【導(dǎo)讀】單臺變頻器的獨立運行模式已經(jīng)不能滿足污水處理系統(tǒng)的工藝要求，因。此，多任務(wù)系統(tǒng)運行已經(jīng)成為發(fā)展趨勢。該系統(tǒng)是建立在計算機、PLC、傳動裝置間數(shù)據(jù)通訊的基礎(chǔ)。上，用來實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的運行狀態(tài)監(jiān)控和控制命令的下達。系統(tǒng)運用SIEMENSS7-400PLC作為控制核心，各級。監(jiān)控系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)相互連接，通過此設(shè)計提高了污水處理廠的運行管理水平。的設(shè)備組成、自動化控制方式和各工作站的功能、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成等。該系統(tǒng)不僅具有較強的并行協(xié)調(diào)處理能力，而且具有高可靠性、靈活性和可擴展性，充分證明自動化控制系統(tǒng)對提高生產(chǎn)效率、無人值守或少。人值守、提高安全性具有良好效果。

　　

【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 。 PLC 具體配置情況 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 : 水區(qū) PLC 配置 水區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)的 PLC 采用 SIEMENS 的 S7400 系列。根據(jù)水區(qū)的具體要求，水區(qū) PLC總體配置如下 : 中央處理模塊 (CPU):選用 CPU412。 數(shù)字量輸入模塊 (DI):選用 SM421，共 14 塊 (32 點 /塊 )，處理 448 點輸入信號 。 數(shù)字量輸出模塊 (DO):選用 SM422，共 5 塊 (32 點 /塊 )，處理 160 點輸出信號 。 模擬量 輸入模塊 (AI):選用 SM431。共 6 塊 (16 點 /塊 )，處理 96 點輸入信號 。 通信模塊 (CP):選用 CP4435,共 1 塊為 RS485 接口 。 接口模板 (IM):選用 IM4600 和 IM4600，用于 PLC 的擴展。 泥區(qū) PLC 配置 泥區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)的 PLC 采用 SIEMENS 的 S7400 系列。根據(jù)泥區(qū)的具體要求，泥區(qū) PLC總體配置如下 : 中央處理模塊 (CPU):選用 CPU4122。 數(shù)字量輸入模塊 (DI):選用 SM421，共 15 塊 (32 點 /塊 )。處理 480 點輸入信號 。 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)論文 22 數(shù)字量輸出模塊 (DO):選用 SM422，共 4 塊 (32 點 /塊 )。處理 128 點輸出信號 。 模擬量輸入模塊 (AI):選用 SM431，共 2 塊 (16 點 /塊 )。處理 32 點輸入信號 。 通信模塊 (CP):選用 CP4435，共 1 塊為 RS485 接口。 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)長就地手動控制，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(biāo)準(zhǔn) (Profibus)DP，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(biāo)準(zhǔn)。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。 SIMATIC S7400 簡介 SIMATIC S7400 系列 PLC 是西門子公司生產(chǎn)的大中型可編程序控制器，其功能強大，穩(wěn)定性高，完全適合城市污水處理對可編程序控制器功能的要求。 SIMATIC S7400 是應(yīng)用 于中、高檔性能范圍的可編程序控制器。模塊化及無風(fēng)扇的設(shè)計，堅固耐用，容易擴展和廣泛的通訊能力，容易實現(xiàn)的分布式結(jié)構(gòu)以及用戶友好的操作使 SIMATIC S7400 成為中、高檔性能控制領(lǐng)域中首選的理想解決方案。用戶還可以根據(jù)需要不斷的進行升級可編程序控制器。 SIMATIC S7400 自動化系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計。它所具有的模板的擴展和配置功能使其能夠按照每個不同的需求靈活組合。一個系統(tǒng)包括 :電源模板、中央處理單元 (CPU)、各種信號模板 (SM)、通訊模板 (CP)、功能模板 (FM)、接口模板 (IM)等 。 監(jiān)控系統(tǒng)的軟件部分 計算機操作系統(tǒng)采用 Microsoft Windows 20xx Professional 中文版操作系統(tǒng)。歷史數(shù)據(jù)庫采用 Microsoft SQL Server 20xx 中文版軟件。上位機監(jiān)控軟件采用當(dāng)前流行的天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)論文 23 美國 GE 公司的 組態(tài)軟件來實現(xiàn)。 （ 1) 操作系統(tǒng)軟件 Windows 20xx 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 20xx server 中文版配合 Microsoft SQL20xx 使用，用來保存歷史 數(shù)據(jù)。各工作站均采用 Windows 20xx 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 20xx 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 20xx 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(biāo)準(zhǔn)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。 （ 5) SIX 利用 SIMATIC S7400 在 中驅(qū)動程序，可以在 數(shù)據(jù)庫中配置 PLC 的 DI、 DO、 AI 和 DB 等模塊和中間繼電器的地址分配 。 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)論文 24 5 污水處理系統(tǒng)中 PLC 的 設(shè)計 PLC 簡介 利用可編程序控制器（ PLC）組成遠程自動監(jiān)測系統(tǒng)時，首先遇到的是 PLC 的選型問題。在選用 PLC 時，除把可靠性、環(huán)境適應(yīng)性放在首位外，還要根據(jù)具體應(yīng)用場合盡量選用合適的可編程序控制器。 關(guān)于可編程控制器選型的一般原則可從以下幾方面考慮： 明確控制對象要求。本系統(tǒng)要求改善信息管理，把 PLC 與上位微機的通訊能力遠程 I/O 與微機通訊方式和手段作為選擇的依據(jù)。 PLC 響應(yīng)時間的影響因素有：輸入信息時， CPU 讀解用戶邏輯網(wǎng)絡(luò)時間和輸出時間。 PLC 的實時響應(yīng)性還受到系統(tǒng) 中最慢儀器的限制，與上位機的通訊也將增加服務(wù)時間。 功能選擇要根據(jù)不同的控制對象確定。具體有：替代繼電器、數(shù)學(xué)運算、數(shù)據(jù)傳遞、矩陣功能、高級功能、診斷功能以及串行接口。 輸入輸出模塊選擇。輸入 /輸出模塊是 PLC 與被控對象之間的接口，模塊選擇得當(dāng)否直接影響控制系統(tǒng)的可靠性。 存儲器類型及其容量選擇。小型 PLC 作為單機小規(guī)模控制使用時，由于工藝簡單、程序固定，多數(shù)使用 EPROM 或 EPROM 加 RAM。對于中、大規(guī)模的 PLC，往往用于工藝比較復(fù)雜，且多變的場合，程序改變較多，因此一般都使用 CMOSRAM 存儲器，且有后備電池，以便關(guān)機時保存存儲信息。根據(jù)控制規(guī)模和應(yīng)用目的，我們按下列公式進行估算： （ 1）代替繼電器 M＝ Km［（ 10 DI）＋（ 5 DO）］ [1] （ 2）模擬量控制 M＝ Km［（ 10DI ）＋（ 5DO ）＋（ 100AI ）］ （ 3）多路采樣控制 M＝ Km｛［（ 10DI ）＋（ 5DO ）＋（ 100AI ）］＋（ 1+采樣點 0 ． 25） ｝ 式中 DI 為數(shù)字（開關(guān)）量輸入信號； DO 為數(shù)字（開關(guān)）量輸出集中； AI 為模擬量輸入信號； Km 為每個節(jié)點所占存儲器字節(jié)數(shù)； M 為存儲器容量。 我們 還可在編完程序以后精確地計算出存儲器實際使用容量。 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和方式的選擇。用 PLC 構(gòu)成的控制系統(tǒng)有集中控制、遠程 I/O控制和分布式控制等三種方式。 支持技術(shù)條件。在選用 PLC 時，有無支持技術(shù)條件也是重要的選擇依據(jù)。支持技術(shù)條件主要有：編程手段、程序文本處理、程序貯存方式和通訊軟件包。通訊軟件包往往是和通訊硬件一起使用的，如調(diào)制解調(diào)器等。 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)論文 25 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 300020xx0 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，做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。 （如圖 51） 課 題 調(diào) 查控 制 回 路 設(shè) 計選 擇 I / O 模 塊確 定 存 儲 器 容 量I / O 分 配確 定 控 制 方 式?jīng)Q 定 運 行 方 式I / O 點 數(shù) 上 網(wǎng) 確 定系 統(tǒng) 構(gòu) 成 的 確 定調(diào) 試 運 行程 序 控 制控 制 盤 、 柜 設(shè) 計選 擇 外 設(shè)外 圍 電 路 設(shè) 計 圖 51 PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)設(shè)計步 驟 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)論文 26 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 52 所示） 。 控 制 器控 制 對 象控 制 對 象控 制 對 象 圖 52 集中控制系統(tǒng) 該系統(tǒng)采用的 PLC（ SZ4）模塊是： 8 點 DC12/24 輸入模塊 Z8ND1 8 點集電極開路輸出模塊 Z8TD1 4 通道 12 位模擬量輸入模 塊 Z4AD1 SZ 毓 CPU 模塊（ 2 端口通訊、 CCM 協(xié)議、從機功能）以及 S20P 指令編程器、 S10D通用操作面板等。 I/O 點數(shù)是指要求 PLC 能夠輸入輸出開關(guān)量、模擬量總的個數(shù)，它與繼電器觸點適當(dāng)留有余量。同時要注意盡可能簡化 I/O 點數(shù)來降低成本。 用 PLC 構(gòu)成的監(jiān)測控制系統(tǒng)，有自動、半自動和手動三種運行方式。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 。 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科生畢業(yè)論文 27 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。陽光板的造價大約為 300 元 /平米左右。而壓型板則較