【導(dǎo)讀】為了提高污水處理廠的運行管理水平，PLC也成。結(jié)合污水處理廠自動化控制系統(tǒng)的運行情況，PLC對污水廠的。系統(tǒng)能夠自行報警。設(shè)計包含了污水處理廠的設(shè)備組成、自動化控制方式和PLC各工。減少現(xiàn)場操作人員、提高安全性發(fā)揮的良好效果。

　　

【正文】 （ 2) 泥區(qū)分布的一次設(shè)備及其功能 排污泵 :主要是將沉砂池中的污泥送入初沉池中，進而對污泥進行處理。 配電設(shè)備 :用來給排污泵供電。 傳送機 :用來將處理好的泥餅從脫水泵房運送出去。 各種傳感器 :用來采集現(xiàn)場的模 擬量。 以上所說各種設(shè)備均為系統(tǒng)中 PLC 的監(jiān)控對象，系統(tǒng)一次設(shè)備與 PLC 的連接 : 其中配電設(shè)備通過傳感器與 PLC 進行通訊，使 PLC 能監(jiān)測到配電設(shè)備的各種開關(guān)量和模擬量，進而達到監(jiān)控配電區(qū)的作用 。 污水處理系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 23 PLC 具體配置情況 編程設(shè)備：編程器是 PLC 開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控 PLC 及 PLC 所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。小編程器 PLC 一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當(dāng)編程器。 人機界面：最簡單的人機界面是指 示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛 。 輸入輸出設(shè)備：用于永久性地存儲用戶數(shù)據(jù)，如 EPROM、 EEPROM 寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機等。 依靠先進的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出 網(wǎng)絡(luò)就是控制器 的觀點說法。 PLC 具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使 PLC 與 PLC 之間、 PLC 與上位計算機以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。多數(shù) PLC 具有RS232 接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。 PLC 的通信，還未實現(xiàn)互操作性， IEC 規(guī)定了多種現(xiàn)場總線標準， PLC 各廠家均有采用。 對于一個自動化工程 (特別是中大規(guī)模控制系統(tǒng) )來講，選擇網(wǎng)絡(luò)非常重要的。首先，網(wǎng)絡(luò)必須是開放的，以方便不同設(shè)備的集成及未來系統(tǒng)規(guī)模的擴展；其次，針對不同網(wǎng)絡(luò)層次的傳輸性能要求，選擇網(wǎng)絡(luò)的形式，這必須在較深入地了解該網(wǎng)絡(luò)標準的協(xié)議、機制的前提下進行；再次，綜合考慮系統(tǒng)成本、設(shè)備兼容性、現(xiàn)場環(huán)境適用性等具體問題，確定不同層次所使用的網(wǎng)絡(luò)標準。 根據(jù)具體情況， 本監(jiān)控系統(tǒng)的 PLC 分成水區(qū) PLC 和泥區(qū) PLC 兩個分站。根據(jù)水區(qū)和泥區(qū)的監(jiān)控對象的點數(shù)的多少，對 PLC 分別配置如下 : 本項目水區(qū)與泥區(qū) PLC 配置相同，均采用 SIEMENS 的 S7200 系列。根據(jù)具體要求， PLC 總體配置如下 : 中央處理模塊 (CPU)選用 CPU226，共有 24 點輸入和 16 點輸出，滿足自動控制所需的輸入輸出要求。 24V DC 輸入， 24V DC 輸出，本機集成 24 點輸入和 16 點輸出共 40 個數(shù)字量 I/O點，可連接 7 個擴展模塊，最大擴展至 248 路數(shù)字 量 I/O 點或 35 路模擬量 I/O 點。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。 6個獨立的 20KHz高速脈沖輸出具有 PID控制器。 RS485通訊 /編程口，具有 PPI 通訊協(xié)議、 MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。 I/O 端子排很容易 整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入 /輸出點，更強的模塊擴展能力，更快的運行 速度 和合功能更強的內(nèi)部集成特殊功能。 污水處理系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 24 系統(tǒng)構(gòu)成及其布局 根據(jù)工藝特點和控制要求，本系統(tǒng)采用分布式集散監(jiān)控系統(tǒng)，按流程設(shè)兩個 PLC分站，分別監(jiān)控水區(qū)和泥區(qū)的設(shè)備運行和控制，設(shè)一個總站集中分站信息并控制分站工作 。具體控制分為 : （ 1) 現(xiàn)場就地手動控制，設(shè)現(xiàn)場箱或按鈕站，由“現(xiàn)場 /遙控”轉(zhuǎn)換控制狀態(tài)，“現(xiàn)場”設(shè)點動按鈕，用于調(diào)整和檢修。 （ 2) 各開關(guān)柜 (包括 :10kV 進線柜、 進線柜等 )，由“自動 /停止 /手動”轉(zhuǎn)換控制狀態(tài)，“手動”設(shè)啟 /停按鈕，用于手動操作。 （ 3) 分站控制，用可編程控制器和工業(yè)控制計算機系統(tǒng)等自控設(shè)備，自動監(jiān)控所屬范圍運行。 （ 4) 總站主機控制，多為計算機監(jiān)控管理系統(tǒng)，集中分站信息，進行各種處理，并通過分站統(tǒng)一控制全廠運行，滿足工藝測控要求，使全廠運行處于 最佳狀態(tài)，是監(jiān)控管理的中心。 監(jiān)控系統(tǒng)由操作員工作站、服務(wù)器工作站、投影儀、打印機、 2 個 PLC 工作站和現(xiàn)場一次設(shè)備。通信網(wǎng)絡(luò)采用西門子的過程現(xiàn)場總線標準 (Profibus)，它為分布式I/O 站或驅(qū)動器等現(xiàn)場器件提供了高速通信所需的用戶接口，以及提供了在主站間大量數(shù)據(jù)內(nèi)部交換的接口通信協(xié)議采用 SINEC L2，該協(xié)議遵從 DIN19245 標準。 SINEC L2又分為如下子協(xié)議 :L2TF、 L2FMS、 L2DP 及 L2AP。其中 L2DP 遵從 Profibus 標準開放式結(jié)構(gòu)，適用于對時間要求嚴格的現(xiàn)場， 能夠以最快的速度快速處理和傳送網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。所以本系統(tǒng)可以快速的采集和處理由 PLC 所采集的數(shù)據(jù)，符合控制系統(tǒng)要求的快速性。 監(jiān)控系統(tǒng)的軟件部分 計算機操作系統(tǒng)采用 Microsoft Windows 2020 Professional 中文版操作系統(tǒng)。歷史數(shù)據(jù)庫采用 Microsoft SQL Server 2020 中文版軟件。上位機監(jiān)控軟件采用當(dāng)前流行的美國 GE 公司的 組態(tài)軟件來實現(xiàn)。 （ 1） 操作系統(tǒng)軟件 Windows 2020 Professional 中文版操作系統(tǒng)提供了一個快速、 高效的多用戶、多任務(wù)操作系統(tǒng)環(huán)境，是目前使用廣泛的工控操作系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采用 Windows 2020 server 中文版配合 Microsoft SQL2020 使用，用來保存歷史數(shù)據(jù)。各工作站均采用 Windows 2020 Professional 中文版操作系統(tǒng)。 （ 2） 監(jiān)控軟件 實現(xiàn)了對整個系統(tǒng)的開關(guān)量、狀態(tài)量、電量、模擬量的采集和處理，并顯示在主工作站的界面上 。對一些污水處理廠重要的物理量如各個進水泵的電流、頻率、出口壓力等都實時顯示在主工作站的主界面上，便于調(diào)度員及時污水處理系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 25 掌握系統(tǒng)的 運行情況 。 （ 3） 數(shù)據(jù)庫軟件 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上安裝 Microsoft SQL 2020 中文版，用來儲存整個電站重要的歷史數(shù)據(jù)，通過 與 Microsoft SQL 2020 的通訊來讀取歷史數(shù)據(jù)。單獨設(shè)計一個數(shù)據(jù)庫服務(wù)器可以避免因為系統(tǒng)局部故障導(dǎo)致歷史數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象的發(fā)生。 （ 4） STEP7 可以利用 IEC1131 標準中八種編程語言中的六種 (STL、 LAD、 FBD、CFC、 SFC 和 SCL)進行編程。本系統(tǒng)利用 STEP7 對西門子可編程序控制器進行配置、編程。 污水處理系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 26 第 3 章 PLC 設(shè)計 PLC 構(gòu)成的控制系統(tǒng) 在廠區(qū)電氣自控的總體設(shè)計上，應(yīng)在允許的條件下，提高污水處理廠的自動化程度。盡量做到無人值守。這一點對減少小型污水處理廠的單方經(jīng)營成本有很重要的意義。因為，盡管污水廠較小，如果沒有自動化程度較高的自控系統(tǒng)，往往需要按崗定員，這樣 300020200 噸 /日的污水處理廠也需要 1030 人。實際上，對于規(guī)模稍大的污水廠，定員也不過如此，所以相對人力成本很高。在條件允許的情況下，盡量提高污水廠的自動化程度。有條件時，還可在反應(yīng)池等重要地方安裝攝像頭，以監(jiān)視污水廠的運行狀況。 在電纜布置 上，也有著與大型污水處理廠不同的特點。各處理構(gòu)筑物的電氣與信號電纜的鋪設(shè)應(yīng)盡量結(jié)合構(gòu)筑物上的管溝和渠道，從整體效果來看，整個處理構(gòu)筑物表面看不到任何電纜和管線的敷設(shè)，只有走道板及蓋鍍鋅鋼格板的管溝，既美觀又便于維護管理。在某些情況下，全廠的電纜溝可以借助某個構(gòu)筑物實現(xiàn)。一般來講，配電與信號傳輸從輔助處理單元（包括辦公及變配電）要到水處理和泥處理單元，無論是先經(jīng)過哪個處理單元，都可以在處理構(gòu)筑物的側(cè)壁上向池內(nèi)挑出管溝， 作為 管道與電纜的通道，服務(wù)于本處理單元的同時，又可使電力和信號到達另一個處理單元。這樣既方便 了總圖的布置，又節(jié)省的工程造價 。 污水處理系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 27 系統(tǒng)控制設(shè)備框圖如圖 31 所示 。 圖 31 系統(tǒng)控制設(shè)備框圖 污水處理系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 28 PLC 構(gòu)成的控制系統(tǒng) 設(shè)計步驟如圖 32 所示 。 圖 32 PLC 構(gòu)成的控制系統(tǒng)設(shè)計步驟 課題報告 系統(tǒng)構(gòu)成的確定 I/O 點數(shù)的確定 決定運行方式 確定控制 方式 I/O 分配 確定存儲器容量 選擇 I/O 模塊 控制回路設(shè)計 程序設(shè)計 調(diào)試運行 外圍電路設(shè)計 選擇外設(shè) 控制盤、柜設(shè)計 污水處理系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 29 此種設(shè)計方法與常用的繼電器控制邏輯設(shè)計比較，組件的選擇代替了原來的部件選擇，程序設(shè)計代替了原來的硬件設(shè)計。 我們采用一臺 PLC 控制多臺監(jiān)測儀器的集中控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)用于監(jiān)測對象（儀器）所處的地理位置比較接近，且相互之間有一定聯(lián)系的場合 如圖 33 所示。 圖 33 集中控制系統(tǒng) 用 PLC 構(gòu)成的監(jiān)測控制系統(tǒng)，有自動和手動 兩 種運行方式。在進行完總體設(shè)計以及具體的硬件系統(tǒng)設(shè)計和軟件系統(tǒng)設(shè)計后，除要分別對其進行調(diào)試外，必須對整個系統(tǒng)進行聯(lián)合調(diào)試和試運行，反復(fù)進行硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的修改調(diào)整，使整個系統(tǒng)全 部投入正常工作為止。 PLC 在監(jiān)測系統(tǒng)中要完成信號實時采樣、脈沖量累計、預(yù)警報信號監(jiān)測與報警輸出等，并通過各種傳感變送器與傳感器連接。 PLC 作為一種控制設(shè)備，用它單獨構(gòu)成一個監(jiān)測系統(tǒng)是有局限性的，主要是無法進行復(fù)雜運算，無法顯示各種實時圖形和保存大量歷史數(shù)據(jù)，也不能顯示 漢字和打印漢字報表，沒有良好的界面。這些不足，我們選用上位微機來彌補。上位微機完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的存貯、處理與輸出，以圖形或表格形式對現(xiàn)場進行動態(tài)模擬顯示、分析限值或警報信息，驅(qū)動打印機實時打印各種圖表 。 對于環(huán)保要求較嚴格的污水處理廠，可考慮在處理構(gòu)筑物增設(shè)上部建筑或加蓋的方式，以隔絕臭氣。如果增設(shè)上部建筑，可采用透光陽光板或彩色壓型鋼板的罩棚， 外形做成圓拱形。其特點外形美觀，視覺效果好，設(shè)備設(shè)在室內(nèi)，便于維護管理。在高出地面的池子部分，做成天藍色或湖綠色彩帶。既與罩棚相呼應(yīng)，又減弱了純構(gòu)筑物的僵硬、呆板。 構(gòu)筑物上部加蓋的方式，是在其上設(shè)混凝土蓋板，在可能的情況下，在蓋板上可填 300500mm 的土，種植綠化，增加全廠的綠化面積。這種處理辦法特別適用于需采用自重抗浮的情況。 兩種方法比較各有優(yōu)缺點，采用陽光板或壓形鋼板拱形罩棚的辦法，外形美觀，管理方便，但為了日常的檢修，往往需要增加吊車，另外，采用這種圓拱頂應(yīng)注意在嚴寒地區(qū)冬季結(jié)露的問題；第二種方案造價較省，但需在混凝土蓋板上開孔，以便池內(nèi)設(shè)備的安裝及維護管理。另外由于上部加了混凝土蓋，對于表曝機不太適合。 采用傳統(tǒng) SBR 處理工藝 ： 控制器 控制對象 控制對象 控制對象 污水處理系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 30 （ 1） 具有占地省，處 理效果可靠，自動化程度高等優(yōu)點。 （ 2）各處理構(gòu)筑物布置緊湊 。 （ 3）采用旋流沉砂池，與 四 座 SBR 池合建，由 SBR 池中間的渠道給 四 座 SBR 配水。 （ 4） 泥處理單元由濃縮池與脫水機房合建組成。全廠占地面積 較少 ， 但并不顯擁擠，系統(tǒng)的設(shè)計步驟如圖 34 所示 。 圖 34 系統(tǒng)的設(shè)計步驟 系統(tǒng)構(gòu)成 CPU 模塊的選擇 編程器的選擇 I/O 模塊的選擇 電源框架的選擇 消耗電流計算計算 模塊排列的決定 安裝和配線 N Y 選擇標準 程序存儲器容量 功能存儲器容量 通訊功能的必要性 特殊功能 調(diào)試功能的必要性 選擇標準 程序編制方法（圖示或命令語句） 圖面化的必要性 保存方法 選擇標準 輸入輸出規(guī)格 I/O 點數(shù) 接線（端子臺 /插座） 特殊模塊（安裝位置） 選擇標準 I/O 槽數(shù) +5V 電源容量 +24V 傳感器用電源容量 選擇標準 AC/DC 線路 輸入輸出線路 耐噪聲 污水處理系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 31 控制軟件 PLC 梯形圖所用邏輯符號與繼電器、接觸器系統(tǒng)原理圖的相應(yīng)符號極其相似，人們能迅速熟悉該種編程語言。一般設(shè)計梯形圖程序大都采用繼電器系統(tǒng)電路圖的設(shè)計方法。對 于復(fù)雜的系統(tǒng)，在梯形圖設(shè)計中采用大量的中間單元來完成記憶、 連鎖 、互鎖等功能，由于需要考慮的問題較多，分析起來非常困難，并且很容易遺漏一些該考慮的問題，且修改和閱讀也很困難。根據(jù)功能圖表設(shè)計 PLC 的梯形圖程序，可以有效地解決以上問題，達到事半功倍的效果。 我們在課題研究中下位機 PLC 采用梯形圖來編制程序。 下位 PLC 軟件用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、脈沖計數(shù)轉(zhuǎn)換、限值邏輯判斷及聲光報警輸出、通信數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。 數(shù)據(jù)通訊與分離模塊完成 PLC 與微機間數(shù)據(jù)和命令的雙向傳送，并將得到的數(shù)據(jù)按系統(tǒng)要求的格式分離成系統(tǒng) 變量。 顯示