1、PLC 在污水處理廠中控制系統設計-雙恒壓供水系統的程序設計文摘本文主要介紹了PLC 在城市污水處理中的具體應用實例，系統介紹了城市污水處理工藝流程以及基于SIEMENS 的 S7 400 系列 PLC 的污水處理實施方案，介紹城市污水處理廠監控系統數據采集的方法?？删幊炭刂?器即 PLC 是綜和了計算機技術、自動控制技術和通信技術的一種新型的、通用的自動控制裝置?，F在可編程控制器 已經成為最重要、最可靠、應用場合最廣泛的工業控制微型計算機。它具有功能強、可靠性高、使用靈活方便、易 于編程以及適應工業環境等一系列優點。為了提高污水處理廠的運行管理水平，PLC 也成為了該系統的重要組成單元之一，

2、在該系統中各單元按一定拓撲結構互相連接構成污水處理廠的控制系統。關鍵詞污水處理；自動化控制系統；PLC;硬件配置；軟件設計。Digest this article mainly introduced PLC in the city sewage treatment concrete application example, the system introduced thecity sewage treatment technical process as well as based on SIEMENS S7-400 the series PLC sewage treatment imple

3、mentationplan, introduces the city sewage treatment plant supervisory system data acquisition the method.The programmable controllerwas PLC is the grand total computer technology, the automatic control technology and the communication one kind new, thegeneral automatic control device.Now the program

4、mable controller already became importantly, most reliable, the applicationsituation most widespread industry control microcomputer.It has the function strong, the reliability high, the use nimble convenient,easy to program as well as the adaptation industry environment and so on a series of meritsn

5、 order to enhance the sewagetreatment plant the movement management level, PLC has also become one of this system important composition units, in thissystem various units according to certain topology interconnection constitution sewage treatment plant control system.Key word sewage treatmentoAutoma

6、tion control system。PLC。Hardware disposition。Software design.1.污水處理工藝流程1.1工藝流程圖由于城市污水是工業企業和居民生活所排放的，所以污水中含有大量的有機物，這種污水成為生化污水。生化污水處理工藝是利用微生物的吸附、氧化和分解作用來降解污水中有機物的含量, 成為可以沉淀的污泥，從而使凈化水質達到規定的排放標準（見圖 1） o圖1工藝流程圖1.2對工藝流程的闡述城市污水依次經過粗格柵、進水泵房、沉砂池、初沉池、曝氣池和二沉池來實現污水的處理。 其中各部分的功能如下：（1）進水泵房用于將污水提升，粗格柵用于除掉污水中大塊雜物和污

7、物，進而保護進水 泵。（2）沉砂池的細格柵用于除去污水中的小塊雜物，吸砂橋除砂和漂浮油脂，還有砂處理 和浮砂油脂處理設備。.（3）初沉池初步除掉水中污泥，用刮泥機收集污泥至初沉池泥泵房。（4）曝氣池（氧化溝）為生化處理區，通過投放回流活性污泥攪拌和曝氣供氧，培養微 生物大量繁殖，形成更多活性污泥。（5）二沉池徹底清污水，使泥水分離。1.3主要設備的組成及控制方式表1設備參量序號設備名稱數童技術參數1飛力污水提升泵5華遠泵站；P=100KWPV=38OII=195A3石角泵站；P=54Kff*380V, I=102A6鎮安廠回盍泵；370, V=38OVi I-80A2粗、細格柵機8P=l.V=

8、3S0V* 1=3. 7A3HV-TURBO鼓風機3V=380V4攪拝器12P=3,8O. V=380V 1=7,2A5吸刮泥機8P=0. 37KFi 7=380, 1=1. 2AT6污泥提升泵3P=4KWtV=380V- 1=9,3A7投藥泵2P=0.63KF, V=220A/380Y8脫水機2P=3, 2KW, V=220A/38OY9電磁益量計13QUT：42QJLA, DN350, DN600, DN100010污泥濃度計44-20nA, 0-5000PPM11溶氧儀10420JHAJ0-5mg/l污水處理廠的設備均采用三級控制方式，即現場控制方式、MCC控制方式和微機控制方式。目前，

9、以MCC控制為基礎，PLC控制為主導的控制方式始終處于工業自動化控制領域的主戰場， 為各種各樣的自動化控制設備提供了非常可靠的控制應用。其主要原因，在于它能夠為自動化控制 應用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合于當前污水處理廠對自動化的需要。1.4粗格柵、細格柵、提升泵房的設備控制粗格柵、細格柵的控制分為現場控制和遠程控制兩種模式。遠程控制模式由PLC和上位機實現，它包括微機手動和微機自動，而微機自動控制方式為：（1）水位差控制方式，通過格柵機運行液位差計的測量值用來反映格柵阻塞程度，并傳輸到PLC控制器，進行分析計算。當液位差超過預設的數值，控制格柵運行；（2）時間設置控制方式，在上位機

10、的INTERACT組態軟件中設置格柵機運行時間和停機時間，經PLC控制器的程序運算指揮MCC寸格柵機進行控制。1.5沉砂池、生化池、沉淀池、污泥回流泵房和鼓風機房的設備控制砂攪拌器的自動運行通過進水電磁流量計控制，而抽砂泵的運行狀態是由微機對其開、停時間 的設 置控制的。生化池厭氧區的攪拌器、沉淀池的吸刮泥機、污泥回流泵房的閥門和回流泵都是由微機觸發指令 通過PLC控制。1.6脫水機房脫水機房的設備主要擔負由污泥提升泵將回流泵井的剩余污泥與污泥絮凝劑按比例混合進行脫 水處理的任務。污泥與溶解成一定濃度的絮凝劑混合后，污泥中的固體顆粒被凝聚成絮團，并分離 出自由水，然后被輸送到帶式污泥脫水機上，

11、經頂脫水區、重力脫水區、楔形脫水區、壓濾脫水區 后形成濾餅排出。1.7 PLC 控制系統1.7.1 PLC控制系統的基本構成及功能污水處理廠PLC控制系統由兩臺計算機、8個現場控制站、工藝儀表、電量變送器構成.脫水機房。0#工作站5#工作站之間采用A1SJ71AR21模塊通過同軸電纜通訊。1#工作站和2#工作站與廠內主工作站的距離45公里，且無人值班，故租用電信公司無源電話專線通過調制解調器和A1SJ71UC24通信模塊進行泵房設備控制和數據傳輸。網絡控制分布圖（如圖下圖所示）廠外IffPLCSi廠外2# PLC14 PLC站輝 PLCtt4#PLC站5莽PLC站1.7.2網絡結構某污水處理廠

12、的自控系統由環形拓撲形式(ring topology)和星形拓撲形式(star topology)兩種總線網絡形式構成。1.7.3上位機組態功能(1)控制操作：在中控室里采用2臺IBM90和INTERACT組態軟件開發的工控程序能對全廠和2個污水提升泵站的被控設備進行控制、對各現場控制站PLC的參數進行設定和修改.(2)顯示功能：用設計方法生成圖形，實時地、集中地顯示被測參數所處的變化過程。對全廠 工藝過程、工藝參數、設備狀態等通過顏色的變化直觀地、動態地顯示。(3)報表功能：分成年度、月度、日班報表及運行參數報表。如：污水處理量、加藥量、耗電量 等。(4)打印功能：各種報表的打印，各種事件及

13、報警實時打印。1.8系統構成及其布局根據工藝特點和控制要求，本系統采用分布式集散監控系統，按流程設兩個PLC分站，分別監控水區和泥區的設備運行和控制，設一個總站集中分站信息并控制分站工作。具體控制分為:(1)各開關柜(包括:10kV進線柜、0.4kV進線柜等)，由“自動/停止/手動”轉換控制狀態，“手 動”設啟/停按鈕，用于手動操作。(2)分站控制，用可編程控制器和工業控制計算機系統等自控設備，自動監控所屬范圍運行。(3)總站主機控制，多為計算機監控管理系統，集中分站信息，進行各種處理，并通過分站統一 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，是監控管理的中心。2 污水處理中的

14、PLC2.1.1設計范圍設計包括廠界內預處理、生物濾池、污泥處理及附屬設施需要檢測和控制應提供的儀表和有關 的輔助裝置等。2.1.2 PLC設計綜述圖4主站網絡圖2.2 PLC 在污水處理中的部分運用2.2.1中央控制室中央控制室可對整個分控式控制系統進行系統組態管理、系統監測、實時監測、顯示、處理、控制各PLC子站的狀態、通信、數據和信息，完成報警和報表打印。在廠級管理層可以通過In ternet將結果、效益分析等發往主管局等政府機關（如圖下圖所示）。設立三級控制層：設備就地手動、PLC子站現場監控和中控室遠程監控（如圖下圖所示）。:jZL冃 打印巴中控室遠程監控-1-j廠外WPLCi占!

15、nan-1#PLC3# PLC站Illiq #PLC站PL子站現場監設備就地動手222控制網絡系統PLC控制系統中央控制室與現場PLC子站之間采用最先進的控制網絡.中央控制室與廠級管理層之間采用lOOMdps的以太通訊網，該網帶有E-mail功能，能向mail server發送用戶自定義信息，故障信息，狀態信息等，通過網關（以太網交換器）或PLC可與其他控制網絡、現場總線相連。為保證在供電發生意外時，系統能有足夠的反應時間進行應急處理，設計上中央控制室和各 子站均設有在線式不間斷電源。過電壓保護裝置能抑制出現在電力網絡中的暫態浪涌電壓和吸收暫態浪涌電壓能量，在保障供電連續的條件下，保障計算機、

16、PLC控制子站及其他主要設備免受過電壓的干擾和侵害，使用電設備安全正常運行。2.2.3現場生產過程PLC控制系統預處理PLC控制及檢測部分廠內1#預處理PLC子站位于污泥脫水間控制室內。對工藝專業要求檢測的各種工藝參數，水泵、閘門、粗格柵、細格柵、排砂裝置等設備的運行 狀態、故障狀態進行監測和控制。通過網絡把信號送中央控制室計算機操作站完成指示、記錄、報 表和報警打印等監控管理功能。其主要設備有：仲泵監兢肛序1,席也匸注控周齊娉計時邁習U監桂主雀呼粗格柵、閘板，細格柵、螺旋輸送機 該子站模擬量輸入、輸出，數字量輸入、輸出點數AI:11 DI:30 DO:22粗格柵開、?？刂聘鶕暡ㄒ何徊钣嫓y

17、得的粗格柵前后水位差值自動控制回轉式粗格柵的運行，即水位差達 到設定值時，自動啟動格柵。當回轉式粗格柵停止運行的時間超出設定值時，系統轉為時間控制， 此時限為可調式設計，并設置上限報警。PLC系統將根據軟件程序自動控制螺旋輸送機、回轉式粗格柵機的順序啟停、運行、停車以 及安全連鎖保護，格柵機停機后延時停螺旋輸送機。細格柵開、?？刂萍毟駯?4小時運行，并設置上限報警。PLC系統將根據軟件程序自動控制螺旋輸送機、回轉式細格柵機的順序啟停、運行、停車以及安全連鎖保護，格柵機停機后延時停螺旋輸送機 污水閘門控制兩臺閘門根據液位手動或電動，其運行信號送入中控室監控，不參加控制。BAF生物濾池PLC控制及

18、檢測部分廠內2#BAF生物濾池PLC子站位于變電所低壓配電室控制室內。對工藝專業要求檢測的各種工藝參數，水泵、風機反沖洗泵等設備的運行狀態、故障狀態進行 監測和控制。并可在中控室計算機操作站完成指示、記錄、報表和報警打印等監控管理功能。該子站模擬量輸入、輸出，數字量輸入、輸出點數AI:14 AO:3 DI:124DO:134沉砂池和沉淀池沉砂池和沉淀池定時開/停排砂、排泥閥，砂水分離器設備控制由設備廠商自帶可設定控制系 統，砂水分離器應與排砂閥聯鎖。2.2.4廠級管理PLC系統該系統主要功能： 生產過程的全面查詢，包括各種進、出廠水流量，各中能耗等。 生產過程分析報告、報表和圖形。設備資料數據

19、庫和設備運行管理數據庫?；炈枰膮?。建立與外部Interner的雙向連接，便于發布信息和從外部獲取信息，建立現代企業形象。附錄三為PLC設計簡圖。2.3 PLC 設備及儀表為了保證監控管理控制系統的正常運行，PLC監控系統選用 SIEMENS 的 S7 400 系列產品?，F場PLC控制子站是直接監視和控制若干工藝生產過程所單元，其主要設備是：SIEMENS 的 S7 400 系列 PLC 可編程控制器。連接方式：采用可拆卸式端子排以提高可靠性，易于連接和維修各模塊具有光電隔離功能，每個輸出點都具有狀態指示模擬量輸入模塊（AI）：輸入點：8路輸入范圍：05V,15V,010V,-10+ 1

20、0V,420mA分辨率：12位隔離方式：光電隔離轉換速度：1ms/點精度（25C）:電壓土0.2%電流土0.4%其他功能：斷線檢測，峰值保持、平均值功能、定標功能等觸摸開關分辨率：32*24個顯示分辨率：640*480點通訊接口：RS-422A/RS-485口RS-232C口電源電壓范圍：DC20.4VDC26.4V運行時間：25000小時2.4主要 PLC 設備表及其說明表 2 主要電氣設備序列號. 設備名稱戲參數1Easy View馳摸屏2CPU FX2N-64MR3FXON-3A It展價塊4施耐德低壓元件5監控操作臺6電磁閥控制拒7主回路控常柜1、 編程設備：編程器是PLC開發應用、監

21、測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統作一些設定、監控PLC及PLC所控制的系統的工作狀況，但它不直接參與現場控制運行。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）充當編程器。2、 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）式的一體式操作員終端應用越來越廣泛，由計算機（運行組態軟件）充當人機界面非常普及。3、輸入輸出設備：用于永久性地存儲用戶數據，如EPROM、EEPROM寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機等。（如表2所示）PLC的通信，還未實現互操作性，IEC規定了多種現場總線標準，PLC各廠家均有采用。對于一個自動化工程（特

22、別是中大規?？刂葡到y）來講，選擇網絡非常重要的。（如下頁表3所示）表3主要設備表見機電號CF-11功率r 250W涼量1 (950-1300) mVh壓力】(294-410) Pa3攪拌機功率0.75KW減速器型號：WPX-70減速比=10轉速：200-3Q0f/rtun攪拌漿形式；框式9攪拌機功率；0.37KW減速器型號；WPX-70減速比1 20轉速：30 100r/min攪拌漿形貳；框式10攪拌機功率：0 37KW減速器型號1 WPX-70轉JI r 100 150r/tnin減速比=1011空圧機排氣量；303L/ttun壓力：了kg/c廿12浮球顧位計13電嵐流童計14DNIOO氣動

23、蝶閥15DN23電猛閥16DN和蝶閥3 PLC 設計3.1 PLC 簡介利用可編程序控制器（PLC組成遠程自動監測系統時，首先遇到的是PLC的選型問題。在選用PLC時，除把可靠性、環境適應性放在首位外，還要根據具體應用場合盡量選用合適的可編程序控制器。3.2系統的設計步驟（如圖下圖所示）承訊功鏈的必養性 特味功能 調試功能的亦菱性（OM/OFFlfcfE/ 電血I/0X3B接盛（iS特棘模塊（實裝也胃3.3 軟件部分3.3.1監控系統的軟件部分計算機操作系統采用Microsoft Win dows 2000 Professio nal中文版操作系統。歷史數據庫采用Microsoft SQL S

24、erver 2000中文版軟件。上位機監控軟件采用當前流行的美國GE公司的iFIX3.5組態軟件來實現。3.3.2軟件配置迭邦塞推I/oBfi!+5Vik源容雖十対V特?；輭嘿R容址選揮華準選擇基旌圖9系統的設計步驟圖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軟件用來實現數據采集、脈沖計數轉換、限值邏輯判斷及聲光報警輸出、通信數據格式的轉換。數據通訊與分離模塊完成PLC與微機間數據和命令的雙向傳送，并將得到的數據按系統要求的格式分離成系統變量。顯示模塊將實時數據顯示在屏幕上，以圖形或表格形式分屏循環顯示。在手動方式下可固定監視畫面并可顯示歷史趨勢圖等。定時存貯模塊按每十分鐘將

25、實時數據存貯到相應的數據庫中，每天整理一次歷史數據。系統維護模塊可用來修改定值參數、口令及限值等。報警模塊不論軟件工作在何種方式下，一旦出現超值，系統確認后并發出報警，屏幕上顯示報警內容和地點，以便采取措施。3.4對污水處理系統中一個 PLC 子站的控制程序進行設計此程序分為三部分：主程序、子程序和中斷程序。（見附錄四）邏輯運算及報警處理等放在主程序。系統初始化的一些工作放在初始化子程序中完成，這樣可節省掃描時間。利用定時器中斷功能實現PID控制的定時采樣及輸出控制。生活供水時系統設定值為滿量程的70%消防供水時系統設定值為滿量程的90%在污水處理系統中，只是用比例（P）和積分（I）控制，其回

26、路增益和時間常數可通過工程計算初步確定，但還需要進一步調整以達到最優控制效果。（程序設計見附錄四）程序中使用的PLC元器件及功能如下表：表 4 程序中使用的元器件及功能器件地址功能器件地址功能VD100過程變量標準化值T33工頻/變頻轉換邏輯控制VD104壓力給定值T34工頻/變頻轉換邏輯控制VD108PI計算值T37工頻泵增泵濾波時間控制VD112比例系數T38工頻泵減增泵濾波時間控制VD116采樣時間T39工頻/變頻轉換邏輯控制VD120積分時間M0.0故障結束脈沖信號VD124微分時間M0.1泵變頻啟動脈沖VD204變頻器運行頻率下限值M0.3倒泵變頻啟動脈沖VD208生活供水變頻器運行

27、頻率 上限值M0.4復位當前變頻運行泵脈沖VD212消防供水變頻器運行頻率 上限值M0.5當前泵工頻運行啟動脈沖VD250PI調節結果存儲單兀M0.6新泵變頻啟動脈沖VB300變頻工作泵的泵號M2.0泵工頻/變頻轉換邏輯控制（接上頁表4）4 結束語本系統與傳統污水工藝PLC控制相比，具有功能齊全、高度智能化、運行可靠、投資省、見效 快等優點。系統自2004年10月投入運行至今，對該城市的生態環境、水資源、城市環境及旅游業 等，都起到極大的推動作用。本文所述的系統具有以下特點：可靠性高。PLC是由Transputer并行處理系統構成，每個處理機模塊都享有自己的存儲器， 數據共享只是通過Link的

28、互連實現，保證了各單元之間的獨立性，從而提供了整個系統的可靠 性。靈活性和可擴展性強。系統中的PLC的數量及之間的拓撲結構可根據需要選擇和重構，構成實現不同功能的系統功能單元?；ミB性強，易于光互連網絡接口。Tran sputer提供了四路標準的INMOS全雙工高速串行通訊鏈路（Link），所以，以利用INMOS Link互連成的Transputer并行處理機系統為核心的控制系統具 有很強的互連性，很容易實現與光互連網絡接口，構成分布式并行計算機網絡，實現污水處理廠各 工藝單元之間的有機并行協調處理。具有高速處理能力IMS T800 Transputer屬于32位精簡指令處理機（RISC），具有

29、64位的浮點運算單元，因此該系統具有高速處理能力。參考文獻1宋建成可編程序控制器原理與應用北京：科學出版社，19982崔巍，張修文一種基于PLC的模糊控制方法，20013汪曉光,孫曉英,王艷丹可編程序控制器原理及應用機械工業出版社4攀枝花市污水處理仁和分廠工程初步設計，2001致謝本設計從選題到最后完成，都得到了指導老師謝慶華老師的悉心指導。謝老師淵博的知識、嚴謹的 治學態度和誨人不倦的精神永遠是我學習的榜樣，他富于開拓與創新的精神以及豐富的社會知識都給我留下了深刻的印象，使我在設計中受益匪淺，在此謹向謝老師致以深切的謝意！ 在論文的寫作中，還得到了謝老師的悉心指點，在此表示衷心的感謝！ 在此

30、還要感謝機電一體化專業的全體老師，感謝他們對我的培養，使我在湖南生物機電學院的 學習生活中受益匪淺。感謝家人的關心與支持！感謝評閱和閱讀本文的老師為此付出的辛勤勞動！附錄附圖 附程序如后頁所示3年二池控機沖洗設備鳳一期淳池輕制-1RS2)_丫RS2521電號臂噸q電臺ICPM2A)J其8臺-1取水 上位機餵機控創附錄一工藝流程祥圖pc附錄三網絡1上電初始化，調初始化子程序主程序SMO. 1SBR-0EN網絡2消防/生活供水壓力給定值設置聽蠶翱評網絡3SMO.1 IHINC -BEN EHOVB300INOUTH-VB30010. 01 1VD250Iv-nlM0.11 / I1 110. 0 DVD212VD2501 ”1/1_=D|-VD208網絡5符合増泵條件時,工頻泵運行數加1T37VB301MO. 0TP網絡4變頻器頻率上限時増甌濾波T37IN OUT+50 TPT=B1網絡6頻率下限時減泵濾波VD250M0.