污水处理厂自控系统方案

1、xx县污水处理厂自控系统方案设计山东xx电子工程有限公司2008-1-91、工程概述xx县污水处理厂位于xx县北郊，一期工程日处理规模4万m3/d，二期工程设计日处理规模也是4万m3/d，目前开工建设第一期工程，并考虑与第二期留有接口。xx县污水处理厂采用百乐克工艺，百乐克工艺是一种具有除磷脱氮功能的多级活性污泥污水处理系统。它是由最初采用天然土池作反应池而发展起来的污水处理系统。自1972年以来，经多年研究形成了采用土池结构、利用浮在水面的移动式曝气链、底部挂有微孔曝气头的一种具有一定特色的活性污泥处理系统。整个工艺流程处理设施由粗格栅、提升泵房、细格栅、旋留式沉砂池、百乐克生化池、脱水机房

2、等单位组成。为了更好的保证污水的处理质量，增设自动控制系统来控制污水处理流程高效运行是十分必要的。基于同样的理由，自动控制系统的控制过程也必须依靠检测仪表来提供相应的控制指标。所以检测仪表和控制设备是相辅相成的，两者只有选择得当才能保证工程达到预期的效果。根据xx县污水处理厂招标文件的要求，参考相关的水、电等机电设备的相关资料，自动控制及仪表系统需监控的内容有： 系统设备监控：包括粗格栅系统、进水污水泵自控及运行优化调节、细格栅、钟式沉砂池系统、曝汽量和污泥回流量的自动调节、电动闸门的控制、脱水机房的控制、电力监控等。 重要设备的监控：粗格栅、进水泵、细格栅、水下推进器、水下搅拌器、污泥沟回流

3、泵、启闭机、刮沫机等的运行状态。 水的监测：温度、ph值、水流量、水位、水的溶解氧、水的污泥浓度、硫化氢含量、氧化还原电位以及cod、tp、nh4-n等其他参数。 系统中需要的各种监测仪表 系统集成：集中控制的显示及系统管理软件 提供与环保系统的通讯与接口。山东xx电子工程有限公司本着科学合理、认真负责的态度，针对xx县污水处理厂招标要求，以及将来正常运营的综合考虑，对污水处理厂的自动控制系统进行了设计，选用高精度、高稳定性、免维护或低维护量的智能化现场仪表，积极稳妥的采用先进技术、可靠、高效运行，管理方便、维修维护简便的控制设备。设计建成一个可靠、开放的自动化应用系统。2、工程范围：针对xx

4、县污水处理厂的处理工艺，此次投标工程的工作范围为：1）根据xx县污水处理厂工程建设项目图纸等文件的要求，完成自控仪表系统的设计、制造、运输、安装、安装指导、调试、试运行、验收及售后服务工作，并向业主移交与上述工作有关的、必要的资料。2）负责该系统的深化设计，并保证上述工作完全符合招标文件的要求，同时也满足设备正常、有效运行的需求。3）我方对投标内容所涉及的专利承担完全的责任，并负责业主利益不受侵害。4）我们公司承诺业主若根据情况对招标图纸作局部修改，我方将根据修改后的图纸对施工图和施工方案作相应的修改。 5）我们公司的工作还包括以下的内容： 系统的深化设计 设备的制造和供货 设备及部件的检查、

5、检验、测试 设备及部件的包装、运输 设计交底 设备及设备安装部件的安装指导 设备及系统调试 整改工作 与其它分包商的协调配合 竣工验收 保修期及售后服务3、系统设计说明系统采用先进的、集散型网络结构实现污水处理自动控制系统的实时集中监控管理功能。作为集散性控制分站的控制器通信网络，应能实现各分站间，分站与中央站之间使用专用设备接口的数据通信。xx县污水处理厂百乐克处理工艺，某些设备之间距离较远，属不同的控制器控制，控制分站间的通信可实现这些距离较远设备间可靠的数据传输。监控的界面应为全中文windows界面，便于操作员的学习和掌握，监控界面直观形象。系统采用灵活的模块化现场控制器，对于不同的现

6、场设备分布配置相应的输入/输出模块，保证系统良好的集散性和以后的扩展性。系统尽量采用同一厂家，高可靠性和高性能价格比的设备，以保证各设备间良好的协调性和长期运行稳定性。为客户带来物有所值的经济效益。系统采用优化的控制方案，实现节能控制。污水进水、百乐克生化处理系统是污水处理的能源消耗的大户，采用良好的控制方案不但可为污水处理提供一个优化的量化控制，且能大大节约能源。为污水处理工艺带来以下优点：1. 节能 一般而言，污水处理控制系统的能量消耗几乎大部分在污水进水、百乐克生化处理系统，特别是各种水泵，如何使这些设备高效运行，是自控系统必须考虑的问题。因此，采用最优化的控制模式来满足系统的功能要求，

7、就会为xx县污水处理厂带来很大经济效益。2. 节约人力，提高工作效率 xx县污水处理厂百乐克工艺，厂内机电设备数量和型号众多，并且分布于工厂的各个角落，采用自控系统统一管理这些设备，只需在工作站上就可监控所有设备的运行情况，并且可以通过设定时间让dcs系统自动对设备定时控制或通过优化算法实现闭环控制，不仅可大大节省人力，还可大大提高工厂的管理效益。3. 延长设备寿命 利用自控系统的软件功能，自动累计各种机电设备的运行时间，在可以利用备用设备的情况下，自动循环使用常用设备和备用设备。如水泵和阀门等，这样可以延长它们的使用寿命。污水处理自动控制系统本着安全、可靠、实用性与先进性相结合的原则进行设计

8、。仪表系统关键参数的检测选用进口设备,在满足检测要求的前提下选择极少的国产检测设备，系统的安装与调试应严格按照国家有关的规范和iso9000系列的要求去做。在认真阅读招标文件的要求之后，综合考虑系统设计的实用性、科学性、经济合理等因素，对于各分站的布置以及以太网的组网设计作了调整，同时兼顾了闭路电视系统的组网要求，以及现代闭路电视的发展趋势。因此，本设计减少模拟屏plc控制站，直接用监控计算机作为显示的驱动，其他三站的以太网络交换机也不做配置，直接通过总线结构进行组网，与监控计算机进行通讯。监控计算机作为污水处理厂局域网的接点设置在中央控制室内，与厂长办公室、总工室、化验室、数字硬盘录像机等组

9、成以太网共享资源。这样能够做到节能、降耗、易于维护和增加了网络的稳定性；节省建设资金，降低造价；具有良好的性价比，应用本工程具有先进性、合理性。3、1系统设备控制点数表（不含中控室部分）本系统设计前端采用plc控制器，主要用采集现场设备的数字量和模拟量，对机电设备运行控制，根据现场的设备配置，自控系统的布点如下：xx污水处理厂自动控制系统点表序号位置监测内容didoaiao备注粗格栅池1粗隔栅电机手动/自动切换22粗隔栅电机运行/停止23粗隔栅电机正常/故障224粗隔栅电机故障报警15粗隔栅电机启停输出165台电动闸门手动/自动575台电动闸门开阀到位585台电动闸门关阀到位595台电动闸门开

10、关阀过转矩5105台电动闸门正常/故障55115台电动闸门开闭命令512进水井液位113粗隔栅液位114粗隔栅前液位液位差115粗隔栅液位开关116硫化氢检测报警器1细格栅池17细隔栅电机手动/自动切换63(二期)18细隔栅电机运行/停止63(二期)19细隔栅电机正常/故障63(二期)20细隔栅电机故障报警63(二期)21细隔栅电机启停输出63(二期)22细隔栅液位差123进水流量1进水泵房243台进水泵手动/自动63(二期)253台进水泵运行/停止63(二期)263台进水泵正常/故障63(二期)273台进水泵故障报警63(二期)283台进水泵启停输出63(二期)29进水泵房液位130进水ph

11、值131温度1鼓风机房323台鼓风机手动/自动63(二期)333台鼓风机运行/停止63(二期)343台鼓风机正常/故障63(二期)353台鼓风机启停输出63(二期)364台鼓风机故障报警63(二期)脱水机房372台脱水机手动/自动2382台脱水机运行/停止2392台脱水机正常/故障2402台脱水机故障报警2412台脱水机启停输出2422台运送机手动/自动2432台运送机运行/停止2442台运送机正常/故障2452台运送机故障报警2462台运送机启停输出2472台污泥搅拌机手动/自动2482台污泥搅拌机运行/停止2492台污泥搅拌机正常/故障2502台污泥搅拌机故障报警2512台污泥搅拌机启停输

12、出2522台加药机手动/自动2532台加药机运行/停止2542台加药机正常/故障2552台加药机故障报警2562台加药机启停输出2571台加药装置手动/自动1581台加药装置运行/停止1591台加药装置正常/故障1601台加药装置故障报警1611台加药装置启停输出1621台清水泵手动/自动1631台清水泵运行/停止1641台清水泵正常/故障1651台清水泵故障报警1661台清水泵启停输出1672台潜水搅拌器手动/自动2682台潜水搅拌器运行/停止2692台潜水搅拌器正常/故障2702台潜水搅拌器故障报警2712台潜水搅拌器启停输出272超声波液位计373电磁流量计174电导率仪1计量渠75ph

13、+t计276ss仪177流量178生物池79ph+t计280溶解氧澄清池81出水流量1总控制点数：122742102173、2自动化管理信息系统功能描述自动控制系统是一个典型的dcs系统，由监控级和现场控制级两级组成，随着目前因特网技术的飞速发展，且厂区监控系统的存在，因此从整个污水处理厂信息管理角度看又可以分为三层，在dcs之上还有一个信息集成系统，所以将其称为自动化管理信息系统。下面首先描述自动化控制系统的功能，控制原理图如下所示：自动控制系统主要完成粗格栅系统、进水污水泵自控及运行优化调节、细格栅、钟式沉砂池系统、百乐克生化反应池曝汽量的自动调节、电动闸门的控制、脱水机房的控制、电力监控

14、、水质检测等的监测，根据各种测试仪表的检测结果，调整闸门的开启，控制设备的等。除了完成上述顺序逻辑控制外，更为重要的是从污水处理的整个系统流程角度实现节能与运行成本降低的目的，做到管、控一体化。按照标书要求，1#plc站安装在进水泵房间，主要用于粗格栅、进水泵等处机电设备的控制，以及进水水质等的测量，根据液位、运行时间的变化控制粗格栅的启停、以及进水泵的启停运行，同时将运行状态、模拟量数值等数据通过系统通讯电缆上传至中央控制室进行显示；2#plc站安装在百乐克生化反应池，用于水下推进器、搅拌器和曝气等的监控，以及模拟量的采集；3#plc站安装在脱水机房用于脱水设备、回流泵、变配电室设备的监控，

15、以及模拟量的采集。plc现场部分的控制原理如图所示：3.2.1 1#plc站1#plc站控制模式。通过安装在集水井、隔栅前后，提升泵的液位检测值来开启或关闭电机的运行。主要的控制策略为：检测隔栅两边的液位差，当达到一定的值后（出现阻塞现象），启动隔栅电机和相关的输送设备将大的污物从污水中清出，当差值降低后，停止隔栅的运转。同时也可以采取定时开启的方式来实现上述功能，但从节能的角度，利用液位差的方式更有效些。对于提升水泵，根据液位变化率决定水泵开启的台数、同时在集水池底部安装液位开关，防止干抽现象发生。为提高设备运行质量，还利用累计的运行时间来自动控制电机的启停、互为备用等工作。监控内容： 对进

16、水泵机组的运行状态、故障报警进行监测。 监测污水进水液位，根据液位变化控制机电设备运行。 对水泵的运行状态、故障报警进行监测，并进行最优启停控制。 自动运行模式下，水泵机组的开启与对应的水阀的开关进行连锁控制。 累计运行时间，通过联网将报告直接传送至有关部门。 正确上传ph值、温度计等模拟量的数值。 水泵的机电回路二次盘处于自动状态时，可通过plc控制器自动控制运行，并反映运行情况。控制方法设计：此部分所要控制的设备主要有粗格栅、进水泵、钟式沉沙系统等，本着既能保证合理运行，又能保证节能的原则，在粗格栅前后安装液位计，根据液位差的变化来决定粗格栅的运行。自动运行开启后，粗格栅运行一次，十五分钟

17、之后，粗格栅停止，螺旋输送机继续运行1小时，已保证有足够的时间将污物输送到固定地点，plc控制器将当前液位差值作为比较液位（一般粗格栅前后有0.15米左右的固定差值）存储，当液位差值上升100mm（可设定）后，再次启动粗格栅，同样运行15分钟后停止，plc控制器再将当前液位差值作为比较液位存储，重复以上控制规律。当在较长时间内如果没有差值变化时，粗格栅如果不启动极有可能造成下次启动的故障，因此在粗格栅停止一段时间后（可设定为5小时）进行启动运行，运行规律与液位差控制时相同。细格栅部分的控制规律与粗格栅相同。提升泵的自动控制主要取决于液位的变化，自动控制开启后，提升泵液位的数值传入plc控制器，

18、plc控制器便根据液位控制3台提升泵的开启数量、运行时间等的组合，并可根据现场变频器的安装情况进行变频控制或鲁棒控制以达到节省能源的需求。同时考虑每个进水泵的累计时间，超过一定时间自动切换另一台进水泵，以保证各台泵的运行时间均等。为确保提升泵运行安全性，在距集水池相应安装液位开关，以确保提升泵的保护性停机。沉砂系统根据时间设定启动排沙过程，用plc设定空压机、砂水分离器等的启动顺序，并设定顺序停机。将运行情况上传中控室。3.2.2 2#plc站2#plc站控制。它主要完成百乐克生化反应池的控制。其控制策略为：根据溶解氧含量控制曝气量，根据其它的控制参数控制污泥的回流。以达到节省能源降低成本的效

19、果。监控内容： 对水下搅拌器的运行状态、故障报警进行监测。若发生异常，则报警。 对阀门的启闭状态、故障报警进行监测，并进行最优启闭控制。 对水下搅拌器的运行状态、故障报警进行监测。若发生异常，则报警。 累计运行时间，通过联网将报告直接传送至有关部门。 正确上传溶氧仪的数值，设置报警信息。 正确上传氧化还原电位计的数值，设置报警信息。 水下推进器、电动阀门、水下搅拌器的机电回路二次盘处于自动状态时，可通过plc控制器自动控制运行，并反映运行情况。控制方法设计：此部分所要控制的设备主要有水下搅拌器、鼓风机、回流泵、电动阀门等，是污水处理工艺重要的环节，其控制尤为重要，直接影响到处理效果和节能问题。

20、根据进水情况控制电动阀门的开启，将水放入生化池内，根据溶解氧的数值，通过plc控制鼓风机的开启数量，或根据变频器的有无通过变频调节鼓风机的运行，此部分由进水的水质来决定，一般城市污水可设定在溶解氧2-4mg/l左右，依此为界，根据实际处理情况进行加减曝汽转盘和水下推进器的数量，做到即能保证水处理要求，又要节省能源。根据污泥浓度计的数值显示，控制污水回流泵的开启，使池内浓度更趋合理，确保菌群的培养，保证水处理质量的同时保证节能降耗。同时根据污泥浓度计的的数值，控制污泥的回流量和排泥控制，使生化池内保持合理浓度状态。保证资源的合理利用。3.2.3 3#plc站3#plc站控制。在脱水机房设置，主要

21、完成对脱水工序控制以及电力设备运行监控。监控内容： 对氧化沟回流泵的运行状态、故障报警进行监测。若发生异常，则报警。 对启闭机的运行状态、故障报警进行监测。若发生异常，则报警。 对刮沫机的运行状态、故障报警进行监测。若发生异常，则报警。 正确上传污泥浓度计的数值，设置报警信息。 正确上传污泥界面计的数值，设置报警信息。 正确上传电磁流量计的数值，设置报警信息。 采集配电设备运行的数据，对配电设备的运行状态进行监控。控制方法设计：污水脱水机房为成套设备控制，包括脱水压滤机组、加药系统、螺旋输送机等根据污泥界面的数值，当污泥界面上升至一定位置（根据现场情况确定）时启动提升泵将泥输送到脱水设备，由脱

22、水机房的自动絮凝机设备自动分配脱水机组；自动加药混合；自动脱水；自动螺旋输送；自动排泥。现场plc控制根据需要控制脱水压滤机的开关机及相关设备的联动，并累计设备的运行时间，保证每台脱水机运行时间均匀的同时，将累计时间上传至中央控制室显示，或设置报警，以提醒检修。3.2.4中央控制室中央控制室：设置在污水处理厂综合楼内，是dcs系统的管理层，整个自控系统的核心部分，dcs的现场层（plc）能够完成对现场的控制与优化，但对于涉及全局性的控制问题，现场层就无法胜任了，需要从管理层协调现场层的工作，以达到优化控制的目的，因此对中央监控主要工作是有一个良好的人机交互界面，便于操作人员使用，除要反映出各种

23、控制点状态信息，对信息进行记录、备份等信息处理外，还要对分控制站进行协调，使整个控制网络形成一个有机的控制体系。控制系统除了通过惯性环节控制、鲁棒控制和逻辑控制完成上述与检测仪表参数有关的控制过程外，其它的控制点就只剩下数字输入输出。他们的主要作用是检测电机和电动闸门的工作状态，根据程序的运行控制电机的启停和闸门的开关。引发此控制动作可以是时间，也可以是事件。控制系统除了上述的硬件系统外，要构成一个完整的控制系统还必须要有中央监控系统。中央监控系统提供良好的人机工作界面和系统的数据管理功能，因此必须安全、可靠的运行。为达到此要求我们选用基于internet 组态软件开发中央监控系统，除能满足标

24、书要求外，还有强大的实时数据库支持，这样即使将来需要将控制系统的信息接入工厂集成管理系统也能够支持。监控程序的结构框图如下所示：除了plc系统前端的软件功能外，要达到整个系统的高效运行，从全局观点来协调控制每个部分的运行就由为重要，为此我们需要从中央控制角度完成全局的优化协调和控制，下面就整个系统的优化控制方案叙述如下：上图为百乐克的工艺流程图，系统主要的运行成本表现为能耗的成本，能耗的产生主要存在以下几个方面：提升泵、曝汽、污泥回流、污泥处理，其中提升泵的能耗只与进水量有关，基本上无法通过优化的控制策略进一步降低能源损耗，而剩余的三项处理过程则是相互关联，因此如何在保证污水处理效果的前提下使

25、能耗最低是自动化控制系统成功的重要标志。首先确定保证污水处理效果的标志是什么?从出水角度看当然是符合国家排放标准的水，但用它作为控制参数却并不十分合适，因为达标排放的水是各个环节综合作用的结果，所以从各个工艺环节入手获取控制参数才是合适的。从工艺流程分析看污水处理的关键在于生化处理，虽然在工艺上侧重点有所不同，但都是利用细菌分解污水中的有机物。参与生化反应的细菌由两部分组成，一部分是生化池中的，另一部分则是从沉淀池中回流来的，生化池中的细菌需要足够的氧气才能完成有机物的分解，氧气越多，有机物分解的就越快；但如果没有足够的细菌，送入水中的氧气就会浪费。细菌在分解有机物时需要氧气，随着污水水质的改

26、善（有机物的减少），耗氧量减少，所以在生化池中按照水流的方向溶解氧（do）的浓度是增加的。污泥回流的主要目的是增加生化池中的菌群数量，以便于更快的分解有机物，更多的细菌生化反应需要的氧气就越多。同样道理当以排放水达标作为约束条件，且进水水量发生变化时，就可以通过调节菌群总数，或增加曝气量加快细菌生化反应速度，以及保持较低的通气量增加菌群数这三种方式达到分解有机物的目的。菌群总数的调节通过回流污水实现的，do是通过通风量的多少实现的，因此通过调节回流污水泵以及鼓风机的运行就有可能满足排放水达标条件下的节能控制。从上述分析可以得出以下结论： (1) j：生化反应池中的菌群总数；j1：已经在生化池中

27、存在的菌群总数； j2 ：通过污泥回流送回的菌群总数。 (2) w ：曝气池所需的总能耗； w1 ：曝气池鼓风机消耗的能量； w2 ：污泥回流消耗的能量。以排放水达标作为约束条件，由于进水的水质和进水量的不同 ，虽然w2和j2 之间存在线形关系，但w和j之间就不是简单的线形关系，而是复杂的非线形关系，很难找到一种数学模型能比较准确的表达出它们之间的关系。但幸运的是细菌是附着在污泥上的，水质越好，通过曝气后水中的do也越高，因此可以通过曝气池中氧气含量和污泥浓度间接的反映出曝气池中水质以及菌群总数的情况。随进水水质的不同会导致do值发生变化，比如在进水cdo达到1500mg/l以上时，最高的do

28、也会在1mg/l以下，而在水质条件比较好的情况下进水cdo在200mg/l以下时，最低的do也可以达到4mg/l，再通过对生化池中do数据进一步分析1可以得出下列结论：1） 按照水流的方向溶解氧（do）的浓度是增加。2） 可以通过do值判断污水水质。3） 可以近似的将污泥的含量与菌群数量看成线形关系。在满足排放水达标条件下如何通过控制策略达到降低能耗的目的呢，利用上面的三条结论作为控制参数能够完成上述要求。根据我们的实际经验，将do对距离l求导数 ，即计算do沿水流方向的变化率，则比较容易得到较为明确的结果。当的值变大时表明污水中有较多的易于分解的有机物，需要增大曝气量；而此值变小表明污水处理

29、效果变好，再加上对单个do仪表检测值的判断就可以知道是需要持续增大通气量还是减少通气量。另一个节能控制策略是污水回流泵的控制，当污水进水量减少甚至断流时，污水回流是没有意义的，因此可以关闭污水回流泵，达到节能的目的。33 系统的组成自动控制系统设计为上下两层，现场控制层前端设备和上位监控层后端主机，两层构成集散控制系统。现场控制设备采用工业级的高可靠性、高抗干扰能力的设备。传输信号必须适应工业现场恶劣环境，能抵抗诸如电机启动带来的干扰。主控设备与现场设备之间的驱动应设置隔离和放大部件，以防止强电窜入弱电系统，损坏控制设备。上位监控层的主要目的是便于操作人员观察和监控现场层的运行情况，并能够完成

30、对现场数据的管理，上位监控层的主要工作是为操作人员通过良好的人机界面观察和控制现场的控制器的工作，同时采集管理并提供报表、历史纪录等信息。上位监控层和现场控制层的数据交换通过网络完成的，目前可供选择的网络很多，从项目的应用看可以选择以太网、intranet、mpi、modbus、profibus、点对点等多种方式，如何选择合适的性价比好的通信方式才是我们考虑的重点。系统结构图：331 前端设备说明前端的组成：可编程控制器、各类传感器变送器、控制柜组成。现场控层的控制设备选择可靠性极高的可编程控制器，为满足标书中提到对cpu的基本要求，我们选择西门子公司的cpu315系列，数字输入和数字输出采用

31、直流24v。摸拟输入模块具有电压和电流两个输入状态，020ma，420ma，010v，05v等多个输入量程。cpu与其它模块采用组合式安装方式，扩展灵活方便。simatic s7-300 可编程序控制器是模块化结构设计。各种单独的模块之间可进行广泛组合以用于扩展。simatic s7300系列能使你选择最适合的cpu以满足特殊应用。这可以是有纯粹过程控制能力的cpu，集成过程控制功能的cpu或带有一个集成的profibusdp接口的cpu。所有这些cpu都有一个编程用的接口。多点接口的其他优点是，它很容易建立一个小型网络。不需要附加任何硬件或软件，不需编程。其特点：智能与速度相结合:我们灵巧的

32、运动员总是跑在最前面。大多数这类cpu能在不到0.60.1ms时间内处理1024条二进制语句。由于纯粹的二进制命令是不多见的，因此我们提供混合操作时的处理速度：用65二进制语句和35字操作，这位锐利的小cpu依旧能在0.8ms内处理1k语句。体积小巧，功能强大全面的成功：用最大存储量为512kb的主存储器，我们的cpu能最多处理82k语句，并提供最大8192个标记，512个定时器和512个计数器。较小的 cpu可扩充到128di/do或32ai/ao；较大的 cpu可扩充到1024di/do或128ai/ao。现代技术水平，无电压ram存储器长时间的保持动态数据，如标记、计数器和数据字，最大容

33、量达4k。其最大优点是不再需要额外的后备电池。这在事实上消除了s7300无维护运行的最后障碍。扩展性好：- 小巧、快速、功能强大，用途广泛这些是s7300的主要特点。模块的封装密度使它显得如此小巧；它的速度和功能来自你早已遇到的cpu。而它的多方面用途主要归功于多种多样的信号、功能、和通信模块。这些模块使 s7300 plc成为用途广泛的控制设备。以下是信号模块的概况： 信号模块它们的格言是有信号就进行处理。模拟或数字 ，输入或输出： s7300处理出现的信号。所有信号模块是隔离的： 多种数字的i/o 2线bero接近开关用的数字输入 快速响应、有过程中断的数字输入 快速故障识别、有诊断功能的

34、数字和模拟i/o 各种电流的数字输出 无限开关循环的数字电子输出 各种模块电压的数字继电器输出 所有电流和电压范围的模拟输入 集成有对热电偶和热电阻进行线性补偿的模拟量输入 用于精确值表示，有高分辨率和低误差的模拟输入 用于复杂的pid控制任务，有快速转换时间的模拟输入 ex(i)区域的信号模块 0至10伏和0至20ma输入和输出的组合模块 profibus和工业以太网：实际上无限的通信网络的扩充。总线系统家庭中的第二个领先成员的结合，形成强有力的通信网络，其通信能力实际上是无限的。 -profibus 网络能力以12m位/秒的传输速率，最多与127个网络上的结点进行数据交换，借助于现代技术水

35、平的纤维光缆，这种网络可扩充至90km范围内而无任何问题。 -工业以太网能以10/100m位/秒的传输速率，最多与1024个网络上的节点进行通信。这种网络的范围最大是150km。 s7和s5之间的数据交换：无间隙的数据交换 - 二种经现场证明的控制系统s7和s5从不产生任何通信问题。这二代simatic经过profibus（fdl协议）和工业以太网（iso协议），利用s5和s7的通信服务进行数据交换。cp通信处理器保证不加重cpu的通信服务。最多可将8个通信处理器插入到s7-300内，每个通信处理器最大能建立16条链路。前端软件说明：plc的软件运行软件主要包括系统的监控程序，针对不同任务的控

36、制程序，监控程序是由plc自身提供，通过扫描的方式监控其它开展任务的运行。针对不同任务的控制程序与控制的对象有关，在我们的应用中主要的控制程序有：定时模块，它完成某个时间段的计时。应用于水泵运行时间的累计，两台水泵最小启动时间的判断，以及系统的实时时钟等。数据采集模块：主要完成对测量仪表的数据采集，将测量仪表输出的电流值转换成对应的数字量，采集模块一般要和定时模块配合以确定何时启动数据采集。数字滤波模块：因为工业现场的情况比较复杂，干扰较多比如水位，由于水流的扰动，连续两次采集的数据可能有几厘米的偏差，如果不加入数字滤波模块，就会在根据液位控制水泵启停时，造成频繁启动的现象。数字量采集与数字量

37、输出模块：这部分的功能比较简单，只是完成i/o点的读入和送出。逻辑判断和逻辑组合模块：plc最强大的功能是逻辑控制，此模块就是来完成此工作的。所谓逻辑判断就是根据输入的数字量的状态，测量仪表的输出数值的大小启动或停止水泵的运行，输出相关的指示状态。所谓逻辑组合就是将多个逻辑状态值按照“与”，“或”，“非”的操作形成一个输出逻辑值。pid调节模块：pid调节主要针对闭环控制，在我们的应用中主要用在根据氯的浓度调节加氯机的运行，或给出报警信号。根据水位的高低启动水泵启动台数，以及启动时间的轮换。通信模块：此模块主要完成plc与plc之间，plc与上位机之间的通信工作，它通过帧交换的方式来完成通信，

38、通信协议可以是自行定义，也可以直接采用plc支持的协议。报警模块：根据设定的值与系统运行得到的值进行比较，判断是否有过限情况发生，并给出报警状态。332 系统软件说明上位监控层选择工控计算机及其以太网作为监控平台，自行编写监控程序，通过图型化的界面和符合工艺流程的人机操作界面来监控控制系统的运行。为响应标书要求以及工期因素的考虑，监控和管理程序采用组态软件来编写。监控程序的结构示意图如下所示：a. 上位机系统软件：1. 采用国际上最先进的集成技术，污水处理厂设备的运行信息，汇集到中央控制平台上，通过对收集、分析和做出决策，对整个系统进行最优化控制，达到高效、经济、节能、协调的运行状态。2. 上

39、位机系统集成应在尽可能降低造价的同时，最大限度的发挥各个系统的功能。同时，我们将详细说明各个系统与系统集成平台联网运行所具的功能。应用国际上现有的先进成熟的系统集成技术。3. 中央系统集成应建立于符合国际标准的高速宽带局域网lan上，信息的共享应采用国际通用的标准网络传输协议tcp/ip，从而使各种系统均可实现集成。4. 系统集成实现后，应能通过远程网wan将集成的信息传送到其他地方，比如远程工作站上，在远程工作站上通过授权应能管理、监督和维护整个子系统的运行状况。5. 以实现以浏览器/服务器模式的网络和数据库集成方式。支持internet/intranet 和web产品，同时应结合plc的实

40、时性，建立web服务器页面与web动态数据库的应用，将plc实时的机电设备监视与控制平滑地过渡到准实时的intranet上来，以加强污水处理内外部信息的交流，减少通信费用，提高了污水处理厂通讯设备运行和管理的效率和质量，改进对客户服务的质量，提供了新的商业机会，改进了决策和全局事件处理的能力。6. 在管理层统一进行软件平台设计，使软件系统结构及用户界面统一化，即建立统一的软件操作平台，软件系统便于操作、维护和管理。构造的污水处理厂管理层软件平台应具有良好的开放性，用户可不仅仅依赖于某种网络产品和平台，而应具有与众多的软件产品兼容和跨平台软件的支持，并具有跨平台开发接口软件及开发软件（如odbc

41、，vb，java，jdbc等）的支持。7. 高度的安全：有对灾害和突发事件的防御能力，提供人身财产的高度安全、建立完善先进安全保卫系统,设计周密的安全保卫综合系统。设计采用多种技术防犯措施。b. 软件设计原则：1、 标准化: 本工程设计及其实施将按照国家和地方的有关标准进行，所选用的系统，设备，产品和软件将符合工业标准或主流模式。2、 先进性: 考虑到电子信息技术的迅速发展，物业信息集成管理系统设计在技术上将适度超前，所采用的设备产品和软件不仅成熟而且能代表当今世界的技术水平。3、 实用性: scada系统设计将以业主需求分析着手，并以得到业主认可的需求为目标来开展工作，保证满足目前存在的各种

42、需要。4、 合理性和经济性: 在保证先进性的同时，以提高工作效率，节省人力和各种资源为目标进行工程设计，充分考虑系统的实用和效益，争取获得最大的投资回报率。对污水处理厂实行集中控制与管理的模式。管理者目标是充分利用可使用的空间、尽量降低污水处理厂的运营成本（包括：设备、人员、能源）、同时更好地为顾客提供优质的、多样化的服务。为达到这样的目的在污水处理厂中建立网络化scada系统是十分必要的。5、 安全性和可靠性: 安全和可靠是对智能建筑的基本要求，是系统集成管理系统工程设计所追求的主要目标。在选择系统时，不能一味追求最先进，还要考虑它的成熟度。硬件设备与使用技术是很成熟的，可靠的。6、 模块化

43、和可扩充性:scada系统的总体结构将是结构化和模块化的，具有很好的兼容性和可扩充性，既可使不同厂商的设备产品综合在一个系统中，又可使系统能在日后得以方便地扩充，并扩展另外厂商的设备产品。7、 灵活性: 系统提供管理人员和用户灵活移动和变更设备的可能。c. 系统软件选择采用 sharing -scada系统软件，该系统是基于windowsnt操作系统，采用以太网结构，tcp/ip协议；运用构件对象模型(com)、软件构件重用(active x)和智能代理(agent)等先进技术，是一个典型的分布式客户机/服务器网络平台。系统中以tcp/ip协议或者通讯网关实现和各子系统的通讯连接，采集各类机电

44、设备的实时参数，然后通过实时对象服务程序把它们转变为一致的数据格式向网络上发布，通讯网关可以适应不同类型的接口和数据格式，也不会发生数据传送瓶颈；在用户工作站一端，运行个人服务代理程序，向各类对象服务程序发出服务请求，实现和完成各种各样的个人工作流程，例如对选定对象的监测、控制和管理。个人服务代理由许多不同功能的系统服务代理按需要组态、设置构成。系统提供许多称为“单元(cells)”的可重用软件构件，用于组织用户的个人图形操作界面和作为各种系统服务功能的基础材料。服务代理、单元(cells)和对象服务，这三个软件要素，提供了系统面向用户的个人操作界面的自定义功能。这种建立在底层代码基础上的重定

45、义所提供的优秀性能，是任何其它编程方式无法比及的。这套软件还创建了一种称为dcom的过程构件对象模型，大大加强了对实时数据的处理能力。正是这些最先进而又十分成熟的软件技术保证了弱电系统信息集成的很高需求。网络通讯协议：上层网络通讯采用tcp/ip协议，系统可以通过调制解调器和国际互联网(internet)连接，远程呼叫采用ppp方式，系统支持远程用户工作站。集中的监视、控制和管理功能 plc系统plc系统担负着对各种机电设备的检测与控制，保证所有设备的正常运行，并达到最佳状态。机电设备运行数据的检测、汇集、统计和分析scada通过通讯网管或虚拟应用服务器（vas），实时采集厂内各机电设备的检测

46、参数(包括温度、湿度、压力、流量、电压、电流、开关数据、工作正常/非正常状态等)，并用图文及表格方式描述设备的运行情况，多种静态或动态图标表示每一个监控点的情况。这些监控点包括： 系统设备监控，包括进水泵房、粗细格栅、生化池设备、回流泵、脱水机房等设备的运行过程监控。 重要设备的监控：提升泵、鼓风机、回流泵、出水泵、阀门和闸门的运行状态。 水的监测：水量、水流量、水位、水压、水温、水的浊度、水中cod、bot等其他参数。 系统中需要的各种监测仪表 系统集成集中控制的显示及系统管理软件 提供与环保系统的通讯与接口。此外，sharing-scada系统通过管理工作站可以进行设备履历数据的查询，并对

47、各类数据进行积累与总计，如泵机组、风机组、各种阀门、测量仪表、起停次数和配电柜电流、电压等参数进行积累与总计，以便更好地进行物业管理。设备运行故障报警显示当检测到设备运行发生异常时，集成管理系统的工作站上立即以多种形式，包括声音、颜色、闪烁等进行报警，并提示响应的处理建议。a) 运行状态的监视scada系统实时监视功能系统的硬件设备运行状态包括阀门、电机、水泵、变配电设备等，在工作站上显示运行状态信息和履历数据的查询。b) 报警显示当系统检测到装置动作异常，包括错误的操作情况，立即在工作站上显示报警信息。4、系统设备选型设计根据上述设计原则和标书中招标货物一览表的要求，污水处理自动控制系统的设

48、计，仪表系统的选型都采用了国内国际流行的监测设备。4.1 plc控制器plc控制器采用西门子simatic s7300系列产品，完全能够满足xx县污水处理厂的自控需要。具有循环周期短、处理速度高、指令集强大、模块化设计、免维护、可在恶劣条件下使用等显著特点，cpu带有一个集成的profibusdp接口，便于系统组网（具体数量见设备报价单）。4.2 进水机房plc控制站进水机房1#plc站的监测设备主要有超声波流量计、超声波液位计、ph/温度计等设备，本方案选用美国大湖公司产品，此类产品可以设计严密，性能稳定，对环境要求低，使用于污水环境测量。液位开关采用新飞特公司生产的浮球式液位开关，不锈钢全

49、封闭设计，适合污水环境。4.3 变配电室plc控制站本站设备采用美国大湖公司生产的溶氧仪、氧化还原电位计、污泥浓度计等设备，大湖国际 5500型溶氧传感器采用克拉克极谱测量腔三电极技术，提供了比常规两电极传感器更精确更稳定的测量。 4.4 脱水机房plc控制站本站污泥界面计本站设备采用美国大湖公司生产的7210mts污泥界面计，该仪器结构坚固；测量污泥液位准确可靠；另有可选功能：在澄清池和浓缩器中监测污泥液位和污泥界面，以控制液位与浓度。5、办公系统的组网设计根据xx县污水处理厂招标文件的要求，厂区设计闭路电视系统，监视生产过程。这样厂内就存在了两个控制系统，为了更好的降低建设成本，更好的利用

50、资源，为将来污水处理减少维护内容，有效节约劳动力，使污水处理厂的系统设计更符合科学组网要求。本设计方案考虑了自控系统与闭路电视系统的组网设计。 网络组成：tcp/ip协议使得internet网络快速发展的经验和以太网标准的许多进步，使一直为不同协议的兼容问题得到解决，而以太网以其廉价高速方便的特性被引入底层网络不仅使现场层、控制层和管理层在垂直面的集成获得方便，更能降低水平层面的集成成本。本方案水处理自动化采用由plc构成的低成本分布式网络控制系统，在组网方式上通过工业以太网总线进行通讯，在网络中使用1个以太网交换机作为中个网络的接点，构成整个网络。 光纤式网络交换机d-link des 12

51、26f：高性能的快速以太网交换机,提供了24个10/100mbps交换端口和2个1000mbps千兆以太网光纤端口。10/100mbps端口适用于小的网络,连接子网段以提供高性能，为网络内提高多媒体和图形应用性能。千兆端口提供服务器或主干网络的高带宽连接。802.1p支持将来更多的多媒体应用。主要特征: 24口10base-t/100base-tx端口(端口1是一个mdi/mdi-x上连端口)在前面板上。可选的千兆以太网模块:2端口1000base-sx(sc)模块；2端口1000base-t(copper)模块(即将推出)。10/100base-tx端口功能： 24个10base-t/100

52、base-tx快速以太网端口带一个上连(mdi-ii)端口(同端口1共用)；ieee802.310base-t和ieee802.3u100base-tx全部端口支持自适应全部端口支持全双工和半双工ieee802.3x在全双工下的流量控制在半双工模式下支持背压流量控制一个按钮可选择mdi-ii或mdi-x上连端口每8个10base-t/100base-tx端口2mbytes包缓冲区1000base-sx千兆以太网端口功能完全遵从ieee802.3z支持全双工操作ieee802.3x在全双工下的流量控制 网络系统平台起步阶段以windows 2000 nt为基础平台，发展阶段以unix平台解决方案win32平台的解决方案windows 2000nt