1、南京化工職業(yè)技術學院 畢業(yè)論文設計題目：污水處理廠泵房 PLC電氣控制系統設計姓 名：所在系部： 自動控制系 班級名稱： 電氣化1121 學 號：指導老師： 2014年4月摘 要本文主要介紹了 PLC在城市污水處理中的具體應用，系統介紹了城市污水處理工藝流程以及基于三菱PLC的污水處理實施方案，介紹了城市污水處理廠監(jiān)控系統數據采集的方法。為了提高污水處理廠的運行管理水平，PLC是該系統的重要組成單元，各單元按一定拓補結構互連構成污水處理廠的控制系統。研究結果表明，該系統不僅具有較強的并行協調處理能力，而且具有高可靠性、靈活性和可擴展性，以及高速處理能力等優(yōu)點。結合某污水處理廠自動化控制系統的運

2、行情況，介紹污水處理廠的設備組成、自動化控制方式和PLC各工作站的功能、網絡構成在污水處理中的應用，總結自動化控制系統對提高生產效率、減少現場操作人員、提高安全性發(fā)揮的良好效果。關鍵詞：污水處理；自動化控制系統；PLC；硬件配置；軟件設計 目 錄第一章 污水處理工藝流程11.1 對工藝流程的闡述11.2 粗格柵、細格柵、提升泵房的設備控制11.3 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21.4 脫水機房31.5 主要設備的組成及控制方式31.5.1主要設備31.5.2設備控制方式41.6PLC控制系統41.6.1PLC控制系統的基本構成及功能51.6.2 網絡結構51.6.3

3、 上位機組態(tài)功能51.7  系統構成及其布局6第二章 污水處理中的PLC82.1 概述82.1.1 設計范圍82.1.2 PLC設計綜述82.2 PLC在污水處理中的部分運用92.2.1 控制網絡系統92.2.2 中央控制室102.2.3 分現場生產過程PLC控制系統102.2.4 廠級管理PLC系統132.3 主要PLC設備表及其說明132.4 PLC設備及儀表選型152.5 儀表的動力要求182.6 PLC具體配置情況182.7 監(jiān)控系統的軟件部分20第三章 PLC設計213.1 PLC構成的控制系統213.2 對污水處理系統中的PLC子站皮帶運輸機的控制程序設計23第四章 總結

4、28參考文獻29緒 論在我國，隨著經濟飛速發(fā)展，人民生活水平的提高，對生態(tài)環(huán)境的要求日益提高，要求越來越多的污水處理后達標排放。在全國乃至世界范圍內，正在興建及待建的污水廠也日益增多。有學者曾根據日處理污水量將污水處理廠分為大、中、小三種規(guī)模：日處理量大于10萬m3為大型處理廠，1-10m3萬為中型污水處理廠，小于1萬m3的為小型污水處理廠。近年來，大型污水處理廠建設數量相對減少，而中小型污水廠則越來越多。如何搞好中、小型污水處理廠，特別是小型污水廠，是近幾年許多專家和工程技術人員比較關注的問題。我國是個缺水的國家，人均水資源占有量只為世界人均水資源占有量的1/4。而且我國的水資源在時空和地域

5、上分布不均勻，更加重了缺水的實際情況。因此近些來，我國的城市水資源進一步緊張，許多城市嚴重缺水。與此同時，水資源的污染卻日益嚴重，也因此許多城市都規(guī)劃和建設了污水處理廠，來改變目前水資源緊缺且污染的現狀。隨著全球水資源供應的緊張和對自動化要求的增加，我國的污水處理廠必然是向著高度自動化和無人職守的方向發(fā)展。目前，PLC在其穩(wěn)定性和高度自動化程度的不斷加強，使PLC成為在城市污水處理自動化方面的首選。第一章 污水處理工藝流程1.1 對工藝流程的闡述首先從廠外污水泵站提升到污水處理廠的污水，經過粗格柵，去除污水中較大的垃圾、漂浮物；通過5臺100KW和3臺54KW的污水泵將污水提升到細格柵，將較小

6、的漂浮物去除；在沉砂池攪拌、除砂；然后進入生化池進行厭氧、耗氧處理，經沉淀池泥水分離，上層澄清液作為凈化后的清潔排放水；沉淀下來的污泥一部分回流到生化池再生利用，一部分作為剩余污泥回流到污泥濃縮池，進一步濃縮，通過污泥處理系統，把泥漿態(tài)的污泥脫水、壓濾，形成干污泥餅（如圖1-1所示）。圖1-1.工藝流程簡圖1.2 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

7、差超過預設的數值，控制格柵運行；（2）時間設置控制方式，在上位機的INTERACT組態(tài)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對格柵機進行控制。提升泵運行控制以遠程控制為主。某污水處理廠有兩個提升泵站，每個泵站設有一個PLC工作站與廠內主站聯絡（如圖1-2所示）。圖1-2.各子站聯絡圖它們距污水處理廠約45公里。為實現進水提升泵的遠程自動控制的安全、可靠，水位測量和提升泵的流量測量和數據分析、傳輸、控制等設備是不可缺少的，所以在進水泵房處安裝了液位計，測量泵井的水位；每臺提升泵的提升管安裝電磁流量計，測量每臺提升泵工作的瞬時流量；兩個PLC工作站分別擔負各泵站的設

8、備控制、設備保護、數據采樣、遠程數據傳輸等作用。根據測量值對應控制程序，自動控制提升泵的運行組合。這樣可以根據廠外來水量準確及時地調整泵運行數量，減少設備疲勞；同時可以取消傳統泵站三班倒的人力資源耗費。1.3 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(tài)是由微機對其開、停時間的設置控制的。 生化池厭氧區(qū)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(fā)指令通過PLC控制。生化池好氧區(qū)的DO計、MLSS計、ORP計、空氣調節(jié)閥和HV-TURBO鼓風機是污水處理的重要設備。曝氣池溶解氧的控制、厭氧段與好氧段的

9、控制、污泥濃度的控制是污水處理廠工藝的核心。該系統控制思路：PLC通過對DO的檢測，自動調節(jié)空氣閥的開度；當檢測到空氣閥的調節(jié)不能滿足DO的需要時，再著行調整鼓風機的出風導葉片的開度（目前各污水廠在該系統的應用都不理想，主要問題是溶解氧的測量值滯后、不穩(wěn)定及空氣閥門的選型）；PLC檢測DO計、MLSS計、ORP計的值傳送上位機進行數據分析，實時掌握厭氧段與好氧段、污泥濃度等狀況，及時調整工藝控制。1.4 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

10、輸送到帶式污泥脫水機上，經頂脫水區(qū)、重力脫水區(qū)、楔形脫水區(qū)、壓濾脫水區(qū)后形成濾餅排出。設備的控制思路是以時序的邏輯控制為主導，污泥和絮凝劑混合的比例通過污泥電磁流量計、清水流量計和投藥泵投藥量實現。該系統流程控制原理圖（如圖1-3所示）。 圖1-3.污泥脫水處理系統流程控制圖脫水機系統的聯動控制時序： 條件：各設備準備就緒，無故障；空壓機、自動配藥池工作正常。 啟動：皮帶輸送機運轉 帶式脫水機運轉 投藥泵運轉 污泥泵運轉。 停機：控制順序與啟動順序相反。 時間：根據實際的運行狀況，可在PLC中設置各設備聯動間隔時間。1.5 主要設備的組成及控制方式1.5.1主要設備活性污泥法的曝氣方式可分為兩

11、大類：鼓風曝氣及機械曝氣兩大類。鼓風曝氣系統的主要設備是鼓風機及擴散系統。小污水廠的鼓風機一般采用羅茨風機及小型離心風機。分散系統一般采用微孔曝氣器。但必須是適應于間歇曝氣的運行方式。鼓風機往往安裝在SBR池旁邊，以減少管路系統的造價。由于污水廠較小，一般不設鼓風機房，僅在鼓風機上設罩棚。這主要適用于廠礦企業(yè)內的污水處理廠，不嚴格控制噪音的情況。如果污水廠毗臨生活小區(qū)，若采用鼓風曝氣則必須建鼓風機房，同時還要有相應的降噪措施，這樣情況下宜采用機械曝氣方式。（如表1-1）表1-1主要設備表1.5.2設備控制方式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

12、，以MCC控制為基礎，PLC控制為主導的控制方式始終處于工業(yè)自動化控制領域的主戰(zhàn)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。 控制系統采用“雙入單出”的模糊控制器。輸入量為pH值給定值與測量值的偏差e以及偏差變化率ec，輸出量為向加藥泵供電的變頻器的輸入控制電壓 u。控制過程為控制器定時采樣pH值和pH值變化率與給定值比較，得pH值偏差e以及偏差變化率ec，并以此作為PLC控制器的輸入變量，經模糊控制器輸出控變頻器輸出頻率n，從而改變加藥量使pH值保持穩(wěn)定。1.6PLC控制系

13、統污水處理廠自控系統遵循“集中管理，分散控制，數據共享”的原則，設計選型先進，安全可靠，經濟合理，并能保證系統長期穩(wěn)定高效地運行。PLC控制系統滿足污水處理廠運行管理和安全處理的要求，即生產過程自動控制和報警、自動保護、自動操作、自動調節(jié)、提高運行效率，降低運行成本，減輕勞動強度，對污水處理廠內各系統工藝流程中的重要參數、設備工作情況等進行計算機在線集中實時監(jiān)測，重要設備進行計算機在線集散控制，確保污水處理廠的出水水質達到設計排放標準。1.6.1PLC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。8個現場控制站用于控制現場設備、采集動態(tài)

14、工藝參數和設備工作情況。現場控制站根據污水處理廠的實際工藝和構筑物的幾何分布，設置在控制對象和信號源相對集中的幾個單體中，并考慮在不影響控制功能和設備安全的前提下，盡量節(jié)省投資。本控制系統由8個現場控制站組成。它們分別位于：廠外1#泵站；廠外2#泵站；廠內中心控制室；廠內低壓電房；鼓風機房（3個站）；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1-4所示）。1.6.2 網絡結構污水處

15、理廠的自控系統由環(huán)形拓撲形式（ring topology）和星形拓撲形式(startop ology)兩種總線網絡形式構成。1.6.3 上位機組態(tài)功能 （1）控制操作：在中控室里采用2臺IBM90和INTERACT組態(tài)軟件開發(fā)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，具有良好的人機交互界面，可方便地進行圖形間的切換和各種功能的調用。設立不同的安全操作等級，針對不同的操作者，設置相應的加密等級，記錄操作員及其操作信息。 （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(tài)等通過顏色

16、的變化直觀地、動態(tài)地顯示。 數據處理及管理：操作記錄并顯示工藝參數、電量參數的變化曲線或趨勢圖，利用在線數據和數據庫的數據進行分析、統計、計算、顯示。 報警功能：當某一參數異常或設備故障時，可根據不同的報警類別，發(fā)出聲光報警、屏幕報警。 （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，各種事件及報警實時打印。由于污水廠較小，各構筑物之間一般用渠道相連，既節(jié)省了占地，又減少了水頭損失。有專家統計，采用渠道輸配水的污水處理廠的水頭損失要比管道輸配水的小2 -3m。對于采用SBR法的小型污水處理廠，一般將沉砂池與SBR池通過

17、渠道相連、污泥濃縮池與脫水機房和泥餅堆放場合建。這樣，在常規(guī)的設計中，小型污 水廠內至多有三個主要的處理單元：輔助生產區(qū)（含辦公、變配電及總控等）、水處理單元、泥處理單元。有時泥處理和水處理單元也可合建。由于方便輸配水，各構筑物采用了合建方式，在設計時應注意距離較近的構筑物的基礎處理，埋深上盡量接近。通過連接構筑物的渠道應做沉降縫。多座反應池的排泥管也可采用渠道而非管道和止回閥連接的方式，這樣不僅減少了設備的維護管理，而且沒有閥門堵塞的問題。在小型污水處理廠內多采用類似策略，可以大大節(jié)省工程費用，方便維護管理。 圖1-4.全廠網絡控制圖1.7  系統構成及其布局根據工藝特點和控制要求

18、，本系統采用分布式集散監(jiān)控系統，按流程設兩個PLC分站，分別監(jiān)控水區(qū)和泥區(qū)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) 現地控制，設現場箱或按鈕站，由“現場/遙控”轉換控制狀態(tài)，“現場”設點動按鈕，用于調整和檢修。(2) 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(tài)，“手動”設啟/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)控制計算機系統等自控設備，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，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

19、最佳狀態(tài)，是監(jiān)控管理的中心。 監(jiān)控系統由操作員工作站、服務器工作站、投影儀、打印機、2個PLC工作站和現場一次設備。通信網絡采用三菱Q系列的cclink現場總線網絡，它和遠程I/O站進行開關數據通信，和遠程設備站及本地站進行開關數據和數字數據通信。通過使用遠程輸入RX和遠程輸出RY與遠程設備站進行通信。PLC之間可以通過CC-link進行鏈接，使用遠程輸入RX和遠程輸出RY傳遞位數據，使用遠程寄存器RWw和遠程寄存器RWr傳遞字數據。CC-linkI/O信號：模塊出錯Xn0，上位機數據鏈接狀態(tài)Xn1，其他站數據鏈接狀態(tài)Xn3,模塊準備信號XnF。所以本系統可以快速的采集和處理由PLC所采集的數

20、據，它可以和各種現場機器產廠家的產品相連，為用戶提供多廠商設備的使用環(huán)境，該網絡滿足了用戶對開放結構的嚴格要求，符合控制系統要求的快速性。第二章 污水處理中的PLC2.1 概述2.1.1 設計范圍設計包括廠界內預處理處理、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設計綜述實用性：PLC系統其目的在于滿足污水廠生產控制和管理要求，在保證先進的條件下，設備和系統應符合實際要求。可靠性：污水處理廠的生產過程要求PLC控制系統具有連續(xù)可靠性。經濟性：PLC系統的技術含量高，設備復雜，因此，在設計時應進行技術經濟比較。先進性：網絡技術、信息技術、PLC控

21、制技術發(fā)展迅速。根據某污水處理廠的設計規(guī)模和BAF生物濾池工藝的特點，本著技術先進，性價比高，適用可靠的原則進行設計。依據集中監(jiān)測為主，分散控制為輔的基本原則，設計采用以PLC（可編程控制器）為基礎的監(jiān)測控制和數據采集系統（SCADA）,在中央控制室利用PC（工業(yè)級PC）對廠內各工況進行實時監(jiān)控，并有信號報警和聯鎖等設施以保證生產正常運行，生產的工藝過程PLC采用就地獨立控制。從安全生產的角度和操作人員技術掌握程度上考慮，設立三級控制層：設備就地手動、PLC子站現場監(jiān)控和中控室遠程監(jiān)控（如圖1-4所示）。在綜合樓設立中央控制室，下設1#預處理PLC子站，2#BAF生物濾池PLC子站和3#污泥處

22、理PLC子站等共7個現場處理子站。在中央控制時可對主要設備實施開、停控制。同時，設備運轉狀態(tài)也通過通訊總線送入上位計算機，在計算機上對全廠設備運轉情況進行監(jiān)控。中央控制室還設置了以太網交換器，與廠級管理PLC層以太信息網絡相連接，并設置廠長辦公終端、生產管理終端、化驗室終端。2.2 PLC在污水處理中的部分運用2.2.1 控制網絡系統通訊控制網絡系統采用可與信息系統無縫連接、可進行三階層通信、高速可靠通信。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，該控制網是一種最現代化的開放網絡，已成為工業(yè)PLC領域的標準網絡。它具有靈活的結構，安裝方便，支持PLC之間及PLC和上位機

23、之間的自動數據鏈接，也可使用信息服務進行可編程的數據傳送，可得到大容量、柔性數據鏈接及大容量的數據傳送，對應低成本的通信系統。其通訊介質選屏蔽雙絞線。通訊速率可達2Mbps，保證數據高速確定地傳輸。主要特性：通訊方法為N:N令牌環(huán)。在網絡兩端內藏必要的終端電阻，只需作開關設定。最大傳送距離：1KM（線纜）20KM（光纜）。最大傳輸率：2Mbps。傳送媒體方式：屏蔽雙絞線或光纜。最大節(jié)點數：32或62PLC。通過網關或PLC可與其他控制網絡、現場總線相連。中央控制室與廠級管理層之間采用100Mdps的以太通訊網，該網帶有E-mail功能，能向mail server發(fā)送用戶自定義信息，故障信息，狀

24、態(tài)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。主要特性：支持TCP/IP,UDP/IP標準協議。傳輸率：10/100Mbps。傳輸協議：TCP/IP、UDP/IP、FTP。傳輸距離：40KM。傳送媒體方式：單模光纖。通過網關或PLC可與其他控制網絡、現場總線相連。為保證在供電發(fā)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(tài)浪涌電壓和吸收暫態(tài)浪涌電壓能量，在保障供電連續(xù)的條件下，保障計算機、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。2.2.2 中

25、央控制室在辦公樓設立中央控制室，中央控制室內設有兩臺21”純平高分辨率計算機操作站、一臺數據庫服務器、三臺打印機、一臺網絡設備。兩臺計算機操作站互為備用，并可安裝PLC編程軟件，程序可方便地通過控制網絡分別下載到指定的現場控制站，以便在調試過程中隨時修改程序。中央控制室可對整個分控式控制系統進行系統組態(tài)管理、系統監(jiān)測、實時監(jiān)測、顯示、處理、控制各PLC子站的狀態(tài)、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Internet將結果、效益分析等發(fā)往主管局等政府機關（如圖2-1所示）。圖2-1.流程簡圖 圖2-1.流程簡圖主要功能：生產工藝過程以工藝流程圖方式顯示，圖形可以取出每幅圖的

26、局部進行放大，便于分幅，分組組展示，流程上有相關的實時生產過程的動態(tài)參數值顯示。當動態(tài)顯示值顯示改變時，隨之改變圖形的數值。2.2.3 分現場生產過程PLC控制系統（1）預處理PLC控制及檢測部廠內1#預處理PLC子站位于污泥脫水間控制室內。對工藝專業(yè)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(tài)、故障狀態(tài)進行監(jiān)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(jiān)控管理功能。其主要設備有：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、停控制根據超聲波液位差計測得

27、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、停控制細格柵24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(jiān)控，不參加控制。（2） BAF生物濾池PLC控制

28、及檢測部分廠內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(yè)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(tài)、故障狀態(tài)進行監(jiān)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(jiān)控管理功能。其主要設備有：排砂閥，排泥閥，啟閉機，砂水分離器，電動進水閥，電動排水閥，電動進氣閥，電動氣沖閥電動反沖洗閥，回用潛水泵，離心鼓風機。該子站模擬量輸入、輸出，數字量輸入、輸出點數AI:14 AO:3 DI:124 DO: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。BAF生物濾

29、池工藝過程簡述：污水經強化預處理后進入第一級生物過濾（C/N）池，污水通過濾池進水管進入濾池底部，填料上的微生物利用進水中的溶解氧降解BOD，同時，SS也通過一系列復雜的物化過程被填料及其上面的生物膜吸附截留在濾床內。流出填料層的廢水進入第二級生物過濾池的污水流程同第一級，但在第二級生物過濾池中可根據運行情況不曝氣并減少回流比以節(jié)能。經二級生物過濾處理后的污水即直接進入接觸池消毒。第一級生物濾池按時間及水位差控制濾池的反沖洗。在該級濾池有超聲波液位計，DO測定儀等國外儀表。第二級生物濾池按吸附與過濾方式運行。按時間及水位差控制濾池的反沖洗。在該級濾池裝有超聲波液位計，SS測定儀，DO測定儀等國

30、外儀表。檢測信號均送生物濾池處理PLC子站進行監(jiān)控。根據生物濾池水位差的反鎖信號控制反沖洗機組開停，根據DO測量儀所測反鎖信號控制調節(jié)曝氣風機的風量。BAF生物濾池按所設計時間進行周期性反沖洗，其中，第一級按每個周期16小時，第二級按每個周期36小時進行反沖洗。或者在一個周期內，如果水頭損失達到所設反沖設定值時，優(yōu)先進入反沖洗程序反沖洗周期設定值根據水質情況在反沖洗程序中為可調值。BAF生物濾池根據其優(yōu)先順序逐臺啟動濾池的反沖洗。一、二級曝氣生物濾池控制過程：反沖洗階段根據時間設定為周期性反沖洗。根據超聲波液位計所測水位值確定反沖洗過程。當水位下降到所設定值時，停止進水閥，開啟反洗水出水閥。待

31、濾池液位再次下降到設定反洗液位值時，先開啟反洗鼓風機，后開啟反洗風閥進行氣沖洗。氣洗數分鐘后，關閉反洗氣閥，關閉反洗鼓風機，氣沖洗結束。氣沖洗結束，進入水沖洗階段。先開啟反沖洗水泵，后開啟反洗管路閥們，進行水洗數分鐘后，水沖洗結束。當水沖洗結束后，繼續(xù)開啟反沖洗鼓風機，再開啟反沖洗風閥，進入氣、水混合沖洗階段。氣、水混合反洗數分鐘后，關閉反洗風閥，關閉反洗鼓風機；關閉反洗水水閥，關閉反洗水泵。至此，反沖洗過程全部結束。當反沖洗階段結束后，先開啟進水閥，后開啟曝氣鼓風機，再開啟曝氣風閥，最后關閉反沖洗水出水閥。進入正常曝氣階段。強制反洗若反洗效果不佳，說明濾路可能出現堵塞，此時，關閉進水閥，開啟

32、反沖洗出水閥，開啟強制反沖洗泵和強制反沖洗閥們，進行強制反沖洗，其過程按反沖過程運行（如圖2-2所示）。 圖2-2.BAF曝氣法工藝流程圖（3） 污泥脫水PLC控制及檢測部分廠內3#污泥PLC子站位于污泥脫水間控制室內。對于工藝專業(yè)要求檢測的各種工藝參數，水泵、加藥設備、離心脫水機等設備的運行狀態(tài)、故障狀態(tài)進行監(jiān)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(jiān)控管理功能。其主要設備有：離心脫水機，污泥進料泵，沖洗水泵，皮帶輸送機，無軸螺旋輸送機，隔膜計量泵，攪拌機。該子站模擬量輸入、輸出，數字量輸入、輸出點數AI:4 AO:3 DI:30 DO:24污泥脫水系

33、統污泥脫水系統為成套設備（包括污泥進料泵、加藥泵、離心脫水機），自帶現場控制柜。該系統運行、故障信號送入PLC顯示，根據儲泥池液位，PLC給出設備的開、停命令，運行中設備根據自帶的控制程序動作，給料機組機開/停與離心脫水機。脫水后污泥螺旋輸送機和皮帶輸送機與離心脫水機聯鎖，先開啟螺旋輸送機和皮帶輸送機，再開啟離心脫水機，最后開啟污泥泵，停運時，先停污泥泵，再停離心脫水機，最后停螺旋輸送機和皮帶輸送機。2.2.4 廠級管理PLC系統為了及時地對來自污水處理現場的生產信息進行收集、儲存、分析和加工處理，以便工廠領導層對生產管理的準確決策，設計中考慮了廠級管理終端。該系統主要功能：生產過程的全面查詢

34、，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。設備資料數據庫和設備運行管理數據庫。化驗所需要的參數。建立與外部Interner的雙向連接，便于發(fā)布信息和從外部獲取信息。2.3 主要PLC設備表及其說明小型污水處理廠受服務區(qū)域的現狀及污水收集輸送系統的限制，其廠址往往是小區(qū)內或廠礦企業(yè)內不規(guī)則、不好利用的地塊，有的高低起伏較大、有的存在地面障礙和架空線路、有的靠近居住區(qū)，這些不利因素在總平面布置時必須充分考慮。 一般來講，對于污水廠的現狀情況應充分考慮，因地制宜，若廠址高差變化太大，廠區(qū)內的設計地坪也應隨之調整，采取不同標高。整個全廠看來，呈臺階式布 置。有條件的盡量放坡處

35、理，不做擋墻，以節(jié)省土建投資。在護坡上做綠化小品，起到美化全廠、改善環(huán)境的目的。若空中有高壓線，則在地面上可考慮大量的進行綠化，在滿足電氣相關規(guī)范的同時，盡可能的增加廠區(qū)的綠化面積。再比如，如果廠址靠近居民區(qū)，則要在總圖上更要加以注意，首先污水及污泥處理構筑物應盡量布置在遠離居民區(qū)的地方，而且在有條件的情況下，處理構筑物可以采取增設上部建筑或加蓋的方式以減少對周圍環(huán)境的影響。必要時，增加相應的環(huán)保措施。如前所述，在小型污水處理廠的設計，有時因毗臨居民區(qū)或處于小區(qū)內的重要地區(qū)，往往有較高的環(huán)保要求，這就要求進行必要的環(huán)保方面的考慮。大致分為以下幾個方面。（如表2-1）設備分布 污水處理的一次設備

36、主要包括:進水泵、排污泵、柵格機、配電設備、傳送機、各種傳感器和各種檢測儀表等。(1) 水區(qū)分布的一次設備及其功能  進水泵:主要作用是將城市生活生產所排放的污水經過柵格過濾后提升，使其進入沉砂池。  柵格機:主要用于各個進水泵的入口處，防止較大的污物進入泵內，進而保護進水泵，保證其能正常工作。 配電設備:主要是指10kV高壓配電設備和0.4kV配電設備，用來給進水泵供電。它的穩(wěn)定性對于整個污水處理廠的安全運行至關重要。  各種傳感器:主要是測量集水池水位和柵格間水位的液位傳感器，用來測量各個進水泵出口壓力的壓力傳感器，以及測量進水泵出口流量的流量傳感器

37、等傳感設備。（2）泥區(qū)分布的一次設備及其功能 表2-1.主要設備排污泵: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:用來采集現場的模擬量。以上所說各種設備均為系統中PLC的監(jiān)控對象，系統一次設備與PLC的連接: 其中配電設備通過傳感器與PLC進行通訊，使PLC能監(jiān)測到配電設備的各種開關量和模擬量，進而達到監(jiān)控配電區(qū)的作用。2.4 PLC設備及儀表選型為了保證監(jiān)控管理控制系統的正常運行，PLC監(jiān)控系統選用三菱系列產品。現場 PLC控制子站是直接監(jiān)視和控制若干工藝生產過程所單元，其主要設備是：三菱ME

38、LSEC-Q系列PLC可編程控制器PLC性能特點：可靠性高；控制能力強；編程方便，易于控制；適用于惡劣生產環(huán) 境，抗干擾能力強。CPU指示高速的CPU，可實現最多32軸的高速控制最大IO點數為4096點數據內存容量：252K字 電源電壓范圍：85132VAC或170264VAC基本指令處理速度：0.04ms/k特殊指令處理速度：0.12ms/kI/O模塊指令數字量輸入模塊（DI）：輸入點數：64點輸入電壓：24VDC快速刷新時間：0.004ms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各模塊具有光電隔離功能，每個輸出點都具有狀態(tài)指示數字量輸出模塊（DO）輸入點數：16點繼電

39、器最大開閉幕、能力：AC250V/DC24V，2A快速刷新時間：0.004ms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(tài)指示模擬量輸入模塊（AI）：輸入點：8路輸入范圍：05V,15V,010V,-10+10V,420mA分辨率：12位隔離方式：光電隔離轉換速度：1ms/點精度（25）：電壓±0.2% 電流±0.4%其他功能：斷線檢測,峰值保持、平均值功能、定標功能等連接方式：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(tài)指示模擬量輸出模塊（AO）：輸出點數：8路輸出范圍：

40、05V,15V,010V,-10+10V,420mA分辨率：12位隔離方式：光電隔離轉換速度：1ms/點精度（25）：電壓±0.3%FS 電流±0.5%FS其他功能：輸出限幅，上/下限報警，脈沖輸出連接方式：采用可拆卸式端子排以提高可靠性，易于連接和維修操作員面板（PT觸摸屏）顯示器：TFT彩色有效顯示區(qū)域：10.4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小時能取代手持式編程器對PLC進行編程器對PLC進行編程隔離裝置根據開關量信號輸入輸出

41、點配置繼電器以隔離PLC與被測控的設備。在儀表選型上，介于監(jiān)測儀表的重要性，在儀表選型上應遵循：準確全面反映進廠水的水質水量情況。準確全面反映出水廠的水質情況。各處理單元的出口的主要水質情況。參與控制的水質和物理參數。盡量選用國內可靠成熟的儀表產品，以節(jié)約投資，也方便維修。對關鍵的現場儀表，則考慮引進國外設備。超聲波液位計超聲波液位計是非接觸式測量儀表該儀表通過對超聲波發(fā)射和反射的行程所需的時間和測量距離成正比的原理測量液位。儀表由傳感器（超聲波探頭）、變送器及專用電纜組成，德國E+H公司。 型號：傳感器 FDU80-RG2A 變送器 FMU682-R1A1A1 (1）被測介質：污水和稀污泥

42、(2）測量范圍：FDU80 量程 050m (3）輸入范圍：420mA DC， 負載電阻<600 (4）電源：220VAC 50HZ (5）測量值誤差：0.2%滿量程 分辨率：1mm (6）安裝位置：室外 (7）防護等級：傳感器：IP68 變送器：IP65 (8）現場顯示：4 1/2數顯 (9）專用電纜：10M (10）安裝支架：墻支架919792-0001電磁流量計電磁流量計是測量和指示導電液體的流量，由傳感器、變送器及專用電纜組成，傳感器形式為發(fā)蘭連接，帶接地環(huán)，轉換器具備微處理器信號功能，用手持磁棒方法，不打開外殼就可對機內實行編程。上海光華愛爾美特。 型號：傳感器IFS4000

43、轉換器 SC100AS/MP-2211PH計此裝置為一組電極，這組電極產生的電勢與被測液體的氫離子濃度成比例，該裝置包括傳感器、變送器及專用電纜，包括傳感器的安裝支架及傳感器的手動清洗頭，德國E+H公司。型號： 傳感器 CPS11-2AA2TSA 變送器 CPM253-PR0010SS計該裝置包括傳感器、變送器及專用電纜，包括傳感器的安裝支架及傳感器的手動清洗頭，德國E+H公司。DO計測量原理是覆膜式，電流測量傳感器。該裝置包括傳感器、變送器及專用電纜，包括傳感器的安裝支架及傳感器的手動清洗頭，德國E+H公司。型號：傳感器C0S4-2 變送器 C0M253-0010污泥液位測量系統該裝置是通過

44、濃度變送器，應用成熟的雙-光束，脈動-光方法實現。包括濃度計、濃度傳感器、步進電機控制器、跟蹤單元，德國E+H公司。型號：CUC101-A02.5 儀表的動力要求 和相應的配電室提供，中央控制室、各子供電要求，交流電壓：220VAC±10% 50Hz±5%，直流電壓：24V-5%+10%。中控機房電源采用雙回路電源供電，并裝設防雷器和UPS，計算機不得與空調等大容量電器共回路。PLC子站電源取自低壓配電屏儀表控制配電回路，回路裝設電源防雷器及UPS。2.6 PLC具體配置情況根據具體情況，本監(jiān)控系統的PLC分成水區(qū)PLC和泥區(qū)PLC兩個分站。根據水區(qū)和泥區(qū)的監(jiān)控對象的點數的

45、多少，對PLC分別配置如下: 水區(qū)PLC配置水區(qū)監(jiān)控系統的PLC采用三菱MELSEC-Q系列。根據水區(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Q172HCPU; 數字量輸入模塊(DI):選用QX10AC，輸入點數16點; 數字量輸出模塊(DO):選用QY10，輸出點數16點; 模擬量輸入模塊(AI）:選用QX28AC;輸入點數8點; 通信模塊(CP):選用QJ71C24,共1塊為RS232接口; 泥區(qū)PLC配置泥區(qū)監(jiān)控系統的PLC采用MELSEC-Q系列。根據泥區(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Q1

46、72HCPU;數字量輸入模塊(DI):選用QX28AC，輸入點數8點;數字量輸出模塊(DO):選用QY18A，輸出點數8點;模擬量輸入模塊(AI):選用QX28AC，輸入點數8點;通信模塊(CP):選用QJ71C24，共1塊為RS232接口。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(jiān)控系統，按流程設兩個PLC分站，分別監(jiān)控水區(qū)和泥區(qū)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) 現長就地手動控制，設現場箱或按鈕站，由“現場/遙控”轉換控制狀態(tài)，“現場”設點動按鈕，用于調整和檢修。（2) 各開關柜(包括:10kV進線柜、0.4kV進線柜等)，由“

47、自動/停止/手動”轉換控制狀態(tài)，“手動”設啟/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)控制計算機系統等自控設備，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，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(tài)，是監(jiān)控管理的中心。監(jiān)控系統由操作員工作站、服務器工作站、投影儀、打印機、2個PLC工作站和現場一次設備。三菱PLC簡介Q系列PLC是三菱公司從原A系列PLC基礎上發(fā)展過來的中大型PLC系列產品，Q系列PLC采用了模塊化的結構形式，系列產品的組成與規(guī)模靈活可變，最大輸入輸出點數達到4096點，最大程序存

48、儲器容量可達到252kb，采用擴展存儲器后可以達到32M，基本指令的處理速度可以達到34ns;其性能居世界領先水平，可以適合各種中等復雜機械，自動生產線的控制場合。Q系列PLC的基本組成包括電源模塊、CPU模塊、基板、I/O模塊等。通過擴展基板與I/O模塊可以增加I/O點數，通過擴展儲存器卡可增加程序儲存器容量，通過各種特殊功能模塊可提高PLC的性能，擴大PLC的應用范圍。Q系列PLC可以實現多CPU模塊在同一基板上的安裝，CPU模塊間可以通過自動刷新來進行定期通信或通過特殊指令進行瞬時通信，以提高系統的處理速度。特殊設計的過程控制CPU模塊與高分辨率的模擬量輸入/輸出模塊，可以適合各類過程控

49、制的需要。最大可以控制32軸的高速運動控制CPU模塊，可以滿足各種運動控制的需要。2.7 監(jiān)控系統的軟件部分計算機操作系統采用Microsoft Windows 2000 Professional中文版操作系統。歷史數據庫采用Microsoft SQL Server 2000中文版軟件。上位機監(jiān)控軟件采用當前流行的美國GE公司的iFIX3.5組態(tài)軟件來實現。（1) 操作系統軟件 Windows 2000 Professional 中文版操作系統提供了一個快速、高效的多用戶、多任務操作系統環(huán)境，是目前使用廣泛的工控操作系統。數據庫服務器采用Windows 2000 server中文版配合Micr

50、osoft SQL2000使用，用來保存歷史數據。各工作站均采用Windows 2000 Professional中文版操作系統。（2) iFIX3.5監(jiān)控軟件 實現了對整個系統的開關量、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，便于調度員及時掌握系統的運行情況; （3) 數據庫軟件 數據庫服務器上安裝Microsoft SQL 2000中文版，用來儲存整個電站重要的歷史數據，通過iFIX3.5與Microsoft SQL 2000的通訊來讀取歷史數據。單獨設計一個數據庫服務器可以

51、避免因為系統局部故障導致歷史數據丟失現象的發(fā)生。（4) STEP7 可以利用IEC-1131標準中八種編程語言中的六種(STL、LAD、FBD、CFC、SFC和SCL)進行編程。本系統利用STEP7對三菱可編程序控制器進行配置、編程。（5) SIX 利用SIMATIC S7-400 在iFIX3.5中驅動程序，可以在iFIX3.5數據庫中配置PLC的DI、DO、AI和DB等模塊和中間繼電器的地址分配。第三章 PLC設計3.1 PLC構成的控制系統在廠區(qū)電氣自控的總體設計上，應在允許的條件下，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營成本有很重要的意 義。

52、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，往往需要按崗定員，這樣3000-20000噸/日的污水處理廠也需要10-30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，還可在反應池等重要地方 安裝攝像頭，以監(jiān)視污水廠的運行狀況。PLC構成的控制系統流程圖如圖3-1所示。圖3-1.PLC構成的控制系統設計步驟此種設計方法與常用的繼電器控制邏輯設計比較，組件的選擇代替了原來的部件選擇，程序設計代替了原來的硬件設計。 我們采用一臺PLC控制多臺監(jiān)測儀器的集中控制系統。該系統用于監(jiān)測對象（儀器）所處的地理位

53、置比較接近，且相互之間有一定聯系的場合，如圖3-2所示。圖3-2.集中控制系統該系統采用的PLC（SZ-4）模塊是：8點DC12/24輸入模塊Z-8ND18點集電極開路輸出模塊Z-8TD14通道12位模擬量輸入模塊Z-4AD1用PLC構成的監(jiān)測控制系統，有自動、半自動和手動三種運行方式。PLC在監(jiān)測系統中要完成信號實時采樣、脈沖量累計、預警報信號監(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作為一種控制設備，用它單獨構成一個監(jiān)測系統是有局限性的，主要是無法進行復雜運算，無法顯示各種實時圖形和保存大量歷史數據，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。對于環(huán)保要求較嚴格的污水處理廠，可考慮在處理構筑物增設上部建筑或加蓋的方式，以隔絕臭氣。如果增設上部建筑，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，設備設在室內，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，又減弱了純 構筑物的僵硬、呆板。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，采用這種圓拱頂應注意 在嚴寒地區(qū)冬季結露的問題；第二種方案造價較省，但需在混凝土蓋板上開孔，以