集智达PLC在污水处理厂自控系统中的应用

第一篇：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。

第二篇：污水处理厂自控系统方案

天水工业园区

污水处理厂自控系统

技

术

方

案

北京华联电子科技发展有限公司

2014年9月29 天水工业园区污水厂自控系统方案及相关技术说明

一、系统概述：

天水工业园区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。

为了满足武威工业园区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。

本方案本着质量可靠、技术先进、性价比高的原则，结合我公司在实施其它类似项目中的设计、实施和组织的成功经验，充分考虑技术进步和系统的扩展，采用分层分布式控制技术，发挥智能控制单元的优势，降低并分散系统的故障率，保证系统较高的可靠性、经济性和扩展性，从而实现对各现场控制设备的操作、控制、监视和数据通讯。1.1 系统基本要求

工控通讯网络为光纤冗余环型工业以太网，通讯波特率≥100Mbps，系统自适应恢复时间<300ms，通讯距离（无中继器）≥1Km，网络介质要求使用可直埋的光缆, 在出现故障时, 可在线增加或删除任意一个节点, 都不会影响到其他设备的运行和通讯。本系统采用先进的监控操作站控制系统，即系统采用全开放式、关系型、面向对象系统结构，支持不同计算厂家的硬件在同一网络中运行，并支持实时多任务，多用户的操作系统。

主要用于污水厂的生产控制、运行操作、监视管理。控制系统不仅有可靠的硬件设备，还应有功能强大，运行可靠，界面友好的系统软件、应用软件、编程软件和控制软件。1.2系统可靠性的要求

控制系统在严格的工业环境下能够长期、稳定地运行。系统组件的设计符合真正的工业等级，满足国内、国际的安全标准。并且易配置、易接线、易维护、隔离性好，结构坚固，抗腐蚀，适应较宽的温度变化范围。系统具备良好的电磁兼容性，支持I/O模板在系统运行过程中进行带电热插拔。能够承受工业环境的严格要求。1.3系统的先进性

系统的设计以实现“现场无人职守，分站少人值班”为目的。设备装置的启、停及联动运转均可由中央控制室远程操纵与调度。1.4系统的故障诊断

控制系统有一套完整的自诊断功能，可以在运行中自动地诊断出系统的任何一个部件是否出现故障，并且在监控软件中及时、准确地反映出故障状态、故障时间、故障地点、及相关信息。在系统发生故障后，I/O的状态应返回到系统根据工艺要求预设置的状态上。1.5系统扩展性和兼容性

为了保证武威工业园区污水处理厂扩建或改造时满足工厂的控制要求，控制系统具有较强扩展能力。

控制系统主要用于污水处理厂的生产控制、运行操作、监视管理。不仅有可靠的硬件设备，还有功能强大，运行可靠，界面友好的系统软件、应用软件、编程软件和控制软件。

监控系统的数据库结构为面向对象的，实时式，关系型数据库。操作系统和监控软件具有冗余和容错及灾难性恢复等功能。

二、系统结构及特点：

2.1控制系统结构

天水工业园区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：

2.2 中控室

拟设于综合楼内。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。

1#现场控制站位于污泥浓缩脱水机房内。

负责监控：粗格栅及进水泵房、细格栅及曝气沉砂池、撇水池、污泥浓缩脱水机房。

控制对象为：1#、2#回转式细格栅除污机；无轴螺旋压榨机；桁车；吸砂机；中心传动浓缩机10WF1、10WF2、10WF3轴流风机。

IO点数统计：数字量输入DI：83；数字量输出DO：34；模拟量输入AI:17；模拟量输出AO:1。2#现场控制站位于鼓风机房及变配电间内。负责监控：加药间、鼓风机房和变配电间。

控制对象为：7GB2、7GB3、7GB5、7GB6鼓风机、7GV2、7GV3、7GV5、7GV6电动蝶阀；7ZF11、7ZF12、7ZF13、7ZF14、7ZF21、7ZF22、7ZF23、7ZF24、7ZF31、7ZF32、7ZF33、7ZF34轴流风机； 8WF1、8WF2、8WF3轴流风机； 2GV电动调节阀。

IO点数统计：数字量输入DI：113；数字量输出DO：40；模拟量输入AI:8；模拟量输出AO:6。

3#现场控制站位出水泵房内。

负责监控：消毒池、清水池、出水泵房。

控制对象为：1#、2#、3#、4#离心泵；6FM1、6FM2、6FM3轴流风机；12XHB1、12XHB2循环泵；12BJB1、12BJB2补水泵。

IO点数统计：数字量输入DI：26；数字量输出DO：9；模拟量输入AI:10；模拟量输出AO:0。

4#现场控制站位于A2/O+MBR池附属建筑内。

负责监控：A2/O+MBR池。（此站控制系统供应商已集成，具备以太网通讯接口，配置触摸屏和不间断电源。)2.4 控制系统特点

2.4.1 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；

2.4.2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； 2.4.3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。

三、系统控制方式及功能描述：

3.1 系统控制方式：

现场手动模式：设备的现场控制箱或MCC 控制柜上的“就地/远程”开关选择“就地”方式时，通过现场控制箱或MCC 控制柜上的按钮实现对设备的启/停、开/关操作。

遥控模式：即远程手动控制方式。现场控制箱或MCC 控制柜上的“就地/远程” 开关选择“远程”方式时，操作人员通过操作面板或中控系统操作站的监控画面用鼠标器或键盘选择“遥控”方式并对设备进行启/停、开/关操作。

自动模式：现场控制箱或MCC 控制柜上的“就地/远程”开关选择“远程”方式，且现场控制站的“自动/遥控”设定为“自动”方式时，设备的运行完全由各PLC 根据污水处理厂的工况及生产要求来完成对设备的运行或开/关控制，而不需要人工干预。

控制方式设计为：就地手动控制优先，在此基础上，设置远程遥控和自动控制。控制级别由高到低为：现场手动控制、遥控控制、自动控制。

3.2 主控级设备：

天水工业园区污水处理厂自控系统主控工作作站接收全厂设备的运行状况，同时也对现地控制设备发送各种控制命令。主控级工作站由两套互为热备的台湾研华公司生产的IPC-610H型工控机作为主要控制设备，采用Microsoft公司的Windows XP 操作系统和德国西门子的自动化监控组态软件WINCC开发版工业组态软件，完成数据的采集、设备的控制和监视以及与各分控站的通讯功能等。

主控级设备功能: 3.2.1 数据采集

 实时采集各个终端站传送的各类数据和信号，通过在彩色监视器(TFT)显示总工艺流程图，分段工艺流程图，供电系统图，工艺参数，电气参数，电气设备运行状态等。

 操作站以“人—机”对话方式指导操作，自动状态下，可用键盘或鼠标器设定工艺参数、控制电气设备。3.2.2 数据处理

 对来自各现地控制单元的实时数据和相关设备状态信息进行数据校验检测；  实现系统的故障检测和诊断功能，如总线网络中途断线、站的失电、站地址的冲突、模块配置不对应等常见故障；

 汇总各现地控制单元的所有上送数据和状态信息。

 数据查询功能：对系统中存储的相关设备数据能够按照时间、时段、设备、报警等各种方式进行查询；

 数据检测功能：对现地控制单元上送数据进行实时性、可靠性等验证，保证数据的正确性；

 根据采集的实时数据生成相应的各类生产报表、形成历史数据记录、趋势曲线记录等；

 完成语音报警等功能； 3.2.3 控制和监视

 实现全厂各个现地控制单元的实时监视；

 通过人机终端，实时显示各现地控制单元的状态信息和实时控制。3.2.4 数据通讯

通过光纤总线网络实现主控级计算机与分控站PLC和智能通讯装置的实时数据通讯； 3.2.5 画面显示

 根据系统采集的各分控站控制单元设备的实时数据和状态信息，实时刷新系统的相关画面；

 实时显示系统的总工艺流程图，分段工艺流程图，供电系统图，工艺参数，电气参数，电气设备运行状态等；

 系统画面中设置导航画面，通过导航画面可方便实现画面的快速切换；  在每个画面设置画面帮助，可为操作员提供快速操作帮助； 3.2.6 存储和打印

实时记录和存储系统中各分控控制单元中相关设备的实时数据，并形成历史数据文件。实时存储和打印的数据主要有：  各类操作记录；  各类事故和故障记录；  各类报表记录等。3.2.7 事故、故障报警

 系统可实现系统中各分控控制单元所有设备的事故、故障等的报警、记录以及相应的报警画面弹出显示、语音报警等功能，并且能够按照报警发生的时间、次序、设备名称、事故和故障名称等等进行查询等。3.2.8 保护功能

系统具有多种安全设备、操作员操作权限设置、操作命令确认、操作口令确认、设备联锁等功能，可实现系统的安全、可靠、正常运行。

 系统设置有操作员操作权限等级设置，可根据操作要求，进行相应权限的登录操作；

 操作员在操作过程中设置有操作口令和操作命令确认，有效地避免了设备的误动； 3.2.9 自诊断功能 系统能够提供完善的硬件和软件自诊断功能，主要包括：  计算机硬件设备及接口设备的自检；  系统通讯网络连接的自检；

 系统相关设备的自检、故障提示等功能。软件

3.2.10 系统软件

选用具有开放式软件接口的实时多任务、多用户系统的Microsoft Windows Xp中文版网络操作系统。3.2.11 数据库软件

采用实时分布式关系型数据库系统，通过对监控对象的组态，实时监测和控制各监控对象，并自动生成操作记录、遥信变位、事故记录等实时数据。

历史数据库能够通过DDL、DDE及OLE等与其它应用软件交换数据，并带有标准的SQL接口和ODBC接口，为系统维护、管理提供技术基础。3.2.12 应用软件

包括工业实时监控组态软件、现场总线组态软件、数据库软件、标准工业控制和专用水处理过程控制图形库等。工业实时监控组态软件配置有开发版（无限点）、运行版和监控版。其主要功能是：

(1)运行监控

采用图控软件组态设计中控室的运行监控软件，具有中文界面、操作提示和帮助系统。操作界面主要以流程图方式表示，从总体流程图直到每个单体的局部流程图，在流程图上显示的设备，均可点击进入该设备的进一步细节数据或对其进行控制。工艺过程、运行数据和设备状态均以图形方式直观表示。运行参数和目标控制参数，可以点击进入其属性或进行设定修改。

(2)数据库的生成及管理

提供整个监控系统运行的各种数据参数、各机械电气设备状态、以及各接口设备状态的实时数据库及历史数据库，并能根据信息分类生成各种专用数据库，且具有在线查询、修改、处理、打印等数据库管理软件，可进行日常的操作及维护，同时还具有ODBC功能，与其它数据库建立共享关系。

保存在内存中的实时数据库应存贮由各种监控对象的动态数据，数据刷新周期应可调，以保证关键数据的实时响应速度。短期历史数据库应能够保存7天的实时数据和组合数据，并不断地予与刷新（其数据来自于实时数据库）。历史数据库中能够存入各设备的运行参数、报警记录、事故记录、调度指令等。并具有存贮3年运行数据的能力。

(3)组态

通信组态：生成各种通信关系。明确节点间的通信关系，可实现现场仪表与PLC之间、PLC与监控计算机之间，以及计算机与计算机之间的数据通信。

控制系统组态：生成各种控制回路。明确系统的控制功能，各控制回路组成结构、控制方式与策略。

(4)图形生成及查询

应用软件具有强力而有效的图形组态显示功能。能画出总平面图、工艺流程图、设备平立面布置图、电气主接线图等。在确定监控画面后，可对监控对象进行形象图符设计、组态、连接、生成完整的实时监控画面，使用户能够在显示器上查询到各种监控对象的动态信息及故障，其形式可以是图像、报表、曲线、以及直方图等，并在投影屏上有动态显示数据。

同时，还具有友好的中文人机接口界面，采用图形、图标方式，使管理人员方便地使用鼠标器或键盘对系统进行管理、控制。通过监控画面的切换，进行数据查询、状态查询、数据存贮、控制管理等各种操作。

(5)日常管理

日常的数据管理是对采集到的各种数据进行计算、处理、分类，自动生成各种数据库及报表，供实时监控、查询、修改、打印，生成后的报表文件的修改或重组。

软件系统的可靠性能够保证数据的绝对安全，防止对数据的非法访问，特别是对原始数据的修改。按操作等级进行管理，一般情况下，至少设置三级操作级，即观察级、控制操作级、维护即，每一级都设有访问控制。

具有日常的网络管理功能，维持整个局域网的运行，定时对各接口设备进行自检、异常时发出报警信号。

(6)设备管理

对组成系统的所有硬件设备及运行状态进行在线监测及自诊断；对实时监控的所有对象的运行状态进行监测及自诊断；对各类设备运行情况（如工作累计时间、最后保养日起）进行在线监控，并存入相应文档，以备维护保养；对设备故障提出参考处理意见。

(7)能耗管理 软件系统能够对系统的设备运行记录及控制模式进行综合考虑，使系统能在最低的能耗下发挥最大的效益。

(8)工控组态软件

系统监控组态软件是一个精心设计开发的实时系统工作平台。软件本身及相关文档均为中文版本，为国际或国内知名组态软件。具有全图形化界面、全集成、面向对象的开发方式，使得系统开发人员使用方便、简单易学。功能覆盖广，软件组合灵活，高效性、内在结构和机制的先进性应该确保用户可快速开发出实用而有效的自动化监控系统。

数据采集方面，同时支持多种PLC的通讯，如施耐德、西门子、AB等多家产品的数据通讯，具有很强的兼容性；支持同时采集各种PLC、仪表、变频器、板卡、RTU等设备的数据；支持电话拨号、电台、GPRS、VPN等远程多种通讯方式；具备相位采集功能。

工作站应可对整个系统设置安全管理。支持使用用户，权限，优先级，安全区的方式为用户提供安全验证。

工作站监控、组态必须的软件均基于Windows XP操作系统。

系统可以在各种语言版本的操作系统上运行，可以在画面中同时使用汉字及其他多国文字和符号；具备全中文的开发和运行环境。

组态软件能支持OPC标准，同时具备OPC Server和OPC Client功能，可以快速、可靠地与众多不同生产商制造的硬件设备实现可靠的通讯。

支持变量的快速搜索，并且为方便用户二次开发，组态软件必须支持全中文变量名和函数名及结构变量和引用变量；支持变量的批量生成、合并、导入、导出；支持自定义函数。

具备设备模型和图形模型功能，通过设备模型快速创建变量和关于该变量的逻辑计算处理。通过图形模型可以快速部署已经制作好的图形动画.支持类C语言等作为内置编程语言，支持系统事件，变量改变事件，报警事件，热键事件，条件事件，自定义函数、定时脚本和调度脚本等多种脚本类型，为用户提供方便的开发平台。

组态软件支持各种运算函数，包括：事件驱动的算术和逻辑运算、逻辑关系运算、报警状态处理、定时器、对数和指数运算、三角函数、按位运算、字符串处理、数制转换、取平均值、最大值、最小值、取中间值、记录历史值、统计操作次数和操作持续时间等功能在内的统计运算。软件画面支持在开发和运行时的无极缩放，画面可以按比例缩放；支持图层的操作，可以把不同的图素分配到不同的图层上去，进行开发和管理，图层可以控制显示和隐藏；支持GDI+，支持过渡色和透明色；

组态软件具备多样图库,含有污水处理工程基本图库元素，节省绘图开发时间。采用项目树使得程序生成灵活，程序组织清晰明了。Windows下的在线帮助功能；项目文件备份功能；工程支持口令保护；能支持Web Server 功能。远程客户可透过网络,配合服务器及浏览器取得与现场一致之运作画面。

提供分布式报警,操作员可同时从多个远程位置浏览及确认警报信息。为满足江南污水处理厂自控系统要求，实现软件界面人性化、实物化、动态化，同时考虑其安全性、通用性及易扩展性，监控软件选用德国西门子的自动化监控组态软件WINCC。

自动化监控软件的基本技术要求如下：

·基于Windows Xp或vista平台；

·基于实时的客户／服务器结构及组件（COM）内核； ·全面支持ActiveX控件及控件安全容器技术；

·内置微软标准编程语言,嵌入式Visual Basic for Application； ·支持OPC客户及OPC服务器模式；

·标准SQL/ODBC接口, 易于与关系数据库集成；

·丰富的图符图形工具，动画向导，功能键可以预定义，标签组编辑功能，给予时间和事件调度处理功能；

·报警和信息管理，报警过滤，和远程报警管理； ·支持Windows Xp或vista用户级安全系统； ·支持SOA功能；

·图表对象和趋势显示，历史数据采集；

·有与上层管理信息系统接口，可以同时连接多种下位控制器，易于系统扩充。

a.监控计算机软件功能要求 ·组态软件

--通信组态：生成各种通信关系。可实现现场仪表与PLC之间、PLC与监控计算机之间，以及计算机与计算机之间的数据通信。

--控制系统组态：生成各种控制回路。各控制回路组成结构、控制方式与策略。

·维护软件：对现场控制系统软硬件的运行状态进行监视、故障诊断，以及软件的测试维护等。

·仿真软件：对控制系统的部件(通信节点、网段、功能模块等)进行仿真运行。可对系统进行组态、调试、研究。

·设备管理软件：对现场设备进行维护管理。配置专门的设备管理软件。·监控软件

--实时数据采集：将现场的实时数据送入计算机，并置入实时数据库的相应位置。

--常规控制计算与数据处理：标准PID，积分分离，超前滞后，比例，一阶、二阶惯性滤波，高选、低选，输出限位等

--优化控制：根据数学模型,完成监控层的各种先进控制功能：专家系统、预测控制、模糊控制等

--逻辑控制：时间程序控制，如完成开、停车的顺序启停过程。

--报警监视：监视生产过程的参数变化，并对信号越限进行相应的处理，如声光报警等。

--运行参数的画面显示：带有实时数据的流程图、棒图显示，历史趋势显示等。

--报表输出：生产报表的打印输出。

--操作与参数修改：实现操作人员对生产过程的人工干预，修改给定值，控制参数、报警设定等。

·文件管理

--数据库管理：在线与历史数据管理、综合利用、保存等。

--统计控制软件：按照数理统计方法分析现场采集的工艺变量数据，监视和评判系统的控制与运行状态，指导操作人员全面掌握生产情况，排除故障。以科学方法评估生产过程能力，指导系统改进。包括：在线与历史数据预处理、各种统计控制图、直方图、事件触发采样、在线报警、过程能力分析、分析记录等。

3.3 分控站设备：

武威工业园区污水处理厂自控系统分控站由四个PLC站等组成，每个控制站选用一套用德国西门子S7-300系列PLC，并配备一台北京昆仑通态触摸屏，实现全厂自控仪表及其他设备的监视和控制，同时各分控站与主控级操作站进行数据交换，各分控站接收主控级操作站发来的各种控制命令，最终实现全厂所有设备的监控，保证了全厂设备安全、稳定运行。

3.3.1 分控站设备控制功能：

按控制程序对所辖工段内的工艺过程、电气设备进行自动控制，同时采集工艺参数及电气设备运行状态。

通过通信总线与中央控制室的监控管理系统进行通信。向监控管理系统传送数据，并接受监控管理系统发出的部分开停机命令。

在操作屏上显示所辖工段的工艺流程图，工艺参数，电气参数，及设备运行状态。通过功能键盘设定工艺参数，控制电气设备。

就地控制：在设备调试、维修阶段提供现场操作的手段，在意外情况下可以以最快的方式进行现场紧急停车。

分站控制对象包括：粗格栅及进水泵房、细格栅间及曝气沉砂池、A2/O+MBR生化池、紫外线消毒池、清水池、出水泵房、污泥撇水池、污泥浓缩脱水机房、锅炉房。

粗格栅及进水泵房：

1、粗格栅

（1）功能：去除污水中较大悬浮物，并拦截直径大于20mm的杂质，确保水泵正常运行。

（2）主要设备：旋转式格栅2台。

（3）运行方式：格栅采用自动控制。根据栅前栅后水位差或格栅工作周期(时间可调)控制，栅格前后的液位差由PLC自动控制清污，同时设手动控制，格栅设工况指示和故障报警系统，与皮带输送机联动工作、延时停机。栅渣通过带轮的垃圾小斗车收集。

2、进水泵房

（1）功能：将污水一次提升至细格栅，以便后续构筑物的正常运行。

（2）主要设备：近期配备潜污泵4台，3用1备。

（3）运行方式：水泵自动控制运行，根据水位控制水泵轮流工作，设高、低水位报警系统和水泵工况指示及报警系统，低水位时全部水泵停机。

细格栅：

(1)功能：去除污水中较大漂浮物，并拦截直径大于6mm的固体物，以保证生物处理及污泥处理系统正常运行。

(2)、主要设备：设回转式细格栅2台；无轴螺旋压榨机一台。(3)运行方式：格栅自动控制根据细格栅前后水位差或格栅工作周期（时间可调）实现，细格栅前后的液位差由PLC自动控制清污动作，同时设手动控制。细格栅设置工况指示和故障报警系统。两台格栅共用一台无轴螺旋压榨机，将栅渣送至落渣斗，下滑至带轮的垃圾小斗车中。

曝气沉砂池：

（1）功能：去除污水中比重大于2.65，粒径大于0.2mm的砂粒，保护后续水处理设备，防止管道淤塞。曝气的功能是使附着在砂粒表面的污泥分离，使沉砂易于脱水，同时避免细小的有机悬浮物沉淀，确保沉砂质量。

（2）主要设备：一台桥式单槽刮砂机（带撇渣装置）；吸砂泵1台。（3）运行方式：桥式单槽刮砂机（带撇渣装置）连续运转，吸砂泵按程序控制定时运转，砂水分离器与吸砂泵同步运转。

A2/O+MBR生化池：

该设备间控制系统已有厂家提供，此方案控制不于考虑，只需要厂家提供数据采集点即可。紫外线消毒池：

（1）功能：进行尾水消毒，避免尾水中细菌对水体及水生物的影响。（2）主要设备： 1套紫外线消毒模块。

（3）运行方式：通过安装在模块前后的水位差仪器监控紫外线模块的安全运作。

清水池;

清水池设2座

（1）功能：储存并调节出水量。

出水泵房:

（1）功能：用于再生水提升至再生水用水点。（2）主要设备：设卧式离心泵4台（3用1备）。

（3）运行方式：水泵自动控制运行，根据吸水井水位控制水泵工作，设高、低水位报警系统和水泵工况指示及报警系统，低水位时全部水泵停机。

鼓风机房及变配电间：

（1）功能：为A/O+MBR池和曝气沉砂池供氧，保证生物系统正常运行。（2）主要设备：

生化区供氧设备：罗茨鼓风机3台（2用1备）变频 膜区供氧设备：罗茨鼓风机3台（2用1备）变频 同时配套空气过滤器和起重设备。

2（3）运行控制：鼓风机通过生化区的DO及膜区的运行情况进行风量调节。加药间：

（1）功能：在好氧区前端进行加药除磷。

（2）主要设备：计量泵2台，整套溶药加药设备，（3）运行方式：根据实际出水水质状况手动控制运行。

污泥撇水池：

（1）功能：污泥撇水池用于调蓄剩余污泥，同时为了避免剩余污泥中的磷在厌氧条件下重新释放，控制停留时间在4h以内。

（2）主要设备：中心传动浓缩机2台。

（3）运行控制：与A2/O+MBR池排泥阀门及污泥脱水机协调运行。

污泥浓缩脱水机房：

（1）功能：对剩余污泥进行浓缩压滤脱水，使污泥含水率降低到尽可能低的程度，以减少污泥体积并便于装卸作业。

（2）主要设备：带宽2.0m带式浓缩脱水一体机2套；每台脱水机配备污泥螺杆泵、加药泵、冲洗泵1套，絮凝剂调配装置共用1套。

（3）运行方式：与A2/O+MBR池排泥、剩余污泥泵及撇水池协调运行。锅炉房：

（1）功能：污水厂建筑物室内采暖。

（2）主要设备：循环水泵两台(一备一用)、补水泵两台(一备一用)。（3）运行方式：采用变频定压补水。

3.4 网络通讯设备：

中央控制室与各现场PLC控制站之间采用工业以太网通信方式，主干网通信速率为100Mbps，各连接站点通信速率为10/100Mbps自适应，通信介质为光纤，由于光纤为非导体的石英构成，由雷电产生的电荷不会耦合至光纤上，从而增强通信网络安全性能。光纤冗余交换机选用烟台正维科技WISE6000系列交换机，网络结构为冗余环网，以大大提高通信网络的可靠性。

WISE6000系列是一种工业级、非管型、冗余以太网交换机。其独特的FAR-Ring冗余环网技术为您的以太网络带来智能冗余；标准的工业4级设计，能够满足各种工业现场的要求；所有器件选用工业级的器件，实现了较高的可靠性。采用业内优秀的网络方案，提供2.0G无阻塞交换带宽。

特点：

WISE6000-2S(M)-6T-R------8口即插即用冗余工业以太网交换机专为工业应用设计，提供2个冗余光口和6个自适应以太网电口，适用于恶劣的工业环境，具备良好的电磁抗干扰性能。

特性：

-25℃～70℃的工作温度

支持FAR-Ring环网冗余协议（自愈时间＜50ms）

冗余双直流电源输入

电源故障，可由继电器输出报警

铝制机箱高效散热，无风扇设计

IP40防护等级

DIN导轨式安装方式

通过CE、FCC、国电认证

产品规格：

端口：百兆光口：2个冗余100Base-F(X)光口

百兆电口：6个10/100Base-T(X)自适应以太网接口（RJ45电口）

技术：IEEE802.3, 802.3u, 802.3x,存储转发处理方式

MAC地址表大小：8K

组网：环型、星型、链型、相切环网

线缆：双绞线：

0～100米

多模光纤：0～5km，1310nm

单模光纤：0～20km/40km/80km，1310nm/1550nm

电源：输入电压：DC12/24/48V双电源或DC/AC110V/220V单电源

产品功耗：＜8W或12W（满负荷）

环境：工作温度：-25℃～70℃

存储温度：-40℃～80℃

相对湿度：5%～95%(无凝结)

机械结构：外壳：IP40保护标准，铝制外壳

尺寸(WⅹHⅹD)：55.5mmⅹ138mmⅹ121.5mm

安装方式：DIN导轨安装

通过认证：IEC61000-4-2防静电（ESD）：±8KV接触放电，±15KV空气放电

IEC61000-4-3电磁场：10V/M（80-1000MHz）

IEC61000-4-4瞬时高压（brust）：±4KV电源线，±4KV数据线

IEC61000-4-5浪涌电压：±4KV（line/earth），±4KV（line/line）电源

线，±2KV数据线

IEC61000-4-6防传导：10V（150KHz～80KHz FAR-Ring环网专利技术：

FAR-Ring环网专利技术能使工业以太网交换机实现了智能冗余，允许您很简单很方便地建立起冗余的以太网络，能够让自动化系统的任意网段与网络断开连接的时候极快速地恢复正常。

第三篇：关于污水处理厂自控系统设计方案

关于污水处理厂自控系统设计方案

【摘要】本文首先介绍了系统简述，然后分析了系统设置，最后介绍了设备选型。

【关键词】污水处理厂，自控，自控系统，设计

一、前言

随着城市建设的发展及城市容量的扩大，城市生活污水和工业废水排放量逐年增多，污水处理厂成为了重要的解决污水的地方。

二、系统简述

全厂的整个处理系统包括格栅池、提升泵池、水解酸化池、沉砂池、一体化曝气池、人工湿地配水系统和消毒池等结构。各个设备厂家仅配套各自电气控制柜进行控制，采用的是纯电气控制方式且各个工艺段是完全分裂的，工艺参数只能采用人工记录的方式，有些需要取样实验才能得到数据。操作人员的劳动强度大，也不便于对水质参数进行分析。建自动化控制系统就是集中监视整个污水厂的各个工艺环节，实现对生产过程的自动控制、报警、自动操作以及在线实时反映各工艺流程中设备运行状况与需要参数，提高企业管理水平。

三、系统设置

1、系统组成

全厂自动化控制系统遵循“分散控制、集中监控、危险分散、数据共享”，由水质在线自动化检测和控制系统，以及过程数据处理系统三大部分组成。

2、系统要求

控制系统采用全开放式，支持不同计算厂家的硬件在同一网络中运行，并支持实时多任务，多用户的操作系统；网络介质要求使用可直埋的光缆，在出现故障时，可在线增加或删除任意一个节点，都不会影响到其他设备的运行和通讯。

3、系统功能

（一）、数据采集与控制功能

（1）各种仪表的模拟量采集，各种设备开关信号采集，在线仪表数据收集。

（2）值班人员在中控室通过计算机的键盘或鼠标，根据工艺条件和控制要求，按规定时间周期设定的逻辑顺序等自动地启动或停止某些设备，或进行交替运行，或设定控制调节参数。

（二）、自动检测功能

设计时是采用PLC来实现整个系统各个工艺设施的监控。该系统可以自动、连续地检测并记录和显示出污水处理过程的水质参数（SS、DO、COD、PH等），过程参数（温度、压力、水位、流量等），电气参数等数据，以及设备的运行状况（自动、手动、运行、停止、故障、本次运行时间、累计运行时间、阀门开关及开度等）。实行每天24h不间断地循环检测采集到的数据，进行处理、归类并以原始数据文件形式存入服务器。

（三）、故障报警及处理功能

控制系统有一套完整的自诊断功能，可以在运行中自动地诊断出系统的任何一个部件是否出现故障，并且在监控软件中及时、准确地反映出故障状态、故障时间、故障地点、及相关信息。

（四）、数据输出功能

根据监控采集到的数据，生成全厂的生产工艺流程实时动态图，给操作人员提供清晰、友善的人机界面，反映生产工艺流程的实时数据，完成报警、历史数据、历史趋势曲线的显示和查询。同时可以生成各类生产运行管理报表、日报表、月报表和年报表。

4、上位机系统

在综合楼二楼中央控制室内设2台监控计算机，一台作为工程师站（做编程、操作、记录用），另外一台作为操作员站（仅作操作、记录用），两站均作数据备份。为保证监控计算机能稳定运行，并在掉电后能保存工艺参数数据，减少掉电对电脑的危害，设立一套UPS系统，容量为5KVA，掉电后能至少保持30分钟工作时间。另外设一套数据服务器及两台打印机。室内还设置大型DLP无缝拼接大屏幕显示系统（显示面积2×2×70寸），用以直观显示全厂工艺流程、设备工况及主要参数值。大屏幕显示系统通过与摄像监控管理计算机相连，实时监视全厂生产区域工况、主要生产设施的运行状态。监控计算机主要实现以下功能。

人机界面：在显示器上动态显示全厂各工艺设备的实时运行工况，过程控制的运行趋势，各处理环节的生产数据指标，使生产管理人员一目了然当前全厂生产运行情况。

故障登记表：监控管理计算机的显示器，无论显示何种画面及操作人员在执行何种操作，均在画面的下栏处显示故障登记表，并实时弹出新生故障警示框，使得操作人员随时随地都能了解污水厂的故障实况，计算机会自动把现场发生的故障登记入“故障登记表”中的记录。故障分一般故障和紧急故障，如水泵过载报警等属于一般故障，液位达到高位而未有水泵启动、进水水质参数超过进水标准等属于紧急故障。故障时，显示器上警示框红闪，并伴有5秒时长间隔报警声。要求操作人员在3分钟内作出响应，3分钟后均改为1秒时长间隔报警声，报警在操作人员响应后解除。

系统控制：系统的控制方式，一般分“自动”、“手动”，“自动”还分为“自控”和“中控”。“手动”、“自动”由操作人员在现场控制箱上选择，“手动”由操作人员在现场控制箱上启动和停止设备。“自控”由现场PLC站根据事先设定的逻辑程序依据工艺参数状况决定设备的启停。“中控”由中控室内操作人员在上位机上实现对设备的启停。在上位机单体构筑物界面图上，设置设备“启动”和“停止”按钮，并设置“自控”、“中控”选择按钮，并在设备图案旁显示设备控制方式状态。

工艺参数设定：功能参数设定有两大类，第一类是连续回路控制中的控制值设定，如进水泵池液位值、生物池溶氧值、药剂投加量等；第二类是报警极限设定，如泵池的高、低液位报警、主要设备的高电流报警等。可以利用计算机的先进功能，优化出污水处理的工艺参数，提供给厂长指挥调度生产。

生成各类报表：如设备编号登记、故障次数记录、设备运行累计时间记录、大修周期的倒计时，开启次数记录等。对污水厂进、出水流量、大功率电机的用电量、总用电量等主要参数进行累计。同时可生成班报表、日报表、月报表、年报表等，自动记录生产设备及工艺控制过程中出现的故障现象和发生的时间、排除的时间，并能自动打印报表。

生成历史曲线：历史趋势曲线包括全部模拟量曲线（工艺参数、电力参数、及大功率电机的电流等），趋势曲线不少于20条。对于液位参数显示和报警用棒图方式，以便精确查阅某个时间内的趋势。趋势曲线可单条显示，也可组合显示，并用不同颜色表示。

第四篇：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

第五篇：污水处理厂西门子PLC自控系统的设计

污水处理厂自控系统的设计方案

污水处理厂自控系统是整个污水处理工程的重要组成部分，其设计好坏与控制设备选择是否适当，不仅关系着自控系统的性价比的高低而且对以后整个污水处理厂运行维护的难易有着重要影响。笔者以某市污水处理厂这个实际工程为例，对污水处理厂自控系统的设计进行详细阐述。

一、污水处理厂概况

该污水处理厂位于市中区，为日处理能力为5万吨/天的污水处理厂，出水排入黄海，水质达到国家一级排放标准。

本工程采用水解－AICS处理工艺。其具体流程为：污水首先分别经过粗格栅去除粗大杂物，接着污水进入泵房及集水井，经泵提升后流经细格栅和沉砂池，然后进入水解池。水解池出水自流入AICS进行好氧处理，出水达标提升排入黄海。AICS反应器为改进SBR的一种。其工艺流程如下图1所示：

污水处理厂处理工艺流程

二、污水处理厂自控系统设计的原则

从污水处理厂的工艺流程可以看出，该厂的主要工艺AICS反应器是改进SBR的一种，需要周期运行，AICS反应器的进水方向调整、厌氧好氧状态交替、沉淀反应状态轮换都有电动设备支持，大量的电动设备的开关都需要自控系统来完成，因此自控系统对整个周期的正确运行操作至关重要。而且好氧系统作为整个污水处理工艺能量消耗的大户，它的自控系统优化程度越高，整个污水处理工艺的运行费用也会越低，这也说明了自控系统在整个处理工艺中的重要性。

为了保证污水厂生产的稳定和高效，减轻劳动强度，改善操作环境，同时提高污水厂的现代化生产管理水平，在充分考虑本污水处理工艺特性的基础上，将建设现代化污水处理厂的理念融入到自控系统设计当中，本自控系统设计遵循以下原则：先进合理、安全可靠、经济实惠、开放灵活。

三、自控系统的构建

污水处理厂的自控系统是由现场仪表和执行机构、信号采集控制和人机界面（监控）设备三部分组成。自控系统的构建主要是指三部分系统形式和设备的选择。本执行机构主要是根据工艺的要求由工艺专业确定，预留自控系统的接口，仪表的选择将在后面的部分进行描述。信号采集控制部分主要包括基本控制系统的选择以及系统确定后控制设备和必须通讯网络的选择。人机界面主要是指中控室和现场值班室监视设备的选择。

1、基本系统的选择

目前用于污水处理厂自控系统的基本形式主要有三种DCS系统、现场总线系统和基于PC控制的系统。从规模来看三种系统所适用的规模是不同。DCS系统和现场总线系统一般适用于控制点比较多而且厂区规模比较大的系统，基于PC的控制则用于小型而且控制点比较集中的控制系统。

基于PC的控制系统属于高度集成的控制系统，其人机界面和信号采集控制可能都处于同一个机器内，受机器性能和容量的限制，本工程厂区比较大，控制点较多，因此采用基于PC的控制系统是不太合适的。

DCS系统适用于模拟量多，闭环控制多的系统。而现场总线系统的主要优势是适用用于控制点相当较少而且特别分散的系统。从施工和维护的角度来看，传统的DCS系统布线的工作量要远远大于现场总线系统。此外，现场总线系统与DCS系统相比，还有最为重要的一点是开发性好，扩展方便。

本工程的控制点在700点左右，模拟量只占20％左右，属于规模比较小的类型，而且这些控制点是以工艺处理单元为界线分散在厂区各处，因此本工程采用现场总线作为基本控制系统。

2、通讯网络选择

现场总线系统最主要的特点就是依赖网络通讯，分散控制和信号采集，最大程度的减少布线，节省安装和维护费用。现场总线主要是指从现场控制器或 IO模块到监控系统的通讯网络。目前现场总线，根据通讯协议的不同可以分为很多种，比如，Profibus、CAN、ControlNet、DeviceNet FF Lon总线等。目前现场总线技术还没有统一的标准，各自的功能特点基本一致，因此本工程设计时选用在中小型控制系统应用非常广泛的ProfiBus总线。其在性价比较高，且在国内推广的时间长，稳定性较高。

Profibus总线有三种形式DP、PA和FMS。PA总线是与智能仪表结合在一起安全性非常高的一种ProfiBus总线形式，造价比较高，常用于石油化工冶金等行业；FMS总线适用于大范围和复杂的通讯系统，旨在解决通用性通讯任务，传速速度中等；DP总线是用于传感器和执行器级的高速数据传速网络，不需要智能仪表配合，安全性略低于PA总线。本工程是污水处理工程，对通讯安全性的要求并不太高，通信的任务比较简单，对系统的传输速度有一定要求。因此本工程的采用ProfiBUS－DP网络，即用西门子S7系列PLC搭建整个系统。总线采用普通双绞作为传输介质，通讯速率可以达到 12MBP。

3、现场站设备配置的选择

对于Profibus－DP网络来说只是提供了一个从现场到监控层的信息通道，但信号的采集和执行命令的下达仍然需要由控制器和现场的IO模块组成的站来完成。ProfiBus－DP网络是一种主从站的网络结构。整个网络上最多可以有128个从站，但只有一个作为主站，所有的通讯事务都由主站来管理。主站必须要有控制器（CPU），同时也可以安装IO采集模块。从站有两种方式：CPU＋IO模块和通讯模块＋IO模块。第一种方式每个从站都由 CPU，每个站的控制事务都由本站完成，与主站之间的通讯量比较少。第二种方式是所有的从站都没有CPU，所有的控制事务都由主站CPU来完成，通过总线网络把命令结果传输到从站完成，从站只是远程IO。

前述这两种从站组成方式各有自己的特点。第一种方式，控制比较分散，通讯事务较小，对网络的依赖不强，但每个站都有CPU，造价高。第二种方式，控制集中，控制事务对网络依赖性强，需要可靠的网络来支撑，同时对主站CPU的性能要求高，在软件编程和调试方面具有很大的优势。这两种方式对工程的现场安装布线施工影响比较少。

本工程控制点的规模施工调试工期比较短，选用了性价比比较高的第二种方式作为从站的组成方式即由西门子IM153通讯模块和S7 300系列IO模块组成，主战CPU选用S7 315-2DP系列。

4、人机界面设备的选择

人机界面设备是直接与操作管理人员进行交流的监控视备，一般由两部分组成，即现场监视设备和中控室监视设备。现场监视设备可以是PC机或是触摸屏，中控室监视设备一般由工控机、模拟屏或投影仪等组成。监视设备应在兼顾投资的情况下，保证操作管理人员可以对整个污水处理厂全面直观的监视与控制。

现场监视设备一般在比较重要的单元或控制事务比较大的从站中设置，以便操作人员及时对现场情况进行处理。本工程的从站的规模比较少，厂区大小从操作距离来看并不大，同时现场操作间内均设有有线电话，因此可在不设不设现场监视系统的情况下保证现场与中控室的联络畅通。

中控室监视设备是全厂的指挥和信息处理中心，其作用不言而喻。中控室监视设备比较传统的做法是模拟屏加工控机的方式，这种方式造价比较高且复杂。随着多屏卡功能的不断完善，现场又出现了工控机多屏显示加投影仪的模式。多屏卡的安装使得一台工控机可以同时拖动多台显示器，并显示不同画面，不同的工段可以同时显示，保证了操作人员监视的全面性。投影仪可以把所需要的任何画面进行放大显示，也可以供人参观。第二种方式的造价要远低于传统做法。本工程选用APPinx一拖四的多屏卡和东芝投影仪一台。

5、其它

成套设备的耦合

本工程中鼓风机为高速离心风机，脱水机为2000mm带宽脱水机，均为大型设备。这些大型设备是由许多辅助电动部分与主机共同工作完成鼓风机和脱水机的正常工作。本工程设计要求大型设备都单独配有自己小型的控制器，由供应商根据自己的经验编制相关程序并预留Profibus－DP接口，最终成为整个自控系统的一个从站。这样就其它大型设备自控系统与整个自控系统无缝连接，减少了不同供应商之间任务的交叉重叠。

监控软件的选择

监控软件是人机交流的桥梁和翻译，是保证整个自动控制系统易操作、易维护最重要的部分。应选用成熟、先进并应用广泛的知名监控软件，本项目选用力控PCAUTO组态软件。

自控控制系统与管理层的衔接

自控系统操作与污水处理厂管理层的衔接主要是把自动控制系统收集到的全厂信息可以顺利传输到管理层计算机，管理人员可以在线查看污水处理厂的运行状况并调用相关的运行数据。随着监控软件的供应商对INTERNET技术的不断应用开发，监控软件都可以通过局域网或INTERNET广域网进行信息发布，管理层或授权用户在任何可以上INTERNET网的地方便可浏览运行状况。而所使用MS IE浏览器的安全性问题已经得到解决。

冗余问题

由于本工程为污水处理厂工程，其安全性和可靠性要求并不严格，本设计没有对通讯网络和控制器进行冗余配置，只对上位工控机采用了双机热备配置。笔者认为在资金允许的情况下，应对主控制器进行冗余配置。

四、自控系统的站点划分

根据污水处理工艺的工作原理以空间分别特点，在布线最小、功能完整的情况下对全厂的站点进行了划分，子站为泵房站、水解池站、1号改进SBR 站、2号改进SBR站、脱水机房站和鼓风机房站。泵房子站负责提升泵房、粗格栅、细格栅和沉砂池的数据处理，脱水机房站除负责脱水机房外，集泥池、浓缩池也归在该站内，其余子站负责各自的工艺单元。主站为变电所站，设在变电所内。各站配置控制点数量统计如下表：

工段名称 控点类型及数量

DI DO AI AO

泵房子站 96 16 20 2

水解池子站 64 32 16

1号改进SBR子站 160 64 32

2号改进SBR子站 160 64 32

脱水机房子站 24 8 8

鼓风机房子站 设备配套PLC并提供接口

各站所配置的控制点数量，富余量均大于20%。本工程自控系统的结构如图2所示：

污水处理厂自控拓补图

五、自控系统的仪表选择

仪表系统遵循“工艺必需、计量达标、实用有效、免维护”的原则进行设计，仪表配置如下：

粗格栅渠配置超声波液位差测量仪表1套；

集水池配置超声波液位测量仪表1套；

细格栅进水井：pH及温度测量仪表1套；

细格栅渠配置超声波液位差测量仪表1套；

AICS反应池配置溶解氧测量仪表及悬浮物浓度测量仪表各4套；

AICS反应池进气管路流量测量仪表3套；

鼓风机房配置鼓风机进出风管压力测量仪表6套；

集泥池配置超声波液位测量仪表1套；

脱水机房配置脱水机进泥管路流量测量仪表2套(随污泥脱水设备成套)；

絮凝制药装置液位开关2套(随污泥脱水设备成套)；

变电所配置各出线回路的电量测量仪表。

尽管上述仪表中部分仪表已经实现的国产化，但是在精度和稳定方面与进口产品还有一定的差距，因此上述仪表中除通用的流量、温度和压力仪表外，其它均采用进口产品。

六、自控系统的功能设计

自动控制系统除了保证污水处理工艺的正常运转外，还有可以提高处理工艺的整体优化水平等，本工程的功能设计主要归纳如下；

1、单体设备控制

对单体设备来说其控制分为三个层次，其优先顺序为现场手动控制、上位手动控制和PLC自动控制，这样现场发现设备故障时可以最快的速度切断故障设备的运行，最大程度地降低设备的损坏程度。在整个系统中，单体设备的损坏时保证系统其它无关联设备的正常运转。

2、节能控制

本工程的节能设计主要包括提升水泵的变频控制和好氧部分溶解氧自动调节控制两部分。

通过变频器与液位计形成闭环控制，保持集水井内液面的稳定，这样可以减少因提升泵的启动对处理系统造成的冲击，保证系统的稳定运行，同时根据水量变化调节水泵频率，降低了运行能耗。

为保持AICS反应器曝气部分溶解氧浓度稳定在2mg/l左右，通过控制鼓风机进口导叶角度来实现鼓风机的流量的调节，达到节能的目的。

此外，液位差控制的格栅的按需运转也是节能设计的一部分。

3、信息处理设计

通过上位监控软件系统直接采集的在线仪表数据，并以数据报表和图形显示，还可根据处理工艺原理自动对所采集的数据进行分析和推导，提炼出对运行操作更有指导意义的数据。如：

污泥负荷、提升水泵运行效率、污泥龄、絮凝剂投加比例、鼓风机运行效率、泵房提升单方水量的电耗、鼓风机每1000m3供风的电耗、单方污水污泥处理的电耗、低压总电量、附属设施耗电量、工艺设施总耗电量、提升电耗、供风电耗以及工艺其它各个工艺构筑物的电耗等等。

七、自控特点：

1、低投资：投资少

本工程除一些精度要求高的在线监测仪表(污泥浓度计、溶解氧仪和液位计)为进口仪表外，其余部分在线仪表实现国产化，节省了一部分投资费用。

另外，从工艺控制角度看，省区了一些不影响工艺运行要求的在线仪表，如ORP计、气体流量计等。不设现场监视设备的也是降低投资的重要原因之一。

在自控系统的总线技术选取上、现场I/O控制设备和上位监控设备的选取上，均采用了性价比较高的产品。如PLC采用西门子S7-300系列等。

本自控系统从以上几点节约了大量的费用。

2、低费用：运行费用低

在占全厂能耗90%的原水提升和鼓风曝气这两个环节上，依托自动控制系统，进水段实现恒液位、变流量控制，由大功率变频装置拖动大流量潜污泵，完全涵盖了500—3000m3/h的流量范围，克服了多台泵切换启停，流量突变对后续工艺的水力冲击，也达到节能的目的，立式潜污泵的提水电耗为 4.75kwh/km3。

占全厂能耗75%以上的鼓风机选用单级高速离心风机，通过控制进口导叶开度调节风量，从而降低能耗，具体的作法是在夜间小水量和过渡工序时自动减小供气量。

3、管理操作简便

本自控工程在上位软件二次开发过程从人性化角度出发，提高自控系统的可操作性，使管理者在任意时间和地点可对工艺系统进行全方面的监控，及时了解到处理系统运行的优劣状态。

八、投资

本工程自控系统的预算费用约占污水处理厂总投资的5%左右。与其它污水处理厂相比，本工程的自控系统投资是中等偏下，性价比较高。

九、结语

该污水处理厂自控系统是根据工艺要求在确定的设计原则下进行设计，既保证污水处理系统的正常运行，又尽可能的降低了工程的造价投资，其设计过程和结果对其它污水处理工程的自控设计具有一定的借鉴意义。

附录三