PLC在污水处理厂中的应用（精选五篇）

第一篇：PLC在污水处理厂中的应用

PLC在污水处理厂中的应用

作者：穆 杰

摘要：

PLC在现代工业控制领域中早己得到了广泛的应用，污水处理项目的自控工艺相对于轧钢等其他项目的工艺来说相对简单，但它也有其自身的特点，如设备更为分散，功能则相对独立等。本文依滁州某污水处理厂为例谈一下PLC在污水处理厂中的应用，希望与大家分享。

关键词：污水处理，Siemens S7 V5.4，Wincc 6.0。

一、污水处理工艺流程

从厂区外的主污水管道而来的污水进入格间，由2台粗格栅和2台细格栅将污水中体积较大的污物除去。通过格栅机的污水继续前行流入进水泵房。该处为全厂区标高的最低处，进水泵房底部放置有6台大功率潜水泵，主要用于将污水提升到高处的旋流沉砂池，以使污水只靠重力作用流经其余的处理阶段。旋流沉砂池将污水中的砂子分离出来，防止其对后续工作的设备产生磨损，经过旋流沉砂池的污水靠重力进入生物池，生物池为厌氧/好氧生物反应池，经过生物作用，将有机物质分解。然后污水通过污泥泵池进入二次沉淀池，经过刮泥桥的运动，池上面的浮碴进入浮碴井中，池下部的污泥由真空泵吸出并送到污泥均质池。污泥泵池内的4台回流泵根据需要将一部分污泥送回生物池，以保证厌氧池中含有一定量的污泥，另一部分被2台剩余污泥泵送入到污泥均质池。经过二次沉淀处理后的污水通过管道自流到消毒渠道，经过紫外消毒已达标准，经过处理的污水经管道自流到附近的河流。污水处理工艺流程如图1所示

图1 污水处理工艺流程

二、系统的硬件组态

系统采用一套PLC控制系统，选用SIMATIC S7-319 CPU和WINCC6.0软件包,采用PROFIBUS-DP 现场总线技术，ET200分站集中放置在PLC室。系统的硬件配置如下图2。PLC通过光纤与综合楼中控室的上位机监控系统进行通讯。上位机监控系统使用一台工程师站和二台操作员站，实时监测各生产流程，采集生产信息，并且下达操作人员的每个控制指令。

系统组态如下图：

图2 系统组态示意图

三、控制系统的功能实现

3.1 PLC控制系统的功能实现：

上位机的操作分为3种操作模式 手动操作，PLC远程手动遥控操作和全自动操作三种方式。

前两种方式一般只在设备调试或维修时使用，系统主要以全自动操作方式为主。在这种方式下，各类泵、风机等设备的开、停，各种工况的切换都由程序自动完成，不需要操作人员干预。每种工况的运行时间及各种测量参数均可以在线或离线调整，每台设备和每种工况的运行情况也都可以由PLC系统进行监视。现场的泵类、风机、搅拌器等信号通过PLC的控制转化也在上位机上显示。这样，既能对设备开关量，如各类泵、风机、搅拌器等的开停进行控制，又能对现场的模拟量（液位信号、溶解氧浓度、PH值、温度等）进行调节，使全厂的工艺、设备运行得到全面的控制。3.2 提升泵房及的沉砂池自动控制

提升泵房共有6台水泵，2大4小，液位的不同决定启动水泵的大小和个数。当水位高于高水位时，启动2大2小共4台泵，另2台小泵备用；当水位位于高水位和正常水位之间时，启动2台大泵；当水位位于正常水位和低水位之间时，启动1台大泵，1台小泵；当水位位于低水位和停泵水位之间时，启动1台大泵；当水位低于停泵水位时，所有泵停开；正常情况下 2台大泵互为备用，4台小泵也互为备用，且轮换使用，每2小时自动轮换一次。沉砂池搅拌器连续24h运行。其它设备开始状态为关闭，当沉砂池搅拌器连续运行时间达3h（沉砂阶段，可调）时，自动启动，启动次序为：洗砂电磁阀自动打开，同时鼓风机启动，6min（洗砂阶段，可调）后，洗砂电磁阀关闭，同时提砂电磁阀和电动闸阀自动打开，砂水分离器随即联锁启动；该状态持续20min（提砂阶段，可调）后，鼓风机关闭，同时提砂电磁阀、电动闸阀关闭，5min（可调）后，砂水分离器关闭。沉砂池搅拌器继续运行，直至再次连续运行3h（可调），进入下一个洗砂阶段。提升泵房及旋流沉砂池监控画面如下：

图3 提升泵房及旋流沉砂池监控画面

3.3生物池与鼓风机及污泥泵池的连锁

生物池中的DO（溶解氧）一般控制在2～4mg/L之间，当池中的含氧量低，即DO低于2mg/L时要加开一台鼓风机，以保证生物池的丝状菌和细菌的存活量，鼓风机的启动台数太多使DO高于4mg/L时则造成资源浪费。鼓风机的启停台数要在正常的生产中进行调整，细菌的生存状况与季节也有很大关系，因此程序为此专门设定了调整窗口。随着时间的推移，生物池内的污泥会被水流冲到污泥泵池，要定期启动回流泵，将污泥泵池里的含菌污泥回流到生物池，以保证生物池的污泥量。3．4 污泥泵池和污泥脱水间的连锁

当中控室发出可排泥信号后，首先检测污泥泵池内液位，若污泥泵池液位不高于停泵液位，则剩余污泥泵不接受可排泥信号，无操作；若污泥泵池液位高于停泵液位，则自动检测污泥均质池内液位；若污泥均质池液位低于最高水位，剩余污泥泵启动，开始排泥；若污泥均质池液位不低于最高水位，则等待，直至均质池液位低于正常水位时，再启动剩余污泥泵。当中控室发出不可排泥信号时，则检测剩余污泥泵运行状态，若为停，则无操作，若为开，则关闭剩余污泥泵，直至再次发出可排泥信号。

污泥泵出泥管道流量计可累计每天的总剩余污泥量，当每天累计污泥量达到每天设定的污泥量（每天发出可排泥信号前在计算机上设定）时，剩余污泥泵自动关闭。

四、结束语

本系统在污水处理厂投入使用以来，降低了操作人员的劳动强度，并改善了操作人员的工作环境。设备具有调试简单、操作方便、使用安全、运行可靠、效率高、故障率低，污水处理效果好的特点，同时由于软硬件均采用模块化结构，方便了工程技术人员的安装、调试和维修。

参考文献

[1] SIEMENS公司.SIMATIC S7-300 M7-300可编程序控制器模板规范参考手册，2001.10 [2]SIEMENS公司.STEP-7-V5.4编程使用手册.2001.10 [3] 谢克明, 夏路易主编.可编程控制器原理与程序设计.北京：电子工业出版社，2002 [4] 齐蓉主编.最新可编程控制器教程.西安：西北工业大学出版社，2000.9

第二篇：集智达PLC在污水处理厂自控系统中的应用

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集智达PLC在污水处理厂自控系统中的应用

一、系统概述：

污水处理厂的自控系统由PLC站与监控操作站控制管理系统组成的自控系统和仪表检测系统两大部分组成。前者遵循“集中管理、分散控制、资源共享”的原则；后者遵循“工艺必需、先进实用、维护简便”的原则。

为了满足污水处理厂工程实现上述要求，必须保证控制系统的先进性和可靠性，才能保证本厂设备的安全、正常、可靠运行。

二、系统结构及特点：

2.1控制系统结构

污水处理厂自控系统采用分层分布式结构网络控制方式。该控制系统共分为主控级(中控室)和现地控制层（分控站）。实现相应控制层设备的监视、操作、控制和网络通讯连接。网络结构图如下：

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2.2 中控室

中央控制室的监控管理操作站系统完成全厂的自动控制。包括两套互为热备的监控工作站、印机、UPS电源。中央控制系统通过工业以太网，采用光缆与各现场控制PLC站连接。这两套工作站为热冗余配备，可以分别侧重监测或组态功能，故障时互为备用，具有灵活的运行方式。

为观显示全厂工艺过程全貌，方便管理，在中控制室设立了电动投影屏幕和投影仪，显示全厂工艺流程图和主要参数及设备运行状态。

通过大容量的UPS 为中央控制室的所有设备提供了高质量的电源。

2.3分控站

每个分控站配置一套PLC控制柜。柜内包括可编程序控制器、操作员界面HMI、24VDC电源装置、冗余光纤交换机、电源防雷过电压保护装置、小型断路器、接线端子、小型继电器，安装连接缆线和附件等。

根据污水厂工艺特点，构筑物的布置和现场控制的分布情况，设置四个PLC现场子站，PLC现场子站选用可编程序控制器（PLC），PLC为模块化结构，硬件配置较灵活，易于扩展，软件编程方便。并且PLC子站与相应的MCC置于同一地点，节省其间电缆。当中控室监控工作站故障退出运行或通道故障使分控站控制单元和主控级监控工作站通讯中断时，各现地控制单元能独立运行，进行控制和监视，提高运行可靠性。

2.4 控制系统特点

 由于控制设备的分布特点及控制的独立性，采用现地元件层实现自动化仪表的数据采集，采用现地控制单元实现了相对独立设备的本体控制；从而大大减轻了操作员工作站监控操作站的负荷，有利于各级控制设备监控功能的合理分配和利用；

 由于各现地控制单元相对独立，并且能够脱网独立运行，特别是在集控层总线网络瘫痪时，能够保证现地单元可靠地运行，大大提高了控制系统的可靠性；

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 采用分层分布式控制方式，使得总线网络的通讯负荷减少、通讯误码率大大降低，解决了数据通讯的瓶径问题，同时使网络结构更清晰、检修维护更方便；

采用分层分布式控制方式，该控制系统具有更好的扩展性，若需对系统扩展，只要将接入相应的网络层中即可，不会影响到集控层网络的运行和操作。

第三篇：BAF工艺在城市污水处理厂中的应用

BAF工艺在城市污水处理厂中的应用-污水处理

摘要：曝气生物滤池简称BAF，它具有运行可靠、出水水质好、占地面积小及运行能耗低的特点，因此，在污水处理中得到广泛的应用。本文结合了具体的工程实例，就BAF工艺在城市污水处理厂中的应用进行了探讨，详细介绍了BAF的工艺流程以及各处理单元设计参数，并对设计过程中着重考虑的问题以及调试运行情况进行了说明。以期能为BAF工艺更好地应用于城市污水处理厂中提供参考。关键词：BAF工艺；城市污水处理厂；应用

随着城市化进程的不断加快和城市规模的不断加大，城市人口也在不断增长，并且城市工艺也得到了一定的发展，与之而来的是污水的排放量明显增加。为了更好地处理城市污水，曝气生物滤池在此方面得到了广泛的应用。所谓的曝气生物滤池，简称BAF，是20世纪80年代末90年代初在普通生物滤池的基础上，借鉴给水滤池工艺而开发的一种污水处理新工艺。这种工艺具有运行可靠、出水水质好、占地面积小及运行能耗低的特点，在目前污水排放量增大的情况下，可以更好地处理城市污水。工程概况

污水处理厂设计总规模为，本期工程建设规模为，总占地面积3hm2。主要建构筑物包括进水泵房、污水处理间以及脱水机房和除臭间。其中，进水泵房1座，本期土建规模，设备安装规模；污水处理间2座，单座规模，本期建设1座。脱水机房和除臭间1座，本期土建规模，设备安装规模。设计进出水水质以及工艺流程

2.1 设计进出水水质

工程设计进水中，生活污水量和工业废水量的比例为3：1，其中工业废水水质达到CJ343―2010《污水排入城市下水道水质标准》后方可接入污水收集系统。工程出水指标按GB18918―2002《城镇污水厂污染物排放标准》中一级A标准执行。设计进出水水质详见表1。

2.2 设计工艺流程

根据工程占地面积小，建设标准高、自动化程度要求高等特点，选用曝气生物滤池工艺，其主要工艺流程见图1。主要构筑物设计

3.1 粗格栅进水泵房

粗格栅与进水泵房合建，1座，土建规模。粗格栅共设2组，格栅前后设有闸门备作检修和切换用。本期工程2组格栅，1用1备，待扩建至规模时，2组格栅同时使用。进水泵房选用5台潜污泵，本期工程安装3台潜污泵，2用1备，其中1台变频。远期增加2台泵。主要设计参数：总变化系数：Kz=1.5；设计流量：Qmax=；过栅流速：Vmax=0.6m/s；栅条间隙：b=25mm。

3.2 污水处理间

设计污水处理间为旋流沉砂池、水解沉淀池、曝气生物滤池以及紫外消毒渠的合建体。合建体共2座，其中一期工程1座。合建体采用封闭式，其各部分设计如下。

3.2.1 细格栅旋流沉砂池

细格栅2台，旋流沉砂池2座，采用成套设备并配套砂水分离器。主要设计参数：总变化系数：Kz=1.5；单槽设计流量：过栅流速：Vmax=0.6m/s；栅条间隙：b=5mm；旋流沉砂池最大设计流量时停留时间：36s。

3.2.2水解沉淀池

水解沉淀池2格。每格设有机械混合区、絮凝反应区以及水解浓缩区。絮凝剂采用PAC，助凝剂采用PAM。有效水深为7.1m。主要设计参数：总变化系数：Kz=1.5；设计流量：Qmax=625m3/h；机械混合时间：2min；絮凝反应时间：12min；分离区表面负荷：

3.3.3曝气生物滤池

曝气生物滤池分为2段：DN生物滤池段以及N曝气生物滤池段。另外，还有反冲洗清水池、反冲洗排水缓冲池以及鼓风机房等配套设施。

（1）DN生物滤池段

DN生物滤池共4格，池内承托滤板下部为配水室，使来水由配水室经承托滤板上的滤头均匀布置于整个滤池截面；承托滤板上部填装有轻质球型生物陶粒，作为微生物的载体；上部为清水区。

（2）N曝气生物滤池段

N曝气生物滤池共6格，池内承托滤板下部为配水室，使来水由配水室经承托滤板上的滤头均匀布置于整个滤池截面；承托滤板上部填装有轻质球型生物陶粒，作为微生物的载体；轻质球型生物陶粒层底部安装有单孔膜空气扩散器，以供给微生物氧分。上部为清水区。

（3）回流水池

回流水池1座，主要功能是储存N曝气生物滤池段的出水，以回流至DN生物滤池段。设置3台回流泵，2用1备。

（4）紫外消毒渠

紫外消毒渠1座，1格，设计流量。单元格管道宽0.92m，设紫外模块组，采用低压高强紫外灯，模块带自动清洗装置。

（5）清水池

清水池1座，主要功能为储存反冲洗用水及中水回用用水。设置3台反冲洗泵，2台出水回用泵。

（6）反冲洗排水缓冲池

反冲洗排水缓冲池1座，主要功能为储存反冲洗排水。内设2台潜污泵，将反冲洗废水由缓冲池提升至混凝沉淀单元。同时，设置2台搅拌器以防止沉淀。

（7）鼓风机房

为降低土建费用，将鼓风机全部置于曝气生物滤池的管廊内。主要设计参数：氧利用率EA=30%；空气总量；滤池反冲洗气量为。

3.3 脱水机房

脱水机房1座，土建规模，本期设备按规模安装。污泥由污泥螺杆泵提升至离心脱水机，脱水干污泥由无轴螺旋输送机直接装车外运。建有污泥池2座，水解沉淀池产生的剩余污泥经污泥泵提升入污泥池。主要设计参数为污泥脱水机工作制为16h/d；污泥总量为7.10t/d（干污泥），其中近期3.35t/d；进泥含水率为98%；脱水后含水率为80%。

3.4 生物除臭

生物除臭间与脱水机房合建。本工程设计对粗格栅进水泵房、细格栅沉砂池、水解沉淀池、超细格栅、曝气生物滤池缺氧段产生的臭气进行收集处理。其中，对进水泵房地面以下废气收集，其余设备和构筑物加盖收集。换气次数按每小时3次计。来自不同废气源的废气经由通风管道，通过离心风机的抽送，进入一体化生物滤池。机械抽风，自然补风。在一体化生物滤池中，臭气通过湿润、多孔和充满活性微生物的滤层，利用微生物细胞对恶臭物质的吸附、吸收和降解功能，将恶臭物质吸附后分解成CO2，H2O，H2SO4，HNO3等简单无机物。关于部分设计的补充说明

4.1 关于预处理

运用曝气生物滤池处理污水一般需要对原水进行预处理，其目的是为了使滤池能以较长的周期运行，减少反冲洗次数，降低能耗，否则原水中的大量杂质和SS都将进入曝气生物滤池，这将会堵塞曝气、布水系统，给系统的运行带来严重的后果。本工程设计采用沉砂池+水解沉淀池+超细格栅作为曝气生物滤池的预处理。

4.2 关于脱氮

本工程设计采用前置反硝化的方式进行脱氮，以满足系统反硝化对碳源的要求。废水首先经过滤池的缺氧段（DN段），然后通过好氧段（N段），好氧段出水回流至反硝化滤池。

由于在设计时本工程尚无实际进水的水质数据，进水水质存在一定的变数，为防止今后运行过程中反硝化碳源不足，在工程设计中，预留外加碳源投加系统。

4.3 关于除磷

曝气生物滤池存在一定的生物除磷作用，但其除磷效果有限，去除率约在40%左右，完全依靠生物除磷很难达到排放标准，还必须辅以化学除磷才能解决磷的最终达标问题。

化学除磷药剂投加点有2种选择：①在水解沉淀池内以磷为控制指标决定加药量；②在曝气生物滤池中投加，实现同步絮凝过滤。为节省投药量，水解沉淀池的投药量以满足其出水SS小于60mg/L为控制要求，磷的达标可在进入曝气生物滤池前补充投加控制。

4.4 关于出水SS的达标

一般曝气生物滤池出水ρ（SS）较难稳定达到10mg/L以下。本设计氮曝气生物滤池段采用2种粒径滤料，下层3m高滤料粒径采用3～～5mm，上层1m高滤料粒径采用2～3mm，上细下粗，使得滤料层的厚度与滤料粒径之比（L/d）大于1000，满足给水滤池规范的要求。由此可使出水ρ（SS）小于10mg/L，从而节省深度处理设施。调试运行

工程完工交付后，于2012年5月4日开始进行调试运行。采用纯培养挂膜方式，进行生物挂膜培养、驯化。首先对滤料进行冲洗及调试设备的运行及参数，后引进污水原水进行生物挂膜。此过程持续近2个月时间。完成生物挂膜后，逐步增大进水量，目前已接近调试工程尾声，进水负荷已增至设计负荷的70%。

在调试运行期间，进水ρ（COD）维持在200mg/L左右，出水的ρ（COD）稳定维持在40mg/L以下，去除率平均为84%；进水的ρ（NH3-N）维持在30mg/L左右，出水的ρ（NH3-N）为1～3mg/L，去除率平均为96.2%；进水ρ（SS）为100mg/L左右，出水ρ（SS）低于10mg/L，去除率平均85%；进水ρ（TP）在1.4～4.2mg/L，出水的ρ（TP）值低于0.5mg/L，去除率平均88.3%。

由此，污水处理厂调试运行自2012年5月4日开始至2012年8月30日基本结束，除生物滤池前期挂膜期间出水水质有所波动外，中后期出水水质指标基本稳定达到一级A标准，满足设计要求。结语

综上所述，BAF工艺具有运行可靠、出水水质好、占地面积小及运行能耗低的特点，在如今城市污水严重污染的情况下，这种工艺得到了广泛的应用。本文结合了具体的工程实例，详细介绍了BAF的工艺流程以及各处理单元设计参数，并对设计过程中着重考虑的问题以及调试运行情况进行了说明。相信采用BAF工艺可以更好地应对城市污水的治理。

参考文献：

[1]龙熙艳.城镇污水处理厂工程设计实践[J].城市建设理论研究.2013（07）.[2]罗茜、李远军、张锐.BAF工艺在污水处理厂的运用[J].西昌学院学报（自然科学版）.2006（04）

第四篇：污水处理厂BOT项目应用

中鼎环境科技股份有限公司 0592-3669561

随着BOT方式在污水处理厂运作中的应用

国民经济尤其是可持续经济的发展，建设污水处理设施解决污染问题，与人民群众的生活越来越密切，越来越成为老百姓乃至整个社会关注的热点、焦点问题，也是加快区域城市化进程、建设生态城市与和谐社会的必然要求。青岛市崂山区政府为改善沿海一线地带的生态环境，建设环保城区，保护蓝色的海洋，决定开工建设石老人污水处理厂。同时为了克服污水处理厂项目投入资金数额大、回收周期长、对财政压力大的问题，提出了用经营城市的理念，通过招商引资引进项目建设资金与先进技术的思路。通过全过程参与项目的筹建工作，形成了较成熟的项目管理经验。

污水处理厂投融资模式

传统的城市基础设施建设资金主要来源于政府的财政资金，由于需投入资金数额大，往往会造成一定时期内政府财政资金短缺，造成城市建设长期处于弥补欠账、满足需要的状态。城市基础设施建设资金的不足，成为制约城市建设发展的瓶颈，直接制约着经济社会的持续、健康、稳定发展。

经营城市是促进城市发展的先进理念，是借鉴经营企业的理念和手段，对城市的各种资源进行整合、优化，以各种有效的手段发现和挖掘城市资源的潜力，实现资源的最大增值。通过经营城市，可以打破单一政府投资的模式，使城建投资由主要依靠政府转向依靠社会，由主要源于财政转向主要源于市场，解决了城市建设资金缺乏的困难，有利于形成全社会参与建设家园的局面，推动了城市建设的良性循环与发展。石老人污水处理厂项目确定后，区政府即提出了采用“政府指导、社会参与、市场运作”的城市建设投融资模式进行市场化运作、积极利用外资进行投资建设的思路。2001年底至2002年4月，筹建办与多家项目投资单位进行了接触洽谈，各投资单位也提出了投资建设方案（包括BOT、BT方案）。为深入实践经营城市理论，促进城市建设发展，积极探索城市基础设施投融资体制改革的方法和措施，决定采用BOT投融资方式进行石老人污水处理厂的建设。

BOT是英文建设－运营－移交的缩写（Build-Operatete-Transfer），所谓BOT投融资方式是指政府通过协议将基础设施的建设、经营和管理权让渡给项目的投资者和经营者，协议期限届满，投资者和经营者无偿将该设施移交给政府的投融资方式。在国际融资领域BOT不仅仅包含了建设、运营和移交的过程，更主要的是项目融资的一种方式，具有有限追索的特性。

中鼎环境科技股份有限公司由厦门水务集团有限公司和福建宝呈凯瑞尔投资有限公司合资成立的国有控股企业。

公司主要从事对污水处理设计、建设、施工和经营；对污水处理技术的研发；对环保行业的投资设计、建设、施工和经营。即污水处理、垃圾处理BOT、TOT项目的整体运作。

第五篇：基于Profibus总线的DCS系统在污水处理厂中的应用

基于Profibus总线的DCS系统在污水处理厂中的应用

摘要 本文以山西省某污水处理厂为例，论述了基于Profibus总线的DCS系统在污水处理领域的应用。对系统的硬件、软件结构及工作原理进行了说明。运行表明，该系统能够满足污水处理的自动控制要求，并且具有先进、可靠、控制性能好等优点。

关键词 污水处理；现场总线；分布式控制前言

污水处理厂DCS系统是根据进入污水处理厂的水量、水质等变化指标对提升泵房、P－MSBR生化反应池、污泥脱水间、风机房、紫外线消毒池、排水泵房等进行控制，并把现场各子单元的工艺参数、报警参数、历史数据等通过现场总线传输到中控室的PC机上，在中控室显示器中反应出来，并能自动打印。通过工业以太网和厂长办公室以及当地环保部门相连，随时监视厂里的生产情况。综合考虑投资、运行成本、处理效果、污水水质等因素，污水处理工艺可分为物理处理、生物处理和化学处理。典型的工艺流程如图1所示：

图1 典型工艺流程图

污水经过粗格栅清除较大的固体悬浮物后进入曝气沉砂池，在沉砂池侧壁下部鼓人压缩空气，污水中的有机物处于悬浮状态，而吸砂机则将沉砂吸出，送到砂水分离器，污水进人初沉池，至此，完成污水的物理处理工艺阶段。污水进人曝气池，保持好氧条件。对沉淀产生的污泥进行浓缩、消化、脱水等处理。大部分二沉池的污泥回流人曝气池进口。完成生物处理阶段工作后，根据需要选择化学处理方法，最终使污水达到国家排放标准[1]。2 现场总线与分布式控制概述

2.1 现场总线的概念

现场总线是一种在工业现场环境运行的、性能可靠、造价低廉的通信系统，可以完成现场自动化设备之间的多点通信，实现底层现场设备之间以及生产现场与外界的信息交换.它是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。简单说，现场总线就是以数字通信替代了传统4-20mA模拟信号及普通开关量信号的传输[2]。

2.2 现场总线技术的基本特征

开放性、分散化和低成本是现场总线最显著的三大特征，它的出现将使传统的自动控制系统，产生划时代的变革，这场变革的深度和广度将超过历史上任何一次变革，必将开创自动控制的新纪元。

(1)开放性：现场总线是开放互连网络。现场总线标准、协议、规范是公开的，现场总线网络是开放的，既可实现同层网络互连，也可实现不同层次网络互连，用户可共享网络资源。

(2)分散性：现场总线是结构与功能高度分散的系统。结构上采用了全分布式方案，设备之间可点对点、点对多点或广播多种方式通信。连接到总线上的现场设备是智能化的，且具有按照现场总线协议、规范进行数字通信的能力，并且能够实现分散的功能模块，完成测量、控制、通信的一体化。

(3)低成本：现场总线开放的体系结构省去了中间的控制站，降低开发成本，且彻底分散的分布式结构，将一对一模拟信号传输方式变为一对多的数字信号传输方式，节省了模拟信号传输过程中大量的D/A转换装置、布线安装成本和维护费用。

2.3 Profibus现场总线技术

主流的现场总线技术有以下几种：FF，CAN，Lonworks，DeviceNet，Profibus，Hart，CC-Link，WorldFIP，Interbus。下面主要介绍本文用到的Profibus。

Profibus是过程现场总线的缩写，是20世纪80年代末兴起的一种高可靠性、低成本、组态方便快捷、互换性高、互操作性强、便于运行、系统开放的总线系统，代号DIN19245。Profibus具体规定了串行现场总线的技术和功能特性，它可使分散式数字化控制器从现场底层到车间网络化[3]。

Profibus系统以ISO7498为基础，以开放式系统互联网（OS）I作为参考模型，包括Profibus－DP、Profibus－PA和Profibus－FMS。Profibus－DP是一种高速和便宜的通信连接，它专门为自动控制系统和设备级分散的I/O之间进行通信使用设计。其特点是快速、即插即用、效率高、成本低s。Profibus－PA是专门为过程自动化设计的，可用于爆炸危险区域，其特点是面向过程控制，总线供电，本征安全。Profibus－FMS是用来解决车间级通用性通信任务的，可用于大范围和复杂的通信系统。其特点是通用、大范围应用、多主通信。

现场总线控制系统对现场自动化设备的要求较高，而现间段由系列智能节点（控制器、传感器、执行机构等）构成的统一的现场总线系统价格昂贵且难以实现，所以由PLC、PC和现场总线组成与DCS相兼容的系统是比较经济合理的选择。

2.4 分布式控制

分布式控制系统(Distributed Control System)现已成为工业生产过程控制的重要手段，目前已广泛应用到电力、石油、化工、制药、冶金、建材等众多行业。传统的工业自动化系统中的现场层设备与控制器之间的连接, 是采用一个I/O 点对设备的一个测控点的连接方式,每一个数据至少需要一对双绞线, 一般每个设备只能提供单一的过程信号，大量的相关数据很难得到。传统的DCS 系统结构分为3层, 图2为一个典型的传统DCS 结构图。

图2 传统DCS结构 图 3引入现场总线后的DCS体系结构

虽然在FCS 系统中, 一对双绞线或一条电缆上可以挂接多个设备, 使得硬件数量与投资大为降低。而且通信总线直接延伸到现场传感器、变送器、控制器和伺服机构, 使操作人员在控制室就能实现主控系统对现场设备的在线监视、诊断、校验和参数整定,从而提高了系统的精度、可监视性和抗干扰能力。但是在一些大型的控制系统中存在着许多比较复杂的闭环控制, 系统运行的模式变化也较多, 必须由运算能力强大的DCS 控制器来完成控制作用。所以, 即使出现FCS, 传统的DCS 结构依旧具有其存在的必要。引入现场总线后的DCS 体系结构如图3所示。

系统构成 3.1 DCS系统层次

根据本污水处理厂工艺特点和技术要求，整个污水处理厂的DCS系统分三个层次：现场控制层、车间监控层、厂级监控层。

车间监控层包括：1＃PLC站（预处理系统）主要包括粗格栅、提升泵、细格栅、沉砂池设备等，主要检测参数有水位、流量、液位差等；主要监控设备有粗格栅、提升泵等。2＃PLC站（生化处理系统）主要包括P－MSBR生化反应池、风机房等，主要检测参数有溶解氧、液位、电流、电压、功率等，主要监控设备有鼓风机、泵类等。3＃PLC站（泥处理系统）主要包括污泥浓缩池、污泥脱水机房、紫外线消毒系统出水等，主要检测参数有液位、水量水质等，主要监控设备有泥处理设备、消毒设备[4]。

现场控制层包括各子站、各分站及现场设备。厂级监控层包括中控室及厂长办公室。

PLC是整个DCS控制系统的核心，负责现场控制信号的处理、执行机构的控制。在处理的关键环节设置现场控制站，本系统中的预处理系统、生化处理系统、泥处理系统分别用一个PLC控制系统，根据实际处理情况和要求，控制泵站系统、曝气设备和排泥设备的启停和工况，以达到设备的最优运行状态，保证污水处理效果。本污水处理厂40kW以上电机全部采用软启动，避免了电机突然启停对电网和设备造成冲击。下位机采用西门子公司的S7－300系列产品，它通过接口模板IM153－3及Profibus－DP网和上一级的PLC站相连进行数据交换和命令传输[5]。系统网络结构如图4所示。

图4 系统网络结构图 3.2 监控软件

上位机采用西门子公司的WINCC监控组态软件，实现对整个工艺流程的设备运行状况的实时监控，将工艺流程以直观的画面显示出来，记录在线检测的参数、设备运行状态和过程，分析参数的变化趋势，及时发布和预告情况，实时诊断和报警[6]。中央控制室设置两台互备的上位机（IPC）冗余相联，有两个完全独立的中央处理站（双电源、双CPU）用以对系统进行开发编程、在线调试和数据修改、存放各种历史数据。值班员通过显示器上显示的各种曲线、报表、画面和声音，可以全面监控工厂工艺参数变化情况、设备运行情况、故障发生情况，通过键盘和鼠标对各站进行远程操作，通过设置的打印机打印所需要的各种资料，控制车间各站的工作状况，根据要求对车间各站发布命令，并能将污水处理厂的各种信号经网络管理层的服务器传输。

厂级监控层作为系统的人机接口单元，可实现对污水处理厂的整个产生过程进行监控，同时又可将污水处理厂的各种现场信号经以太网向上一级的管理服务器传输并执行管理层下达的命令。本系统采用Windows NT4.0操作系统、西门子公司的控制系统组态软件WINCC4.2。该软件是工控界流行的Windows界面软件，它支持TCP/IP协议，因而方便管理。利用它很容易开发各种监控界面，显示现场各种工艺参数、状态、历史曲线、故障发生情况等。并利用键盘操作来进行参数的设置及对现场设备的控制。

结论

将基于Profibus的分散控制集中管理的DCS系统成功地运用于污水处理厂，实现了全厂生产过程的自动化，达到了节能降耗、保护设备的目的，减轻了工人的劳动强度，提升了管理水平，提高了工作效率和处理效果，创造了良好的社会效益，改善了周边环境，减轻了对下游水源的污染[8]。参考文献

[1]刘均.基于PROFIBUS的污水处理自动控制系统[J].机电设备,2008(5).[2]刘爱英.浅议DCS与FCS控制系统[J].工程技术，2010(17).[3]张光杰.Profibus现场总线的结构及应用[J].宁夏机械，2009(2).[4]王小澄.集散控制系统在一级污水处理厂中的应用[J].计算机工程，2007（2）.[5]SIEMENS.SIMATIC S7-300 Programmable Controller Hardware and Installation Mannual，2008 [6]张航.基于现场总线的集散控制系统在水厂自动化中的应用[J].电工技术，2009（9）.[7]王小澄.集散控制系统在一级污水处理厂中的应用[J].计算机工程，2007（2）.[8]唐维，刘树森.现代污水厂PROFIBUS总线的应用[J].科技探讨，2010(6).