【導(dǎo)讀】單臺(tái)變頻器的獨(dú)立運(yùn)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(yùn)行已經(jīng)成為發(fā)展趨勢(shì)。該系統(tǒng)是建立在計(jì)算機(jī)、PLC、傳動(dòng)裝置間數(shù)據(jù)通訊的基礎(chǔ)。上，用來(lái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控和控制命令的下達(dá)。系統(tǒng)運(yùn)用SIEMENSS7-400PLC作為控制核心，各級(jí)。監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)相互連接，通過(guò)此設(shè)計(jì)提高了污水處理廠的運(yùn)行管理水平。的設(shè)備組成、自動(dòng)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(qiáng)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(kuò)展性，充分證明自動(dòng)化控制系統(tǒng)對(duì)提高生產(chǎn)效率、無(wú)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(jìn)而對(duì)污泥進(jìn)行處理。 配電設(shè)備 :用來(lái)給排污泵供電。 傳送機(jī) :用來(lái)將處理好的泥餅從脫水泵房運(yùn)送出去。 各種傳感器 :用來(lái)采集現(xiàn)場(chǎng)的模擬量。 以上所說(shuō)各種設(shè)備均為系統(tǒng)中 PLC 的監(jiān)控對(duì)象，系統(tǒng)一次設(shè)備與 PLC 的連接 : 其中配電設(shè)備通過(guò)傳感器與 PLC 進(jìn)行通訊，使 PLC 能監(jiān)測(cè)到配電設(shè)備的各種開關(guān)量和模擬量，進(jìn)而達(dá)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(gè)分站。根據(jù)水區(qū)和泥區(qū)的監(jiān)控對(duì)象的點(diǎn)數(shù)的多少，對(duì) 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(diǎn) /塊 )，處理 448 點(diǎn)輸入信號(hào) 。 數(shù)字量輸出模塊 (DO):選用 SM422，共 5 塊 (32 點(diǎn) /塊 )，處理 160 點(diǎn)輸出信號(hào) 。 模擬量 輸入模塊 (AI):選用 SM431。共 6 塊 (16 點(diǎn) /塊 )，處理 96 點(diǎn)輸入信號(hào) 。 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(kuò)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(diǎn) /塊 )。處理 480 點(diǎn)輸入信號(hào) 。 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(diǎn) /塊 )。處理 128 點(diǎn)輸出信號(hào) 。 模擬量輸入模塊 (AI):選用 SM431，共 2 塊 (16 點(diǎn) /塊 )。處理 32 點(diǎn)輸入信號(hào) 。 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(diǎn)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(gè) PLC分站，分別監(jiān)控水區(qū)和泥區(qū)的設(shè)備運(yùn)行和控制，設(shè)一個(gè)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(zhǎng)就地手動(dòng)控制，設(shè)現(xiàn)場(chǎng)箱或按鈕站，由“現(xiàn)場(chǎng) /遙控”轉(zhuǎn)換控制狀態(tài)，“現(xiàn)場(chǎng)”設(shè)點(diǎn)動(dòng)按鈕，用于調(diào)整和檢修。 （ 2） 各開關(guān)柜 (包括 :10kV 進(jìn)線柜、 進(jìn)線柜等 )，由“自動(dòng) /停止 /手動(dòng)”轉(zhuǎn)換控制狀態(tài)，“手動(dòng)”設(shè)啟 /停按鈕，用于手動(dòng)操作。 （ 3） 分站控制，用可編程控制器和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等自控設(shè)備，自動(dòng)監(jiān)控所屬范圍運(yùn)行。 （ 4） 總站主機(jī)控制，多為計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)，集中分站信息，進(jìn)行各種處理，并通過(guò)分站統(tǒng)一控制全廠運(yùn)行，滿足工藝測(cè)控要求，使全廠運(yùn)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(jī)、 2 個(gè) PLC 工作站和現(xiàn)場(chǎng)一次設(shè)備。通信網(wǎng)絡(luò)采用西門 子的過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn) (Profibus)DP，它為分布式 I/O站或驅(qū)動(dòng)器等現(xiàn)場(chǎng)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(jiǎn)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(qiáng)大，穩(wěn)定性高，完全適合城市污水處理對(duì)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(wú)風(fēng)扇的設(shè)計(jì)，堅(jiān)固耐用，容易擴(kuò)展和廣泛的通訊能力，容易實(shí)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(jìn)行升級(jí)可編程序控制器。 SIMATIC S7400 自動(dòng)化系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)。它所具有的模板的擴(kuò)展和配置功能使其能夠按照每個(gè)不同的需求靈活組合。一個(gè)系統(tǒng)包括 :電源模板、中央處理單元 (CPU)、各種信號(hào)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(jì)算機(jī)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(kù)采用 Microsoft SQL Server 20xx 中文版軟件。上位機(jī)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(guó) GE 公司的 組態(tài)軟件來(lái)實(shí)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(gè)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(kù)服務(wù)器采用 Windows 20xx server 中文版配合 Microsoft SQL20xx 使用，用來(lái)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(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)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(duì)一些污水處理廠重要的物理量如各個(gè)進(jìn)水泵的電流、頻率、出口壓力等都實(shí)時(shí)顯示在主工作站的主界面上，便于調(diào)度員及時(shí)掌握系統(tǒng)的運(yùn)行情況 。 （ 3) 數(shù)據(jù)庫(kù)軟件 數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上安裝 Microsoft SQL 20xx 中文版，用來(lái)儲(chǔ)存整個(gè)電站重要的歷史數(shù)據(jù)，通過(guò) 與 Microsoft SQL 20xx 的通訊來(lái)讀取歷史數(shù)據(jù)。單獨(dú)設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器可以避免因?yàn)橄到y(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(yǔ)言中的六種 (STL、 LAD、 FBD、 CFC、SFC 和 SCL)進(jìn)行編程。本系統(tǒng)利用 STEP7 對(duì)西門子可編程序控制器進(jìn)行配置、編程。 （ 5) SIX 利用 SIMATIC S7400 在 中驅(qū)動(dòng)程序，可以在 數(shù)據(jù)庫(kù)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(jì) PLC 簡(jiǎn)介 利用可編程序控制器（ PLC）組成遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)，首先遇到的是 PLC 的選型問(wèn)題。在選用 PLC 時(shí)，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(chǎng)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(duì)象要求。本系統(tǒng)要求改善信息管理，把 PLC 與上位微機(jī)的通訊能力遠(yuǎn)程 I/O 與微機(jī)通訊方式和手段作為選擇的依據(jù)。 PLC 響應(yīng)時(shí)間的影響因素有：輸入信息時(shí)， CPU 讀解用戶邏輯網(wǎng)絡(luò)時(shí)間和輸出時(shí)間。 PLC 的實(shí)時(shí)響應(yīng)性還受到系統(tǒng) 中最慢儀器的限制，與上位機(jī)的通訊也將增加服務(wù)時(shí)間。 功能選擇要根據(jù)不同的控制對(duì)象確定。具體有：替代繼電器、數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳遞、矩陣功能、高級(jí)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(duì)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(chǔ)器類型及其容量選擇。小型 PLC 作為單機(jī)小規(guī)?？刂剖褂脮r(shí)，由于工藝簡(jiǎn)單、程序固定，多數(shù)使用 EPROM 或 EPROM 加 RAM。對(duì)于中、大規(guī)模的 PLC，往往用于工藝比較復(fù)雜，且多變的場(chǎng)合，程序改變較多，因此一般都使用 CMOSRAM 存儲(chǔ)器，且有后備電池，以便關(guān)機(jī)時(shí)保存存儲(chǔ)信息。根據(jù)控制規(guī)模和應(yīng)用目的，我們按下列公式進(jìn)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(diǎn) 0 ． 25） ｝ 式中 DI 為數(shù)字（開關(guān)）量輸入信號(hào)； DO 為數(shù)字（開關(guān)）量輸出集中； AI 為模擬量輸入信號(hào)； Km 為每個(gè)節(jié)點(diǎn)所占存儲(chǔ)器字節(jié)數(shù)； M 為存儲(chǔ)器容量。 我們 還可在編完程序以后精確地計(jì)算出存儲(chǔ)器實(shí)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(yuǎn)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(shí)，有無(wú)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(jì)上，應(yīng)在允許的條件下，提高污水處理廠的自動(dòng)化程度。盡量做到無(wú)人值守。這一點(diǎn)對(duì)減少小型污水處理廠的單方經(jīng)營(yíng)成 本有很重要的意 義。因?yàn)?，盡管污水廠較小，如果沒有自動(dòng)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(shí)際上，對(duì)于規(guī)模稍大的污水廠，定員也不過(guò)如此，所以相對(duì)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(dòng)化程度。有條件時(shí)，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(yùn)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(diǎn)。各處理構(gòu)筑物的電氣與信號(hào)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(lái)看，整個(gè)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(hù)管理。在某些情況 下，全廠的電纜溝可以借助某個(gè)構(gòu)筑物實(shí)現(xiàn)。一般來(lái)講，配電與信號(hào)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(wú)論是先經(jīng)過(guò)哪個(gè)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(shí)，又可使電力和信號(hào)到達(dá)另一個(gè)處理單元。這樣既方便了總圖 的布置，又節(jié)省的工程造價(jià)。 （如圖 51） 課 題 調(diào) 查控 制 回 路 設(shè) 計(jì)選 擇 I / O 模 塊確 定 存 儲(chǔ) 器 容 量I / O 分 配確 定 控 制 方 式?jīng)Q 定 運(yùn) 行 方 式I / O 點(diǎn) 數(shù) 上 網(wǎng) 確 定系 統(tǒng) 構(gòu) 成 的 確 定調(diào) 試 運(yùn) 行程 序 控 制控 制 盤 、 柜 設(shè) 計(jì)選 擇 外 設(shè)外 圍 電 路 設(shè) 計(jì) 圖 51 PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)方法與常用的繼電器控制邏輯設(shè)計(jì)比較，組件的選擇代替了原來(lái)的部件選擇，程序設(shè)計(jì)代替了原來(lái)的硬件設(shè)計(jì)。 我們采用一臺(tái) PLC 控制多臺(tái)監(jiān)測(cè)儀器的集中控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)用于監(jiān)測(cè)對(duì)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(chǎng)合 （如圖 52 所示） 。 控 制 器控 制 對(duì) 象控 制 對(duì) 象控 制 對(duì) 象 圖 52 集中控制系統(tǒng) 該系統(tǒng)采用的 PLC（ SZ4）模塊是： 8 點(diǎn) DC12/24 輸入模塊 Z8ND1 8 點(diǎn)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(jī)功能）以及 S20P 指令編程器、 S10D通用操作面板等。 I/O 點(diǎn)數(shù)是指要求 PLC 能夠輸入輸出開關(guān)量、模擬量總的個(gè)數(shù)，它與繼電器觸點(diǎn)適當(dāng)留有余量。同時(shí)要注意盡可能簡(jiǎn)化 I/O 點(diǎn)數(shù)來(lái)降低成本。 用 PLC 構(gòu)成的監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，有自動(dòng)、半自動(dòng)和手動(dòng)三種運(yùn)行方式。在進(jìn)行完總體設(shè)計(jì)以及具體的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)后，除要分別對(duì)其進(jìn)行調(diào)試外，必須對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試和試運(yùn)行，反復(fù)進(jìn)行硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的修改調(diào)整，使整個(gè)系統(tǒng)全部投入正常工作為止。 PLC 在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中要完成信號(hào)實(shí)時(shí)采樣、脈沖量累計(jì)、預(yù)警報(bào)信號(hào)監(jiān)測(cè)與報(bào)警輸 出等，并通過(guò)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(dú)構(gòu)成一個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是有局限性的，主要是無(wú)法進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算，無(wú)法顯示各種實(shí)時(shí)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(bào)表，沒有良好的界面。這些不足，我們選用上位微機(jī)來(lái)彌補(bǔ)。上位微機(jī)完成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的存貯、處理與輸出，以圖形或表格形式對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬顯示、分析限值或警報(bào)信息，驅(qū)動(dòng)打印機(jī)實(shí)時(shí)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(duì)于環(huán)保要求較嚴(yán)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(yáng)光板或彩色壓型鋼板的罩棚， 外形做成圓拱形。其特點(diǎn)外形美觀，視覺效果好，設(shè)備設(shè)在室內(nèi)，便于維護(hù)管理。在高出地面的池子部分，做成天藍(lán)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(yáng)光板的造價(jià)大約為 300 元 /平米左右。而壓型板則較