zhǔn)保證投資在現(xiàn)在和將來都能得到保護(hù)。 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) 22 圖 3. 12污泥回流系統(tǒng)工作流程圖 污泥處理部分的過程控制為手動(dòng)啟動(dòng)控制，單套設(shè)備的啟動(dòng)順序如下 ： 空氣 壓縮機(jī)一 延遲 3分鐘后啟動(dòng)傾斜皮帶輸送機(jī)一 水平皮帶輸送機(jī)一 污泥濃縮脫 水機(jī)一 清洗水泵一 加藥泵一 污泥泵，單套設(shè)備的停機(jī)順序?yàn)?:污泥泵一 加藥 泵一 污泥濃縮脫水機(jī)一 延遲 1分鐘停水平皮帶輸送機(jī)一 傾斜皮帶輸送機(jī)一 延遲 3分鐘停清洗水泵一 空氣壓縮機(jī)。 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) 19 圖 3. 10 細(xì)格柵系統(tǒng)工作流程圖 3. 3. 2污水提升泵的運(yùn)行過程控制 安塞縣污水處理廠設(shè)置三套污水提升泵，污水提升泵房設(shè)置超聲波液位探測(cè) 器一套，用液位信號(hào)控制控制泵的啟停，流程圖如圖 3. 11所示。 廠區(qū)內(nèi)設(shè)置污泥回流泵房 1座，用于接收從二次沉淀池沉淀來的污泥。 經(jīng)過預(yù)處理的污水通過計(jì)量渠和階段閘門送到一次分配井，將分配到每一座 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) 16 氧化溝進(jìn)行進(jìn)一步處理。其實(shí)是在 OA2? 除磷工藝的基礎(chǔ)上增設(shè)了缺氧池，并且將好氧池流出的部分混合液回流至缺氧池，完成同步除磷脫氮功能。 除砂段一般由沉砂池和砂水分離器組成 。 ProfiBus現(xiàn)場(chǎng) 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。對(duì)于每一種 功能都使用一個(gè)運(yùn)算方塊，其運(yùn)算功能由方塊內(nèi)的符號(hào)確定。在軟件方面，PLC 設(shè)置了故障檢測(cè)及自診斷程序，用來檢測(cè)系統(tǒng) 硬件是否正常。這種結(jié)構(gòu)的 PLC配置靈活、裝配方便、易于擴(kuò)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)。現(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(jì)的原則，那就是簡(jiǎn)單至上的原則。九十年代中期，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，污水處理廠的自動(dòng) 化程度也在不斷的提高， PLC、工控機(jī)等也逐漸在新建污水處理廠普及開來。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到 20xx年底，全同己建設(shè)城市污水處理廠 427座，其中二級(jí)處理廠 282 座，二級(jí)處理率約為 15%。占世界人口總數(shù)量的 40%以上的 80多個(gè)國(guó)家為水資源缺乏國(guó)家，有近 30個(gè)國(guó)家為嚴(yán)重缺水國(guó)家。 1. 2 污水處理的現(xiàn)狀 1. 2. 1我國(guó)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。據(jù) 當(dāng) 時(shí)的文獻(xiàn)資料介紹，這樣的穩(wěn)定塘共計(jì) 38座，口處理生活污水 173萬噸。因此 ， 小城鎮(zhèn)的污水處理廠應(yīng)該是基建投資低、運(yùn)行成本低、運(yùn)行管 理相對(duì)容易，處理效率高的工藝。 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(jì)與實(shí)現(xiàn) 5 安裝 在一塊背板上。整體式 PLC 的缺點(diǎn)是主機(jī)的 I/0 點(diǎn)數(shù)固定，使用不夠靈活，維修也不方便。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)。這種編程語言可使用簡(jiǎn)易編程器編程，編程設(shè)備簡(jiǎn)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(bǔ)充。 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) 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。另外， 調(diào)節(jié)池還可以起到臨時(shí)儲(chǔ)存事故排水的作用。這個(gè)過程可以概括為 ： 短時(shí)間進(jìn)水一 曝氣反應(yīng)一 沉淀一 排水一 進(jìn)入下一個(gè)周期 。 污水經(jīng)過細(xì)格柵后，其中的雞毛、樹葉、紙片等小型的雜物被細(xì)格柵攔截。 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(jī)吸至污泥回流泵房。 (3) 2h定時(shí)到，運(yùn)行 細(xì)格柵機(jī) 20min，循環(huán)進(jìn)行。 (3)若液面處于最高位和最低位之間，啟動(dòng)污泥回流泵。當(dāng)采用雙絞線 網(wǎng)絡(luò)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)最大可擴(kuò)展 1400米，兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的最大距離為 100米。 4. 3. 1. 2 2I/0站選型 2I/0 站負(fù)責(zé)水處理核心部分一氧化溝設(shè)備的信號(hào)采集和過程控制 。 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(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接的串行通訊提供了較低成本的解決方案。 (3)硬件組態(tài)對(duì)自動(dòng)化項(xiàng)目的硬件進(jìn)行組態(tài)和參數(shù)設(shè)置。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(shí)候，都要進(jìn)行硬件組態(tài)。主畫面模擬現(xiàn)場(chǎng)工作狀況，能夠直觀、精確了解現(xiàn)場(chǎng)工作狀況。由于 PLC 具有通用性強(qiáng)、可靠性高、 適應(yīng)性強(qiáng)、性價(jià)比高、編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)，體積小、能耗低， 系統(tǒng)安裝、調(diào)試方 便等特點(diǎn)，逐步替代了過去許多使用專用計(jì)算機(jī)和繼電器系統(tǒng)的場(chǎng)合，從而使其 在各行各業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。 (3) S7300系列 PLC 體積 小、重量輕、功能強(qiáng)、性能好。相信在不久的將來，會(huì)看到越來越多的現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品，選擇的余地也會(huì)越來越大。 (3)通過對(duì)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(yùn)用 “ 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì) ” 方法，編制了該系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng) PLC 控制程序，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的自動(dòng)控制。數(shù)據(jù)鏈接建立以后，利用變量管理器設(shè)計(jì)程序中可能用到的變量。用同樣的方法可以插入 OB， FB， DB等。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(jì)與實(shí)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(xiàng)目開發(fā)周期。可以使用 SIMATIC 管理器在離線或在線方式下工作，完成建立項(xiàng)目、組態(tài)硬件網(wǎng)絡(luò)、編寫調(diào)試程序等功能。設(shè)備實(shí)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(shí)際的模板型號(hào) ， 選擇 AI模板 1塊， DI模塊 2塊， DO 為 2塊。 圖 MPI, ProfiBUS 和工業(yè)以太網(wǎng)的性價(jià)比 經(jīng)過綜合比較，又根據(jù)污水處理廠實(shí)際應(yīng)用需要，選用 “ 現(xiàn)場(chǎng)總線 +工業(yè)以 太網(wǎng) ” 的方案更為合理。現(xiàn)場(chǎng)控制層負(fù)責(zé)采集工藝設(shè)備的運(yùn)行 狀態(tài)，儀表的 檢測(cè)信號(hào)一級(jí)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和執(zhí)行裝置進(jìn)行控制。當(dāng)檢 測(cè)到 砂水分離器出現(xiàn)故障時(shí)，將同時(shí)對(duì)除砂系統(tǒng)所有設(shè)備停機(jī)，并發(fā)送一條一級(jí)報(bào)警 信息 。 3. 3 安塞縣污水處理廠過程控制設(shè)計(jì) 3. 3. 1粗格柵和細(xì)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(jī)一 臺(tái)。 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。 污水經(jīng)過提升后，流入細(xì)格柵井，做進(jìn)一步的處理。 3. 1. 1. 2污水二級(jí)處理 (生物處理 ) 污水二級(jí)處理，包括污水生物處理、沉淀和加藥三個(gè)過程，其中污水的生物 處理是核心。在各種處理方法中，目前生物處理方法仍是整個(gè)城市污水處理的主流。 2. 1. 2西門子 PLC 的特點(diǎn) 德國(guó)的西門子公司在過程自動(dòng)化領(lǐng)域有極高的知名度， PLC 及其相關(guān)設(shè)備的 產(chǎn)銷量都很高。 2. PLC 的主要功能 PLC 是采用微電子技術(shù)來完成順序控制功能的自動(dòng)化設(shè)備，可以在現(xiàn)場(chǎng)的輸 入信號(hào)作用下，按照預(yù)先輸入的程序，控制現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照一定規(guī)律進(jìn)行動(dòng) 作，其主要功能如下 : (1)開關(guān)量控制 (2)限時(shí)控制 (3)計(jì)數(shù)控