畢業(yè)設(shè)計(jì)論文---污水處理站的電氣自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢　業(yè)　設(shè)　計(jì)</b></p><p>　　題　　目：xx污水處理裝置的電氣自控系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)</p><p><b>　　學(xué)生姓名：xx</b></p><p><b>　　學(xué)　　號：xx</b></p><p><b>　　?！　I(yè)：x

2、x</b></p><p><b>　　班　　級：xx</b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師：xx </b></p><p><b>　　2012年6月</b></p><p>　　xx污水處理裝置的電氣自控系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)</p><p&g

3、t;<b>　　摘　要</b></p><p>　　本文的主要目的是為江蘇久吾高科技股份有限公司三橋新廠區(qū)的污水處理站設(shè)計(jì)一套電氣自控系統(tǒng)。首先先為水處理站進(jìn)行工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制方案設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)采用生化系統(tǒng)工藝和陶瓷膜系統(tǒng)工藝相結(jié)合，主要控制方案是基本的單回路反饋控制，氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥采用PID控制使得控制效果更好。電氣控制系統(tǒng)由一臺(tái)計(jì)算機(jī)、一個(gè)PLC主站，兩個(gè)現(xiàn)場控制子站構(gòu)成。主站采用西門子ET

4、200S作為控制核心，兩個(gè)現(xiàn)場控制子站用于控制現(xiàn)場設(shè)備、采集動(dòng)態(tài)工藝參數(shù)和設(shè)備工作情況。計(jì)算機(jī)和PLC主站位于中心控制室，現(xiàn)場子站位于前級處理池區(qū)，陶瓷膜設(shè)備區(qū)。計(jì)算機(jī)和PLC主站之間通過MPI協(xié)議通訊，PLC主站和現(xiàn)場子站之間通過PROFIBUS-DP協(xié)議通訊。通過現(xiàn)場實(shí)踐證明，該處理系統(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，以及高速處理能力等優(yōu)點(diǎn)。充分證明自動(dòng)化控制系統(tǒng)對提高生產(chǎn)效率和安全性具有良好效果

5、。</p><p>　　關(guān)鍵詞：污水處理；陶瓷膜；自動(dòng)化控制系統(tǒng)；PLC；PID控制</p><p>　　The design of a automatic control system for xx</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The main purpose of thi

6、s Graduation Thesis is to design a set of electri-cal automatic control system for the Sewage treatment station of the new fac-tory Jiang Su Jiuwu high-tech Co., Ltd..First ,designing a Process System and control program

7、 for the Sewage treatment station. The system uses a combinat-ion of biochemical systems and ceramic membrane system. Single-loop feedback control system is the main control program. By using the method of PID, it makes

8、the pneumatic controlled better. The </p><p>　　Keywords: Sewage treatment; Ceramic membrane; Automation control system; Programmable Logic Controller; PID control </p><p><b>　　目　　錄</b

9、></p><p><b>　　摘　要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p>　　第一章 緒 論1</p><p><b>　　1.1概述1</b></p><p>　　1.2國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀2</p><p

10、>　　1.3 PLC簡介3</p><p>　　1.4 STEP 7和WinCC軟件簡介4</p><p>　　1.5本文的主要工作5</p><p>　　第二章 污水處理站工藝簡介6</p><p>　　2.1主要污水處理設(shè)備6</p><p>　　2.2工藝流程及主要內(nèi)容6</p>

11、<p>　　2.3污水處理流程7</p><p>　　2.3.1污水處理工藝部分7</p><p>　　2.3.2陶瓷膜清洗工藝部分7</p><p>　　第三章 污水處理站的控制方案設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.1 系統(tǒng)控制方式8</p><p>　　3.2主要污水處理裝置的控制方式8<

12、/p><p>　　3.2.1格柵井、調(diào)節(jié)池、提升泵的設(shè)備控制8</p><p>　　3.2.2缺氧池、好氧池、二沉池、污泥池和鼓風(fēng)機(jī)房的設(shè)備控制9</p><p>　　3.2.3中間水池、陶瓷膜設(shè)備、清液罐的控制9</p><p>　　3.2.4 清洗罐的溫度控制12</p><p>　　3.2.5 陶瓷膜設(shè)備的壓

13、力控制12</p><p>　　第四章 污水處理站的電氣自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)15</p><p>　　4.1 系統(tǒng)概述15</p><p>　　4.1.1 控制室16</p><p>　　4.1.2 PLC主站控制系統(tǒng)16</p><p>　　4.1.3分現(xiàn)場生產(chǎn)過程PLC控制系統(tǒng)17</p><

14、;p>　　4.2 PLC設(shè)備及儀表選型17</p><p>　　4.2.1 PLC選型要求17</p><p>　　4.2.2 PLC選型18</p><p>　　4.2.3 儀表選型20</p><p>　　4.2.4 儀表動(dòng)力配置21</p><p>　　4.2.5 PLC具體配置21</p

15、><p>　　4.2.6模塊連接圖24</p><p>　　4.3 PLC程序設(shè)計(jì)25</p><p>　　4.4監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)30</p><p>　　4.4.1變量管理和通訊設(shè)置31</p><p>　　4.4.2 WinCC人機(jī)畫界面設(shè)計(jì)31</p><p>　　5.1 現(xiàn)場設(shè)備安裝

16、35</p><p>　　5.2 現(xiàn)場調(diào)試35</p><p>　　5.2.1下位機(jī)與上位機(jī)的通訊調(diào)試35</p><p>　　5.2.3現(xiàn)場信號與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)換算正確性的調(diào)試35</p><p>　　5.2.4控制方案調(diào)試與算法整定35</p><p>　　5.3 調(diào)試結(jié)果36</p><p

17、><b>　　結(jié)語37</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)38</b></p><p><b>　　致謝39</b></p><p><b>　　附錄1：圖紙40</b></p><p>　　附錄2：PLC 程序43</p&

18、gt;<p>　　1 閥門控制程序43</p><p>　　2 電機(jī)控制程序44</p><p>　　3 儀表信號換算45</p><p>　　4 報(bào)警功能子程序47</p><p>　　5 過濾，清洗，排渣功能程序48</p><p>　　6 單回路控制程序50</p><

19、;p><b>　　第一章 緒 論</b></p><p><b>　　1.1概述</b></p><p>　　水處理是長期以來倍受關(guān)注的領(lǐng)域之一，它是改善居民生活環(huán)境、提高人民健康水平的重要手段[1]。近年來，污水處理廠已成為各個(gè)城市最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一[2]。我國工業(yè)廢水產(chǎn)生來源很多，構(gòu)成成分復(fù)雜，性質(zhì)多變，按處理等級可分為一級處理、二

20、級處理和深度處理，目前我國工業(yè)廢水一般采用生物化學(xué)法處理，以厭氧與好氧結(jié)合的工藝為主要處理單元，但存在占地面積大、裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、處理周期長等缺點(diǎn)。而無機(jī)陶瓷膜具有耐高溫、耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿和有機(jī)溶劑、耐微生物侵蝕、機(jī)械強(qiáng)度高、孔徑分布窄等突出優(yōu)點(diǎn)，在水處理領(lǐng)域應(yīng)用具有廣闊的發(fā)展前景，無機(jī)陶瓷膜可以在苛刻的條件下進(jìn)行長期穩(wěn)定的分離操作，特別適合工業(yè)廢水的處理。尤其對于那些難生物降解的、含有某些特殊污染物質(zhì)的工業(yè)廢水更適宜采用無機(jī)陶瓷膜處理。<

21、;/p><p>　　早在1990 年代,食品工業(yè)就開始大規(guī)模地采用膜技術(shù)處理廢水[3]。對于含有高濃度難降解的有機(jī)廢水，采用預(yù)處理手段，既可以降低或去除部分有毒有害的有機(jī)物改善其生物降解性，又為后續(xù)處理創(chuàng)造條件。例如染料工業(yè)廢水、農(nóng)藥廢水、制藥廢水、焦化廢水等除含有濃度很高的有機(jī)污染物外，還含有很強(qiáng)的酸、堿性物質(zhì)、鹽類和色度，在進(jìn)入生物處理系統(tǒng)之前應(yīng)采取預(yù)處理措施。</p><p>　　廢水傳

22、統(tǒng)的二級生物處理存在一些問題，比如抗沖擊能力差，占地大，系統(tǒng)不夠穩(wěn)定，處理后水質(zhì)不夠理想，對有些特殊物質(zhì)(如N , P) 處理效果差。而用陶瓷膜替代傳統(tǒng)的二級生物處理工藝，具有固液分離效率高、能耗低和工藝簡單，易于自動(dòng)化等特點(diǎn)。主要可應(yīng)用于生活污水的處理、低濃度重金屬廢水以及含油廢水等方面的處理。</p><p>　　陶瓷膜在工業(yè)廢水處理中使用中的最大問題是膜污染。膜污染來源于兩個(gè)方面，一是不可逆污染，是由于不可

23、逆吸附、堵塞引起的污染；另一方面是可逆污染，主要是由于可逆的濃差極化導(dǎo)致凝膠層的形成，二者共同造成運(yùn)行過程中膜通量的衰減。減輕膜污染的方法主要包括：料液預(yù)處理、優(yōu)化膜分離操作水力條件、與其它水處理技術(shù)相結(jié)合減輕膜的污染等。在我國, 存在人均水資源少, 水需求量大, 水環(huán)境污染嚴(yán)重等問題, 陶瓷膜技術(shù)在此問題的解決上可以發(fā)揮重要作用,所以, 陶瓷膜技術(shù)在水處理領(lǐng)域有著巨大的市場發(fā)展空間。</p><p>　　污水處

24、理設(shè)備隨著污水處理技術(shù)的日益成熟，也在不斷的發(fā)展和完善。以PLC 為核心的分布式控制系統(tǒng)在污水處理行業(yè)迅速推廣[4]，PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)適應(yīng)了污水處理廠設(shè)備分散、控制點(diǎn)多及控制信息復(fù)雜的要求, 成為污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的首選[5]。PLC即可編程控制器（Programmable logic Controller，是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置，是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的

25、存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。原有的污水處理廠其控制部分采用傳統(tǒng)的繼電器控制，控制線路復(fù)雜，繼電器多，長時(shí)間運(yùn)行后，線路老化，頻繁出現(xiàn)控制故障。而PLC控制器以其技術(shù)成熟、通用性好、可靠性高、安裝靈活、擴(kuò)展方便、性能價(jià)格比高等一系

26、列優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)控制中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，在污水處理中采用PLC控制系統(tǒng)改造后，提高了自動(dòng)控制的可靠性不僅減輕了</p><p>　　1.2國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀</p><p><b>　　國外情況：</b></p><p>　　由于控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)以及現(xiàn)場總線技術(shù)的飛速發(fā)展，國外的污水處理廠很早就實(shí)現(xiàn)了污水處理廠的網(wǎng)絡(luò)控制，如DCS/FC

27、S系統(tǒng)，同時(shí)國外較早的將 SCADA 技術(shù)引入到了給水排水工程中，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。國外同時(shí)注重水處理PLC 的開發(fā)，相繼研制出了一些智能、穩(wěn)定、小巧的控制單元，如AB公司的 SLC系列、Siemens 的s7系列、Schneider 的 TSX Quantum DO、化學(xué)需氧量COD分析儀。國外污水處理自控系統(tǒng)主要有以下特點(diǎn)：大量采用在線監(jiān)控的水質(zhì)分析儀表，對全廠的水質(zhì)實(shí)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測，并有上位機(jī)記錄下來，提高了測量精度

28、;生產(chǎn)過程中不同程度上采用了智能控制，可以根據(jù)水質(zhì)和水源的變化自動(dòng)的調(diào)整相應(yīng)的控制方式;大量采用遙控、遙測設(shè)備。 </p><p><b>　　國內(nèi)情況： </b></p><p>　　與國外相比，我國污水處理自動(dòng)化控制起

29、步較晚，70 年代開始采用熱工儀表，實(shí)行集中巡檢；80年代應(yīng)用分析儀表和 DCS 系統(tǒng)；到 90 年代，隨著一大批利用國際貸款的大型污水處理廠的建成投產(chǎn)，我國污水處理控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平有了很大提升。從外國引進(jìn)污水廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)已廣泛采用集散式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)用了自動(dòng)化程度較高的檢測儀表，各種新工藝、新設(shè)備的大量出現(xiàn)并得到應(yīng)用?？梢哉f我國污水處理自動(dòng)化的現(xiàn)狀是：手動(dòng)和自動(dòng)兼?zhèn)?，自制和引用并舉?？梢钥闯鑫覈鬯幚碜钥叵到y(tǒng)有以下特點(diǎn)：

30、對于新建的污水處理廠，引進(jìn)了計(jì)算機(jī)分散控制系統(tǒng)，手動(dòng)和自動(dòng)并存的控制方式。大部分以前建設(shè)的污水處理廠自動(dòng)化程度仍然很低;國產(chǎn)在線儀表的穩(wěn)定性還沒有達(dá)到要求，所以大部分采用進(jìn)口的在線儀表，但由于進(jìn)口儀表價(jià)格昂貴，所以應(yīng)用并不廣泛。水質(zhì)的檢測主要是有實(shí)驗(yàn)人員通過實(shí)驗(yàn)來測量;各個(gè)控制站之間完全獨(dú)立，無信息交換。并且各個(gè)控制單元由于內(nèi)部資源的限制，只是實(shí)現(xiàn)了簡單的時(shí)間控制和邏輯 控制;上位機(jī)監(jiān)控軟件很少使用，幾乎沒有中控室，不能對全廠的設(shè)備實(shí)行

31、實(shí)時(shí)監(jiān)控，而一些報(bào)表的工作也主要是有廠里的工作人員手工完成。通過對比，不難看出整體上</p><p><b>　　1.3 PLC簡介</b></p><p>　　PLC（Programmable Logic Controller），即可編程邏輯控制器，于1969年由美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置研制出來，第一代可編程序控制器簡稱PC，隨著技

32、術(shù)的發(fā)展和成熟可編程序控制器命名為PLC。</p><p>　　PLC是微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物，它的組成部分與一般的微機(jī)裝置類似，它主要由中央處理單元、輸入接口、輸出接口、通信接口等，其中CPU是PLC核心，I/O部件是連接現(xiàn)場設(shè)備與CPU之間的接口電路，通信接口用于與編程器和上位機(jī)連接。對于整體式PLC，所有部件都安裝在同一機(jī)殼內(nèi)；對于模塊式可編程邏輯控制器，各功能部件獨(dú)立封裝，各模塊通過總線

33、連接，安裝在機(jī)架或?qū)к壣蟍6]。</p><p>　　可編程邏輯控制器的模擬量輸入接口為標(biāo)準(zhǔn)信號方式，如1~5V，4~20mA等，因此需要將現(xiàn)場實(shí)際參數(shù)進(jìn)行處理。變送器則是將非標(biāo)準(zhǔn)電信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號的儀器。變送器種類很多，總體來說就是由變送器發(fā)出一種信號來給二次儀表使二次儀表顯示測量數(shù)據(jù)，它把傳感器采集到的微弱的電信號放大以便轉(zhuǎn)送或啟動(dòng)控制元件，或?qū)鞲衅鬏斎氲姆请娏哭D(zhuǎn)換成電信號同時(shí)放大以便供遠(yuǎn)方測量和控制的

34、信號源，根據(jù)需要還可將模擬量變換為數(shù)字量。一般分為溫度變送器，壓力變送器，液位變送器等[7]。</p><p>　　可編程邏輯控制器按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c(diǎn)數(shù)選型。整體型可編程邏輯控制器的I/O點(diǎn)數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型可編程邏輯控制

35、器提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)，功能擴(kuò)展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。</p><p>　　可編程控制器PLC作為一種多功能智能化的綜合控制器,具有通用性好、可靠性高、編程簡單、擴(kuò)展方便、安裝靈活和故障率低等諸多特點(diǎn),在工業(yè)控制領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用[8]。</p><p>　　1.4 STEP 7和WinCC軟件簡介</p>

36、<p>　　STEP 7是支持西門子SIMATIC PLC和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包，它不僅從不同層次充分支持合理的程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而且也簡化了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度。</p><p>　　對于一般系統(tǒng)，STEP 7軟件使用前我們需對程序結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后在STEP 7中確定相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，之后在程序和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行編程，最終進(jìn)行程序調(diào)試。STEP 7軟件的使用包括：授權(quán)安裝、項(xiàng)目創(chuàng)建、硬件組態(tài)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)置、程序

37、設(shè)計(jì)、調(diào)試下載以及診斷和運(yùn)行等步驟[9]。</p><p>　　STEP 7常見編程語言有LAD（梯形圖）、STL（語句表）等,在程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，根據(jù)程序要求，可選擇組織塊（OB）、功能塊（FB）或功能（FC）等三種類型的邏輯塊，而數(shù)據(jù)塊DB則用來存儲(chǔ)執(zhí)行用戶程序所需的數(shù)據(jù)。</p><p>　　項(xiàng)目中常用組織塊有OB1、OB35、OB100。OB1為主程序循環(huán)，是重要的組織塊，當(dāng)OB1運(yùn)

38、行后，操作系統(tǒng)將過程映像輸出寄存器寫到外設(shè)模塊中，即OB1是程序在硬件電路上運(yùn)行的軟件接口。利用OB35可以控制程序的執(zhí)行和中斷周期。OB100為啟動(dòng)模塊，即當(dāng)CPU從STOP到RUN狀態(tài)時(shí)啟動(dòng)，利用OB100可以對一些參數(shù)和操作進(jìn)行開機(jī)初始化設(shè)定[10]。</p><p>　　PLC常用功能編程模塊包括FB、FC。FB是一種“帶記憶”的邏輯功能塊，F(xiàn)C則是普通編程邏輯功能塊，系統(tǒng)在調(diào)用FB模塊時(shí)將給FB分配相應(yīng)

39、背景DB數(shù)據(jù)塊。</p><p>　　WinCC（Windows Control Center）是HMI/SCADA人機(jī)操作軟件中的一種，是基于Microsoft Windows 2000/XP操作系統(tǒng)的組態(tài)軟件，是第一個(gè)使用最新的32位技術(shù)的過程監(jiān)視系統(tǒng)，具有良好的開放性和靈活性。WinCC是一個(gè)真正開放的，面向監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集的SCADA（Supervisory Control and Data Acquisi

40、tion）軟件，可在任何標(biāo)準(zhǔn)PC上運(yùn)行。WinCC操作簡單，系統(tǒng)可靠性高，與STEP 7功能集成，可直接進(jìn)入PLC的硬件故障系統(tǒng)，節(jié)省項(xiàng)目開發(fā)時(shí)間。WinCC在數(shù)據(jù)處理、通訊、監(jiān)控界面設(shè)計(jì)、編程語言等方面給用戶提供了簡單、方便的使用功能[11]。</p><p>　　對于一個(gè)簡單項(xiàng)目，WinCC軟件使用步驟為：1.安裝及授權(quán)；2.建立項(xiàng)目；3.安裝通訊驅(qū)動(dòng)；4.定義變量；5.建立和編輯監(jiān)控畫面；6.激活和運(yùn)行項(xiàng)目

41、。對于復(fù)雜的項(xiàng)目設(shè)計(jì)，一般要用到用戶歸檔、腳本編程、SQL數(shù)據(jù)庫等軟件功能塊。</p><p>　　在工業(yè)控制中，西門子S7 PLC一般與WinCC相結(jié)合，現(xiàn)場數(shù)據(jù)和控制信號經(jīng)PLC運(yùn)算處理后，可以利用WinCC進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控，這樣既方便工作人員遠(yuǎn)程操作又可以較好的掌握現(xiàn)場運(yùn)行情況。</p><p>　　1.5本文的主要工作</p><p>　　1）熟悉污水處理的工藝

42、過程，分析污水處理系統(tǒng)的各項(xiàng)功能需求，了解污水處理系統(tǒng)相關(guān)各類儀表參數(shù)指標(biāo)，設(shè)計(jì)出合理的污水處理系統(tǒng)自動(dòng)控制方案；</p><p>　　2）熟悉西門子plc的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，并對污水處理控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析；</p><p>　　3）完成污水處理系統(tǒng)的硬件方面，對PLC進(jìn)行選型，分配I/O接口；</p><p>　　4）練習(xí)STEP7編程軟件以及WINCC組態(tài)軟

43、件的使用，完成污水處理系統(tǒng)軟件方面的組態(tài)與編程。</p><p>　　5）完成現(xiàn)場污水處理系統(tǒng)的軟/硬件安裝、調(diào)試與運(yùn)行，使裝置及控制過程正常運(yùn)行。</p><p>　　第二章 污水處理站工藝簡介</p><p>　　2.1主要污水處理設(shè)備</p><p>　　本污水處理系統(tǒng)主要由格柵井、調(diào)節(jié)池、厭氧池、好氧池、二沉池、污泥池、中間水池、陶瓷

44、膜過濾設(shè)備、清洗罐、清液罐等組成。</p><p>　　2.2工藝流程及主要內(nèi)容</p><p>　　本廢水處理系統(tǒng)主要分為兩大處理單元， A/O生物接觸氧化和后續(xù)陶瓷膜深度處理，處理后的水可以達(dá)標(biāo)回用。</p><p>　　主要處理流程如下：生活污水及生產(chǎn)廢水采用直接自流進(jìn)入排水管網(wǎng)，污水經(jīng)管網(wǎng)集流后自流經(jīng)格柵[12]除去水中的粗大懸浮物，然后由自流的方式進(jìn)入調(diào)節(jié)

45、池進(jìn)行均合水質(zhì)、水量調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)池采用全地下室鋼筋混凝土池，有效水力停留時(shí)間為8～10小時(shí)。</p><p>　　調(diào)節(jié)池的廢水由潛污水泵提升至污水處理系統(tǒng)（活性污泥法[13]），該系統(tǒng)由厭氧池、好氧池、沉淀池、中間水池、污泥池等部分組成。</p><p>　　在厭氧池中，廢水中大分子有機(jī)物水解成小分子有機(jī)物，從而降低了好氧池處理負(fù)荷，廢水中BOD5 和CODcr會(huì)有一定下降，含氮有機(jī)物也會(huì)由

46、于細(xì)胞的合成而有一些去除，但NH3－N含量沒有變化，P的含量因細(xì)胞釋放而上升。</p><p>　　好氧池為本污水處理的核心部分，分二段，第一段在較高的有機(jī)負(fù)荷下，通過附著于填料上的大量不同種類的微生物群落共同參與下的生化降解和吸附作用，去除污水中的各種有機(jī)物質(zhì)，使污水中的有機(jī)物含量大幅度降低。第二段是在有機(jī)負(fù)荷較低的情況下，通過硝化菌的作用，在氧量充足的條件下降解污水中的氨氮，同時(shí)也使污水中的COD值降低到更低

47、的水平，使污水得以凈化。</p><p>　　好氧池中的污水排放到二沉池，一部分污泥通過污泥提升泵送到厭氧池中作反應(yīng)物，一部分排放到污泥池中。污水送到中間水池中進(jìn)行后續(xù)陶瓷膜深度處理。 </p><p>　　陶瓷膜系統(tǒng)中采用循環(huán)泵來節(jié)約能源，經(jīng)陶瓷膜系統(tǒng)處理后的達(dá)標(biāo)清水一部分送入清洗罐用于清洗陶瓷膜系統(tǒng)，另外一部分送入清液罐，然后輸送到各個(gè)使用點(diǎn)。</p><p>

48、　　清洗陶瓷膜系統(tǒng)時(shí)，使用清洗罐中的水，清洗后的水送到廢水池再做處理。清洗順序： 停機(jī)、排渣、漂洗、排渣、堿洗、排渣、漂洗、排渣。</p><p><b>　　2.3污水處理流程</b></p><p>　　2.3.1污水處理工藝部分</p><p>　　圖2-1污水處理工藝[14]</p><p>　　2.3.2陶瓷膜

49、清洗工藝部分</p><p>　　圖2-2陶瓷膜清洗工藝</p><p>　　第三章 污水處理站的控制方案設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 系統(tǒng)控制方式</p><p>　　污水處理站采用三級控制方式，即現(xiàn)場控制方式、MCC控制方式（電動(dòng)機(jī)控制中心）和微機(jī)控制方式[15]。目前，以MCC控制為基礎(chǔ)，PLC控制為主導(dǎo)的控制方式始終處于工業(yè)自動(dòng)化

50、控制領(lǐng)域的主戰(zhàn)場，為各種各樣的自動(dòng)化控制設(shè)備提供了非?？煽康目刂茟?yīng)用。其主要原因，在于它能夠?yàn)樽詣?dòng)化控制應(yīng)用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合于當(dāng)前污水處理站對自動(dòng)化的需要[16]。</p><p>　　1）手動(dòng)控制：優(yōu)先級最高，當(dāng)工藝設(shè)備或其就地按鈕箱的“ 手動(dòng)/ 自動(dòng)”轉(zhuǎn)換開關(guān)處于“ 手動(dòng)”時(shí)，PLC 的控制被屏蔽，工藝設(shè)備可在就地按鈕箱或MCC 上實(shí)現(xiàn)開、停等人工操作。當(dāng)工藝設(shè)備或其就地按鈕箱上的“ 手

51、動(dòng)/ 自動(dòng)”轉(zhuǎn)換開關(guān)處于“ 自動(dòng)”時(shí)，設(shè)備的全部控制過程由PLC 完成。</p><p>　　2）PLC 自動(dòng)控制：利用PLC 的邏輯控制功能，提供工藝設(shè)備的自動(dòng)及關(guān)聯(lián)設(shè)備的聯(lián)動(dòng)、連鎖控制及閉環(huán)控制，各分站管轄區(qū)域的設(shè)備以這種控制方式為主。</p><p>　　3）中控室遠(yuǎn)程控制：中控室通過人機(jī)操作界面，對全廠的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)宏觀調(diào)控，處理局部的停機(jī)事故和緊急狀態(tài)，維持系統(tǒng)的總體協(xié)

52、調(diào)[17]。</p><p>　　3.2主要污水處理裝置的控制方式</p><p>　　3.2.1格柵井、調(diào)節(jié)池、提升泵的設(shè)備控制</p><p>　　格柵井、調(diào)節(jié)池、提升泵的控制分為現(xiàn)場控制和遠(yuǎn)程控制兩種模式。遠(yuǎn)程控制模式由PLC和上位機(jī)實(shí)現(xiàn)，它包括微機(jī)手動(dòng)和微機(jī)自動(dòng)，而微機(jī)自動(dòng)控制方式為：設(shè)計(jì)一個(gè)單回路控制，通過現(xiàn)場液位變送器（LT101）檢測調(diào)節(jié)池的液位，當(dāng)

53、調(diào)節(jié)池液位高于設(shè)定控制上限時(shí)，提升泵起動(dòng)，將污水排入缺氧池，當(dāng)調(diào)節(jié)池液位低于設(shè)定控制低限時(shí)，提升泵停止。</p><p>　　圖 3-1 調(diào)節(jié)池液位單回路控制</p><p>　　3.2.2厭氧池、好氧池、二沉池、污泥池和鼓風(fēng)機(jī)房的設(shè)備控制</p><p>　　厭氧池潛水?dāng)嚢杵?、好氧池回流泵、污泥提升泵都是由微機(jī)手動(dòng)通過PLC控制。污水在池中通過微生物的凈化作用達(dá)到

54、去除有機(jī)物的目的。因微生物為好氧菌，如供氧量過少會(huì)造成細(xì)菌大量死亡，不利于微生物的生長，之間會(huì)影響處理效果，但供氧量過大，不僅使耗能增高，增大運(yùn)行費(fèi)用，而且會(huì)形成小而重的易沉淀物，使水質(zhì)惡化。因此，控制水中的氧中的氧的含量是污水處理過程中比較關(guān)鍵的任務(wù)之一[18]。PLC檢測厭氧池、好癢池在線溶氧儀的值傳送上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，實(shí)時(shí)掌握厭氧段與好氧段等狀況，及時(shí)調(diào)整工藝控制[19]。</p><p>　　3.2.3

55、中間水池、陶瓷膜設(shè)備、清液罐的控制</p><p>　　中間水池、供料泵、陶瓷膜、循環(huán)泵的控制分為現(xiàn)場控制和遠(yuǎn)程控制兩種模式。遠(yuǎn)程控制模式由PLC和上位機(jī)實(shí)現(xiàn)，它包括微機(jī)手動(dòng)和微機(jī)自動(dòng)，而微機(jī)自動(dòng)控制方式為：</p><p>　?。?）點(diǎn)擊操作界面“過濾”按鈕 ，設(shè)備自動(dòng)打開相應(yīng)的閥門，起動(dòng)供料泵、循環(huán)泵，在運(yùn)行的過程中，監(jiān)測中間水池液位(LT103)，設(shè)備壓力（PT102，PT104），

56、濃液側(cè)流量（FT101），清液側(cè)流量（FT102）。當(dāng)中間水池液位低于設(shè)定控制低限時(shí)或設(shè)備壓力（PT102）大于設(shè)定控制高限，系統(tǒng)自動(dòng)停機(jī)；設(shè)備壓力（PT104）可根據(jù)調(diào)節(jié)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度來實(shí)現(xiàn)控制。點(diǎn)擊操作界面“停止”按鈕，則設(shè)備停止過濾。如圖3-2所示。</p><p>　?。?）點(diǎn)擊操作界面“清洗”按鈕 ，設(shè)備自動(dòng)打開相應(yīng)的閥門，起動(dòng)清洗泵、循環(huán)泵，在運(yùn)行的過程中，監(jiān)測清洗罐液位(LT102)，設(shè)備壓力（P

57、T102，PT104），濃液側(cè)流量（FT101），清液側(cè)流量（FT102）。當(dāng)清洗罐液位低于設(shè)定控制低限時(shí)或設(shè)備壓力（PT102）大于設(shè)定控制高限，系統(tǒng)自動(dòng)停機(jī)；設(shè)備壓力（PT104）可根據(jù)調(diào)節(jié)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度來實(shí)現(xiàn)控制。點(diǎn)擊操作界面“停止”按鈕，則設(shè)備停止清洗。如圖3-3所示。</p><p>　?。?）點(diǎn)擊操作界面“排污”按鈕 ，設(shè)備自動(dòng)打開相應(yīng)的閥門，開始排污。當(dāng)達(dá)到設(shè)定的排污時(shí)間，或者點(diǎn)擊 “停止”按鈕，

58、則設(shè)備停止排污。如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-2 過濾程序流程圖</p><p>　　圖3-3 清洗程序流程圖</p><p>　　圖3-4 排污程序流程圖</p><p>　　3.2.4 清洗罐的溫度控制</p><p>　　本處理站中，加入了陶瓷膜設(shè)備來進(jìn)行水處理，陶瓷膜設(shè)備是需要定期清洗的，所以，這

59、就涉及到了清洗液的溫度控制。清洗液是在清洗罐中進(jìn)行加熱的，因此，設(shè)計(jì)一個(gè)串級回路控制電加熱系統(tǒng)來進(jìn)行溫度的調(diào)節(jié)。串級回路中，主環(huán)為出口液體溫度調(diào)節(jié)，副環(huán)為罐內(nèi)液體溫度調(diào)節(jié)。</p><p>　　圖3-5 清洗罐串級控制回路</p><p>　　3.2.5 陶瓷膜設(shè)備的壓力控制</p><p>　　本系統(tǒng)中通過PID調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度來進(jìn)行控制。</p&

60、gt;<p>　　PID（proportional-integral-derivative）控制是比例-積分-微分的簡稱[20]。在生產(chǎn)過程自動(dòng)控制的發(fā)展歷程中，PID控制是歷史最久、生命力最強(qiáng)的一種基本控制方式。在計(jì)算機(jī)用于生產(chǎn)過程以前，過程控制中采用的氣動(dòng)、液動(dòng)和電動(dòng)的PID調(diào)節(jié)器一直占壟斷地位，它具有原理簡單、易于實(shí)現(xiàn)、魯棒性強(qiáng)和適用面廣等優(yōu)點(diǎn)。下面對常規(guī)PID控制算法和參數(shù)整定分別加以介紹。</p>

61、<p><b>　　1）PID控制算法</b></p><p>　　在過程控制系統(tǒng)中，常規(guī)PID控制算法被廣泛使用，一般采用兩種調(diào)節(jié)器：模擬式PID調(diào)節(jié)器和數(shù)字式PID調(diào)節(jié)器。模擬式PID控制器通過運(yùn)算放大電路、電阻以及電容等元件來實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際中的使用越來越少。針對電極控制器所采用的控制算法，在這里主要介紹數(shù)字式PID調(diào)節(jié)器。</p><p>　　如圖3-4

62、所示，控制系統(tǒng)由PID控制器和被控對象組成。常規(guī)PID控制器由比例（P）、積分（I）、微分（D）三個(gè)部分組成。</p><p>　　圖3-6 PID控制系統(tǒng)框圖</p><p>　　PID控制器根據(jù)給定值與被控量構(gòu)成偏差，即，構(gòu)造模擬量連續(xù)控制函數(shù)為：</p><p><b>　　(3.1.1)</b></p><p>

63、;　　或?qū)懗蓚鬟f函數(shù)形式：</p><p><b>　　(3.1.2)</b></p><p>　　其中：——比例增益；——積分時(shí)間；——微分時(shí)間；——控制量。</p><p>　　由于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展非常迅速，數(shù)字化PID控制算法得到了大量應(yīng)用。采用如下轉(zhuǎn)換公式即可由模擬算法近似得到數(shù)字化控制算法：</p><p>

64、;<b>　　(3.1.3)</b></p><p>　　其中為采樣周期。根據(jù)式（3.1.3）和式（3.1.1）可以推導(dǎo)出目前常用的二種控制算法形式：位置型算式和增量型算式。</p><p>　　由于模擬儀表調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)動(dòng)作是連續(xù)的，任何瞬間的控制量輸出都對應(yīng)于執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如調(diào)節(jié)閥）的位置。因此數(shù)字PID控制器的輸出要和閥位對應(yīng)，故位置型算式為：</p>

65、<p><b>　　(3.1.4)</b></p><p>　　對上式位置型算法進(jìn)一步推導(dǎo)即得到增量型算式為：</p><p><b>　　(3.1.5)</b></p><p>　　由于上式中的對應(yīng)于第時(shí)刻閥門的增量，故稱此式為增量型算式。在實(shí)際PID控制算法的選擇與所使用執(zhí)行器的形式有關(guān)系，兩種控制算法但無本

66、質(zhì)區(qū)別。從執(zhí)行器形式來看，位置型算法輸出一般經(jīng)數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換，變?yōu)槟M量，并經(jīng)保持電路輸出。而增量型算法的輸出則可通過步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等具有零階保持特性的累計(jì)機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)化為模擬量。</p><p><b>　　2）參數(shù)整定</b></p><p>　　PID控制算式參數(shù)整定就是選取式（3.1.4）或式（3.1.5）中、、和的值，使系統(tǒng)輸出滿足控制性能指標(biāo)。如何選擇一組較好

67、的PID參數(shù)的初始值是PID參數(shù)整定中的關(guān)鍵問題。</p><p>　　PID控制參數(shù)的選擇首先要考慮采樣周期（）對系統(tǒng)的影響。從執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特性要求來看，由于過程控制中常采用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥或氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，如果采樣周期過短，那么執(zhí)行機(jī)構(gòu)來不及響應(yīng)，仍達(dá)不到控制目的，因此實(shí)際采樣周期的選擇受多方面因素的制約。</p><p>　　在選取適當(dāng)?shù)牟蓸又芷谥岛?，然后選取、、的參數(shù)值，以下介紹幾種常用參數(shù)整

68、定方法。</p><p>　　穩(wěn)定邊界法：先設(shè)置一個(gè)比例度，確定出系統(tǒng)振蕩周期，然后根據(jù)被控過程的特點(diǎn)，當(dāng)采用PI控制時(shí)，設(shè)置；對溫度、成分等，可采用PID控制，設(shè)置。</p><p>　　擴(kuò)充臨界比例法：該法是穩(wěn)定邊界法的推廣，是閉環(huán)整定法。首先選取采樣周期，控制器純比例控制；其次增大比例，使系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩，得到臨界振蕩周期；然后根據(jù)對象控制效果選擇控制度；最后根據(jù)控制度查表獲得、、值。&

69、lt;/p><p>　　衰減曲線法：該法和穩(wěn)定邊界法相似，首先選取純比例控制，給定值做階躍擾動(dòng)，逐漸減少比例度，直到達(dá)到要求的衰減過程為止，這時(shí)得到比例度，相鄰波峰時(shí)間，最后按照經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算、、值。</p><p>　　第四章 污水處理站的電氣自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.1 系統(tǒng)概述</b></p><p>

70、;　　污水處理站自控系統(tǒng)遵循“集中管理，分散控制，數(shù)據(jù)共享”的原則，設(shè)計(jì)選型先進(jìn)，安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理，并能保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定高效地運(yùn)行[21]。PLC控制系統(tǒng)滿足污水處理站運(yùn)行管理和安全處理的要求，即生產(chǎn)過程自動(dòng)控制和報(bào)警、自動(dòng)保護(hù)、自動(dòng)操作、自動(dòng)調(diào)節(jié)、提高運(yùn)行效率，降低運(yùn)行成本，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，對污水處理站內(nèi)各系統(tǒng)工藝流程中的重要參數(shù)、設(shè)備工作情況等進(jìn)行計(jì)算機(jī)在線集中實(shí)時(shí)監(jiān)測，重要設(shè)備進(jìn)行計(jì)算機(jī)在線集散控制，確保污水處理站的出水水質(zhì)達(dá)到設(shè)

71、計(jì)排放標(biāo)準(zhǔn)[22]。該系統(tǒng)具有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　實(shí)用性：PLC系統(tǒng)其目的在于滿足污水廠生產(chǎn)控制和管理要求，在保證先進(jìn)的條件下，設(shè)備和系統(tǒng)應(yīng)符合實(shí)際要求；</p><p>　　可靠性：污水處理站的生產(chǎn)過程要求PLC控制系統(tǒng)具有連續(xù)可靠性；</p><p>　　經(jīng)濟(jì)性：PLC系統(tǒng)的技術(shù)含量高，設(shè)備復(fù)雜，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較；</p&g

72、t;<p>　　先進(jìn)性：網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、PLC控制技術(shù)發(fā)展迅速。</p><p>　　根據(jù)污水處理站的設(shè)計(jì)規(guī)模和陶瓷膜過濾設(shè)備的特點(diǎn)，本著技術(shù)先進(jìn)，性價(jià)比高，適用可靠的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。依據(jù)集中監(jiān)測為主，分散控制為輔的基本原則，設(shè)計(jì)采用以PLC（可編程控制器）為基礎(chǔ)的監(jiān)測控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA）,在中央控制室利用PC（工業(yè)級PC）對廠內(nèi)各工況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并有信號報(bào)警和連鎖等設(shè)施以保證生產(chǎn)正

73、常運(yùn)行，生產(chǎn)的工藝過程PLC采用就地獨(dú)立控制。從安全生產(chǎn)的角度和操作人員技術(shù)掌握程度上考慮，設(shè)立三級控制層：設(shè)備就地手動(dòng)、PLC子站現(xiàn)場監(jiān)控和控制室計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控（如圖4-1所示）。</p><p>　　電氣自控系統(tǒng)是一個(gè)利用計(jì)算機(jī)軟硬件資源以及數(shù)據(jù)庫和PLC控制的人—機(jī)系統(tǒng)[23]。它能使操作者通過計(jì)算機(jī)來控制各個(gè)機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)，并且可以實(shí)時(shí)的對每臺(tái)設(shè)備提供參數(shù)監(jiān)控[24]。污水處理站PLC控制系統(tǒng)由一臺(tái)計(jì)算機(jī)、一

74、個(gè)PLC主站，兩個(gè)現(xiàn)場控制子站、工藝儀表、氣動(dòng)開關(guān)閥、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥構(gòu)成。兩個(gè)現(xiàn)場控制子站用于控制現(xiàn)場設(shè)備、采集動(dòng)態(tài)工藝參數(shù)和設(shè)備工作情況?，F(xiàn)場控制站根據(jù)污水處理站的實(shí)際工藝和構(gòu)筑物的幾何分布，設(shè)置在控制對象和信號源相對集中的幾個(gè)單體中，并考慮在不影響控制功能和設(shè)備安全的前提下，盡量節(jié)省投資。計(jì)算機(jī)和PLC主站位于中心控制室；現(xiàn)場子站位于：前級處理池區(qū)，陶瓷膜設(shè)備區(qū)。計(jì)算機(jī)和PLC主站之間通過MPI協(xié)議通訊[25]，PLC主站和現(xiàn)場子站之間

75、通過PROFIBUS-DP協(xié)議通訊[26]。</p><p>　　圖4-1 PLC子站現(xiàn)場監(jiān)控和控制室計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控</p><p><b>　　4.1.1 控制室</b></p><p>　　控制室內(nèi)設(shè)有一臺(tái)計(jì)算機(jī)操作站，計(jì)算機(jī)安裝有SIMATIC STEP7 V5.5編程軟件和WINCC 6.0組態(tài)軟件，程序可方便下載到CPU中，以便在調(diào)試

76、過程中隨時(shí)修改程序?？刂剖铱蓪φ麄€(gè)分控式控制系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)管理、系統(tǒng)監(jiān)測、實(shí)時(shí)監(jiān)測、顯示、處理、控制各PLC子站的狀態(tài)、通信、數(shù)據(jù)和信息。</p><p>　　4.1.2 PLC主站控制系統(tǒng)</p><p>　　PLC主站位于低壓配電室內(nèi)，對陶瓷膜區(qū)水泵、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和控制。通過現(xiàn)場總線把信號送控制室計(jì)算機(jī)操作站完成指示、記錄、報(bào)表和報(bào)警等監(jiān)控管理功能。&

77、lt;/p><p><b>　　其主要設(shè)備有：</b></p><p>　　供料泵、清洗泵、循環(huán)泵、氣動(dòng)開關(guān)閥、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥</p><p>　　該子站模擬量輸入、輸出，數(shù)字量輸入、輸出點(diǎn)數(shù)</p><p>　　AI：4 AO：4 DI：8 DO：24</p>&l

78、t;p>　　4.1.3分現(xiàn)場生產(chǎn)過程PLC控制系統(tǒng)</p><p>　　1）預(yù)處理區(qū)PLC控制及檢測部</p><p>　　預(yù)處理區(qū)PLC子站位于預(yù)處理池區(qū)，對工藝專業(yè)要求檢測的各種工藝參數(shù)，水泵等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和控制。通過DP現(xiàn)場總線把信號送控制室計(jì)算機(jī)操作站完成指示、記錄、報(bào)表和報(bào)警等監(jiān)控管理功能。</p><p><b>　　

79、其主要設(shè)備有：</b></p><p>　　提升泵、回流泵、潛水?dāng)嚢杵?、污泥提升泵、鼓風(fēng)機(jī)、現(xiàn)場分析儀表</p><p>　　該子站模擬量輸入、輸出，數(shù)字量輸入、輸出點(diǎn)數(shù)</p><p>　　AI：4 DI：8 DO：8</p><p>　　2）陶瓷膜設(shè)備區(qū)PLC控制及檢測部分&

80、lt;/p><p>　　陶瓷膜設(shè)備區(qū)PLC子站位于陶瓷膜廠區(qū)內(nèi)，對工藝專業(yè)要求檢測的各種工藝參數(shù)，氣動(dòng)開關(guān)閥等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和控制。并可在中控室計(jì)算機(jī)操作站完成指示、記錄、報(bào)表和報(bào)警等監(jiān)控管理功能。</p><p><b>　　其主要設(shè)備有：</b></p><p>　　氣動(dòng)開關(guān)閥、現(xiàn)場分析儀表</p><p&

81、gt;　　該子站模擬量輸入、輸出，數(shù)字量輸入、輸出點(diǎn)數(shù)</p><p>　　AI：10 DI：32 </p><p>　　4.2 PLC設(shè)備及儀表選型</p><p>　　4.2.1 PLC選型要求</p><p>　　利用可編程序控制器（PLC）組成遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)時(shí)，首先遇到的是PLC的選型問題。在

82、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)用場合盡量選用合適的可編程序控制器。</p><p>　　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：</p><p>　　1）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(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。P

83、LC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。</p><p>　　2）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(yùn)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。</p><p>　　3）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)直接影響控制系統(tǒng)的可靠性。</p><p>　　4

84、）存儲(chǔ)器類型及其容量選擇。小型PLC作為單機(jī)小規(guī)模控制使用時(shí)，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(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：</p><p>　?。?）代替繼電器　M＝Km［（10×DI）＋（5×D

85、O）］</p><p>　?。?）模擬量控制　M＝Km［（10×DI）＋（5×DO）＋（100×AI）］</p><p>　　（3）多路采樣控制　M＝Km｛［（10×DI）＋（5×DO）＋（100×AI）］＋（1+采樣點(diǎn)×0．25）｝</p><p>　　式中DI為數(shù)字（開關(guān)）量輸入信號；DO為數(shù)

86、字（開關(guān)）量輸出集中；AI為模擬量輸入信號；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。</p><p>　　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。</p><p>　　5）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。</p><p>　　6）支持技術(shù)條件。在選用PLC時(shí)，有無支持技術(shù)條件也是

87、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。</p><p>　　4.2.2 PLC選型</p><p>　　為了保證監(jiān)控管理控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，PLC監(jiān)控系統(tǒng)選用SIEMENS的ET200S系列產(chǎn)品。其主要設(shè)備是：SIEMENS的ET200S系列PLC可編程控制器。</p>&l

88、t;p>　　SIMATIC ET200S系列PLC是西門子公司生產(chǎn)的分布式I/O系統(tǒng)，其功能強(qiáng)大，穩(wěn)定性高，保護(hù)級別為IP 20，完全適合城市污水處理對可編程序控制器功能的要求。其主要有以下特點(diǎn)：</p><p>　　? 集成PROFIBUS-DP 或PROFINET 以太網(wǎng)接口；</p><p>　　? 靈活的擴(kuò)展能力，每個(gè)站能連接最多63個(gè)I/O 模塊或高達(dá)20個(gè)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器，完

89、全永久預(yù)接線；</p><p>　　? 大范圍外圍設(shè)備可供選擇：數(shù)字和模擬I/O；可連接2/4/8/32點(diǎn)模塊；</p><p><b>　　- 技術(shù)模塊；</b></p><p>　　- 電機(jī)啟動(dòng)器 (達(dá)到7.5 kW) 和變頻器 (達(dá)到4 kW)；</p><p><b>　　? 集成故障安全；</b

90、></p><p>　　? 集成Bürkert氣動(dòng)元件</p><p>　　? 可連接稱重模塊；</p><p>　　? 針對控制柜安裝的最優(yōu)尺寸 (小底座)； </p><p>　　? 由端子模塊和電子模塊 (電機(jī)起動(dòng)器) 組成的固定配線，設(shè)計(jì)靈活；</p><p>　　? 預(yù)布線導(dǎo)致的簡單安裝；&l

91、t;/p><p>　　? 集成的電壓總線，最小的接線成本，使用廣泛；</p><p>　　? 獨(dú)特的分段電源管理機(jī)制；</p><p>　　? 通用電勢組的單獨(dú)連接；</p><p>　　? 支持螺釘式、彈簧式或快速連接端子；</p><p>　　? 強(qiáng)健的外殼設(shè)計(jì)達(dá)到5 g 防震 (電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器r: 2 g)；</

92、p><p>　　? 支持熱插拔：操作中模塊插拔 (包括電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器)；</p><p><b>　　? 通道級診斷； </b></p><p><b>　　PLC性能特點(diǎn)：</b></p><p><b>　　1）CPU</b></p><p>　　硬件組態(tài)

93、系統(tǒng)模塊數(shù)量：63</p><p><b>　　存儲(chǔ)卡：128K</b></p><p>　　電源電壓范圍：20.4～28.8VDC</p><p><b>　　第一接口：MPI </b></p><p>　　第二接口：6ES7 138-4HA00-0AB0 DP主站</p><

94、;p><b>　　2）電源模塊</b></p><p>　　電壓額定值：24VDC</p><p>　　電流載流能力：10A</p><p><b>　　3）接口模塊</b></p><p>　　I/O模板最大數(shù)量：63</p><p><b>　　最大站寬：

95、2m</b></p><p>　　DP接口類型：RS485 </p><p>　　4）數(shù)字量輸入模塊（DI）</p><p><b>　　輸入點(diǎn)數(shù)：4點(diǎn)</b></p><p>　　輸入電壓：24VDC</p><p><b>　　輸入電流：7mA</b><

96、/p><p>　　連接方式：采用彈簧型端子模塊，省去接線端子，提高工作量，減少元器件安裝空間。</p><p>　　5）數(shù)字量輸出模塊（DO） </p><p>　　輸入點(diǎn)數(shù)：2點(diǎn)繼電器</p><p>　　觸點(diǎn)開關(guān)能力：AC250V/DC24V，5A</p><p>　　連接方式：采用彈簧型端子模塊，省去接線端子，提高工

97、作量，減少元器件安裝空間。</p><p>　　6）數(shù)字量輸出模塊（DO）</p><p>　　輸入點(diǎn)數(shù)：4點(diǎn)晶體管</p><p>　　觸點(diǎn)開關(guān)能力：DC24V，0.5A</p><p>　　連接方式：采用彈簧型端子模塊，省去接線端子，提高工作量，減少元器件安裝空間。 </p><p>　　7）模擬量輸入模塊（A

98、I）：</p><p><b>　　輸入點(diǎn)：2路</b></p><p>　　輸入范圍：4～20mA</p><p><b>　　分辨率：13位</b></p><p><b>　　積分時(shí)間：20ms</b></p><p>　　連接方式：采用彈簧型端子

99、模塊，省去接線端子，提高工作量，減少元器件安裝空間。 </p><p>　　8）模擬量輸出模塊（AO）：</p><p><b>　　輸出點(diǎn)數(shù)：2路</b></p><p>　　輸出范圍：4～20mA</p><p><b>　　分辨率：13位</b></p><p>　

100、　連接方式：采用彈簧型端子模塊，省去接線端子，提高工作量，減少元器件安裝空間。 </p><p>　　4.2.3 儀表選型</p><p>　　在儀表選型上，介于監(jiān)測儀表的重要性，在儀表選型上應(yīng)遵循：準(zhǔn)確全面反映各環(huán)節(jié)水質(zhì)情況；參與控制的水質(zhì)和物理參數(shù)；盡量選用國內(nèi)可靠成熟的儀表產(chǎn)品，以節(jié)約投資，也方便維修；對關(guān)鍵的現(xiàn)場儀表，則考慮引進(jìn)國外設(shè)備。</p><p>

101、;<b>　　1）電磁流量計(jì)</b></p><p>　　電磁流量計(jì)是測量和指示導(dǎo)電液體的流量，由傳感器、變送器及顯示界面組成，傳感器形式為法蘭連接，帶接地環(huán)，轉(zhuǎn)換器具備微處理器信號功能。</p><p>　　型號：SE11FH40SC7C1T02G00 SINIER</p><p><b>　　電源：220VAC</b>

102、;</p><p><b>　　信號：4~20mA</b></p><p><b>　　2）壓力變送器</b></p><p>　　壓力變送器是測量流體的壓力，有傳感器、變送器組成，傳感器形式為螺紋連接。</p><p>　　型號：MPM489[0~1MPa]E22B1C5G 麥克</p&g

103、t;<p><b>　　信號：4~20mA</b></p><p><b>　　3）液位變送器</b></p><p>　　液位變送器是測量水池或水罐中液體的液位的，有傳感器、變送器組成，傳感器形式為螺紋連接。</p><p>　　型號：MPM489[0~100KPa]E22B1C5G 麥克</p&g

104、t;<p><b>　　信號：4~20mA</b></p><p><b>　　4）溫度變送器</b></p><p>　　溫度變送器是測量水池、水罐或設(shè)備中液體的溫度的，傳感器形式為螺紋連接。</p><p>　　型號：PT100 0~100℃ 上海自動(dòng)化儀表廠</p><p>　

105、　信號：PT100熱電阻</p><p><b>　　5）溶解氧檢測儀</b></p><p>　　溶解氧檢測儀是測量液體的溶解氧含量的，有傳感器、變送器、現(xiàn)場顯示組成。 </p><p>　　量程：0~20mg/L</p><p><b>　　信號：4~20mA</b></p>&l

106、t;p>　　4.2.4 儀表動(dòng)力配置</p><p>　　由相應(yīng)的配電室提供，控制室、各子供電要求，交流電壓：220VAC±10% 50Hz±5%，直流電壓：24V-5%～+10%?？刂剖译娫囱b設(shè)防雷器和UPS，計(jì)算機(jī)不得與空調(diào)等大容量電器共回路。PLC子站電源取自主站控制柜SITOP電源。</p><p>　　4.2.5 PLC具體配置</p>&

107、lt;p>　　根據(jù)現(xiàn)場具體情況，本監(jiān)控系統(tǒng)的PLC分成DP主站、前處理區(qū)DP子站、陶瓷膜設(shè)備區(qū)DP子站。根據(jù)現(xiàn)場儀表以及電氣設(shè)備的分布，對PLC分別配置如下（圖4-2）：</p><p><b>　　圖4-2 硬件組態(tài)</b></p><p>　　1）主站配置：（見圖4-3）</p><p>　　中央處理模塊(CPU)：選用IM151-7

108、 CPU；</p><p>　　接口模塊：6ES7 138-4HA00-0AB0；</p><p><b>　　存儲(chǔ)卡：128K；</b></p><p><b>　　MPI地址：2；</b></p><p>　　PROFIBUS-DP地址：2；</p><p>　　電源模塊

109、：6ES7 138-4CA01-0AA0；</p><p>　　數(shù)字量輸出模塊(DO)：6ES7 132-4HB01-0AB0(2點(diǎn)/塊)，共4塊；</p><p>　　數(shù)字量輸出模塊(DO)：6ES7 132-4BD01-0AA0(4點(diǎn)/塊)，共4塊；</p><p>　　數(shù)字量輸入模塊(DI)：6ES7 131-4BD01-0AA0(4點(diǎn)/塊)，共2塊； <

110、;/p><p>　　模擬量輸出模塊(AO)：6ES7 135-4GB01-0AB0(2點(diǎn)/塊)，共2塊；</p><p>　　模擬量輸入模塊(AI)：6ES7 134-4GB11-0AB0(2點(diǎn)/塊)，共2塊；</p><p>　　圖4-3 PLC主站硬件組態(tài)</p><p>　　2）前處理區(qū)子站配置：（見圖4-4）</p><

111、;p>　　接口模塊：6ES7 151-1AA05-0AB0；</p><p>　　PROFIBUS-DP地址：4；</p><p>　　電源模塊：6ES7 138-4CA01-0AA0；</p><p>　　數(shù)字量輸出模塊(DO)：6ES7 132-4HB01-0AB0(2點(diǎn)/塊)，共2塊；</p><p>　　數(shù)字量輸入模塊(DI)：

112、6ES7 131-4BD01-0AA0(4點(diǎn)/塊)，共2塊；</p><p>　　模擬量輸入模塊(AI)：6ES7 134-4GB01-0AB0(2點(diǎn)/塊)，共1塊；</p><p>　　模擬量輸入模塊(AI)：6ES7 134-4GB11-0AB0(2點(diǎn)/塊)，共1塊；</p><p>　　4-4 前處理區(qū)子站硬件組態(tài)</p><p>　　

113、3）陶瓷膜設(shè)備區(qū)子站配置：（見圖4-5）</p><p>　　接口模塊：6ES7 151-1AA05-0AB0；</p><p>　　PROFIBUS-DP地址：3；</p><p>　　電源模塊：6ES7 138-4CA01-0AA0；</p><p>　　數(shù)字量輸入模塊(DI)：6ES7 131-4BD01-0AA0(4點(diǎn)/塊)，共8塊；

114、 </p><p>　　模擬量輸入模塊(AI)：6ES7 134-4GB01-0AB0(2點(diǎn)/塊)，共3塊；</p><p>　　模擬量輸入模塊(AI)：6ES7 134-4GB11-0AB0(2點(diǎn)/塊)，共2塊；</p><p>　　圖4-5 陶瓷膜設(shè)備區(qū)子站硬件組態(tài)</p><p>　　4.2.6模塊連接圖</p><

115、p>　　在做硬件連接圖前，應(yīng)在PLC用戶手冊上查出所用各模塊的接線圖，嚴(yán)格按照接線圖接線，各所用模塊端子分配圖如圖4-6所示。</p><p>　　圖4-6 模塊端子分配圖</p><p>　　4.3 PLC程序設(shè)計(jì)</p><p>　　PLC硬件電路連接完畢后，控制功能的完成還要依靠軟件程序的運(yùn)行，兩者缺一不可。PLC 系統(tǒng)的組態(tài)和編程都采用STEP7-Mi