基于PLC的污水处理控制系统-进水控制系统的实现

基于PLC的污水处理控制系统——进水控制系统的实现摘要：在污水处理行业，西门子自动化技术得到了广泛的应用。本文针对某污水处理项目，设计出了一套基于西门子PLC技术的污水处理自动控制系统，使该污水处理系统中按照工艺要求完成自动控制。关键词：西门子；PLC；污水处理控制系统

目录前言 41污水处理的现状 41.1我国水资源的概况 41.2.污水处理的现状 51.3城市污水处理的发展趋势 61.4污水处理厂的控制系统介绍 61.4.1常见污水处理厂控制系统介绍 61.4.2污水处理厂控制系统发展趋势 72西门子PLC及其ProfiBus现场总线 72.1PLC 72.1.1PLC简介 72.1.2PLC分类 82.1.3PLC的特点及主要功能 82.2西门子PLC的特点 112.3西门子PLC与ProfiBus现场总线 123污水处理工艺流程 124.污水处理厂自控系统设计 134.1污水处理厂自控系统设计概述 134.2污水处理厂ProfiBus现场总线网络设计 144.3设计选型 154.3.11#1/0站选型 154.3.22#1/0站选型 194.3.33#1/0站选型 214.4PLC的程序梯形图 24参考文献 26前言随着经济的飞速发展和世界人口数量的持续增加，对水的需要量也在不断增大，但是地球上可用的水资源却在逐渐萎缩，特别是在城市周边，可以开发利用的淡水资源由于污染的原因正急剧减少。为了应对水体污染，最近几年越来越多的城市污水处理厂、城市垃圾无害化处理厂正在如火如荼的建设、投运。为了提高污水处理效率和降低运行成本，将自动控制新技术引入污水处理厂，提高其自动化水平是非常关键的。应用现场总线技术、PLC、控制仪表、执行装置、上位机监控设备等可以组成一个高效、实时、可靠的网络化全集成自动化系统。由于现场总线多项先进性，注定了这套系统有较好的维护性和实施性。将其应用于污水处理厂的自动控制系统，将带来良好的社会效益和可观的经济效益。1污水处理的现状1.1我国水资源的概况水资源是指可以直接被人类利用、能不断更新的天然淡水，主要是陆地上的地表水和地下水的浅层部分。全球水的总储量是比较巨大的，约为1.386Xk,但是可供人类使用的淡水资源只占到2.5%，其中绝大多数分布在高原冰川、两极冰盖、冰冻地带以及750m以下的地层深处，方便取用的河水、湖水以及浅层地下水只占全球总储量的0.26%。在全球淡水资源的分布也是非常不均衡的，65%以上的淡水集中分布在9〜10个国家，如美国、哥伦比亚和加拿大等。占世界人口总数量的40%以上的80多个国家为水资源缺乏国家，有近30个国家为严重缺水国家。水资源的短缺已经成为世界性的问题，我国也同样面临水资源短缺的现实。中国虽然总体上水资源有2.8X，但是人均只有2300，是世界人均占有量的1/4,接近国际公认的缺水警戒线，且分布极为不均，开发利用有相当难度，致使许多地区严重缺水，尤其是三北地区和沿海城市连年闹“水荒”。我国的城市缺水现象更为严重，在300多个大中城市中180个城市缺水，其中50多个城市严重缺水。以北京为例，全市水资源人均占有量仅为全国平均水平的1/6,而年用水量已达4.2X,每年缺水约108。另外，在时间分布上，我国的水资源也存在不均衡，总的来说是冬春节干旱少雨，夏秋多雨。有时还连续出现干旱枯水年和丰水年现象。水资源的分布不均和日益严重的水资源短缺不但严重困扰国民生产，而且成为制约我国经济发展的主要因素。我国不仅缺水，而且水资源的现状令人担忧。在我国经济快速增长，工业化和城市化进程日益加快的同时，由于基础设施建设的投资有限和管理不善，加之认识所限，江河湖泊及近海海域普遍受到不同程度的污染，尽管部分流域地区的污染得到了有效控制，但是总体来说仍呈连年加重的趋势。水资源的短缺与粗放低效利用的状态并存，水资源及其安全性已经成为中国社会经济发展的瓶颈，是国家安全的重要支持因素之一。1.2.污水处理的现状我国的污水处理开始于上世纪七十年代。那时已经开始利用废弃的河道、沼泽以及城市周边洼地构筑成稳定塘，对生活污水和工业废水进行简单的处理。据当时的文献资料介绍，这样的稳定塘共计38座，日处理生活污水173万吨。八十年代，国家政策开始向环保倾斜，推动了一大批城市污水处理设施的兴建，我国第一座大型的城市污水处理厂--日处理26万吨的天津纪庄子污水处理厂也于1984年4月投入运行。“八五”期间，随着城市环境综合治理的深化以及各流域水污染治理力度的加大，城市污水处理设施的建设经历了一个发展高潮时期。“九五”期间，我同正式启动对“河”（淮河、海河和辽河)、“湖”（太湖、巢湖、滇池)流域和“环渤海”地区的水污染治理，国家给予相应资金和技术上的支持。据统计，到2000年底，全同已建设城市污水处理厂427座，其中二级处理厂282座，二级处理率约为15%。由此可见，我国的污水处理现状并不理想，城市污水处理率还很低。2002年之后，国家大力扶持污水处理厂的建设，特别是山西、河北、河南、陕西等中西部地区，每年都有数十座污水处理厂开工建设。拿陕西省为例，截至2009年底，绝大多数县级以上城市都拥有了正常运行的污水处理厂，有的城市还建成了中水厂并已投运。1.3城市污水处理的发展趋势我国是一个发展中国家，经济发展水平相对落后.而面对我国日益严重的环境污染，国家正加大力度来进行污水的治理。而解决城市污水污染的根本措施是建设以生物处理为主体工艺的二级城市污水处理厂，但是，建设大批的二级城市污水处理厂需要大量的投资和高额运行费，这对我国来说是一个沉重的负担。目前我国的污水处理厂建设工作，则因为资金的缺乏很难开展，部分已建成的污水处理厂由于运行费用高昂或者缺乏专业的运行管理人员等原因而一直不能正常运行，因此我国的城市污水处理发展趋势应该围绕以下两个方面：第一，未来的城市污水处理必须是高自动化、高可靠性的。现代污水处理厂采用计算机控制日益普遍。应用计算机控制技术可以实现污水处理工艺的半自动、全自动监控，提高污水处理厂的技术管理水平，合理使用和配置处理设施，具有非常现实的意义。第二，未来的城市污水处理必须满足“三低一高”条件：即基建投资低、运行成本低、管理要求低、处理效率高。大力发展小城镇是我国城市化过程的必由之路。是具有中国特色的城市化道路的战略性选择。而对于小城镇的污水处理又面临一系列的问题：小城镇污水的特点不同于大城市，小城镇资金短缺；运行管理人员缺乏；技术力量薄弱等。因此，小城镇的污水处理厂应该是基建投资低、运行成本低、运行管理相对容易，处理效率高的工艺。对高效率、低投入、低运行成本、成熟可靠的污水处理工艺的研究是今后的一个重点研究方向。1.4污水处理厂的控制系统介绍1.4.1常见污水处理厂控制系统介绍上世纪九十年代之前，国内的污水处理厂一般采用手动控制或者小范围的计算机自动控制。九十年代中期，随着计算机技术的突飞猛进，污水处理厂的自动化程度也在不断的提高，PLC、工控机等也逐渐在新建污水处理厂普及开来。特别是最近几年，新建成的污水处理厂一半以上采用了计算机自动控制技术。然而，由于资金不足、技术力量薄弱等原因，还有很多中小型污水处理厂的自动控制水平还很低，导致系统运行效果不够稳定。1.4.2污水处理厂控制系统发展趋势随着自动化水平的不断提高及其在社会各个方面的应用越来越广泛，自动化系统在污水处理这一方面也发挥了其强大的优势。本文论述了城市污水处理厂自动化系统的结构形式，以及网络化数据监控系统在处理厂自动化监控的基础上，实现处理厂全自动化控制管理。未来的污水处理厂控制系统，应是一个低运行维护成本、高集成化、高度自动化的系统。是采用“集中管理，分散控制”模式建立的经济、可靠的现场检测、过程控制和计算机管理一体化的系统。利用网络实现信息资源的共享，达到“现场无人值守，中控一人值班”的目标，甚至于通过现有的有线/无线网络，实现远程控制。污水处理自动控制系统不仅要具有良好的安全性、可靠性和稳定性等基本特点，还应该具有系统操作与维护的方便性，并能在传统的自动化控制系统的基础上，加入以优化处理效果和节省运行费用为目标的优化控制。2西门子PLC及其ProfiBus现场总线2.1PLC2.1.1PLC简介PLC英文全名是Programmablelogiccontroller，即可编程逻辑控制器，指一种面向生产过程控制的数字电子装置，包括逻辑运算、顺序控制、时序、计数以及算术运算等程序。它用一串指令形式存放在存储器中，然后根据存储的控制内容，经过模拟、数字等输入输出部件，对生产设备与生产过程进行控制。它具有控制能力强、操作方便灵活、价格便宜、可靠性高等持点。它不仅可以取代传统的继电器控制系统，还可方便的构成复杂的工业过程控制网络，是一种适应现代工业发展的新型控制器。一套典型的PLC通常包括CPU模块、电源模块和一些I/O模块，这些模块安装在一块背板上。有些配置还可能包括一个操作员面板、通信模块以及一些可选的特殊功能模块。可编程逻辑控制器不仅容易安装，占用空间小，能源消耗小，大多带有诊断指示器可以帮助故障诊断，而且可以被重复使用到其他的项目中去。现在，尽管PLC的功能、数据处理能力己经获得了很大的提高，但PLC—直保持了最初设计的原则，那就是简单至上的原则。2.1.2PLC分类（1）按照I/O点数分类PLC的输入、输出点数表明PLC可以从外部接收多少个输入量和向外部输出多少个输出量。I/O点数（总数)在256点以下的称为小型机，一般只有逻辑运算、定时、计数、移位等功能，适用于开关量的控制和简单的模拟控制。I/O点数在256点至1024点之间的，称为中型机，它除了具备逻辑运算功能，还增加了多路模拟量处理、算术运算、数据传送、数据通讯等功能，可完成既有开关量、又有模拟量的复杂控制。I/O点数在1024点以上的称为大型机，其功能更加完善，具有数据处理、模拟调节、联网通讯、监视、记录、打印等功能，可以进行中断控制、智能控制、远程控制等，可用于大规模的过程控制，构成分布式控制系统或整个工厂的集散系统。（2）根据结构形状分类从结构和形状上看，PLC可分为整体式和模块式两种。一般的小型机多为整体式结构。这种结构的PLC，其电源、CPU、I/O部件等都集中配置在一起，有的甚至全部装在一块印刷电路扳上，结构紧凑、体积小、重量轻、价格低、容易装配在工业控制设备的内部，比较适合于生产设备的单机控制。整体式PLC的缺点是主机的I/O点数固定，使用不够灵活，维修也不方便。模块式结构的PLC各部分以单独的模块分开设置，如电源模块、CPU模块、输入模块、输出模块等。这种PLC通常由机架底板联结各模块(也有的PLC为串行联接，没有底板)，底板上有若干插座，使用时，各种模块直接插入机架底板即可。这种结构的PLC配置灵活、装配方便、易于扩展，可根据控制要求灵活配置各种模块，构成功能不同的各种控制系统。一般大中型PLC均采用这种结构。模块式PLC的缺点是结构较复杂，各种插件比较多，造价也比较高。2.1.3PLC的特点及主要功能2.1.3.1PLC的特点虽然PLC的种类不同，规模不同，生产厂家也不一致，但是它们却有很多共同的特点：(1)程序编制简单PLC—般采用易于理解和掌握的梯形图语言及面向工业控制的简单指令编制程序，非常形象直观。对于小型PLC而言，几乎不需要任何专门的计算机知识，只需要拥有简单的电路或者逻辑知识即可，特别适合现场工程技术人员使用。(2)控制系统构成简单、通用性强虽然PLC种类繁多，但由于其产品的系列化和模块化，且软件包齐全，用户可灵活组成各种规模和要求不同的控制系统。用户在硬件设计方面，只需确定PLC的硬件配置和I/O的外部接线，不需要诸如继电器之类的固体电子器件和大量繁杂的硬接线电路。当控制要求改变，需要变更控制系统的功能时，只要改变存贮器中的控制程序即可。PLC的输入、输出可直接与交流220V、直流24V等相连，并有较强的负载能力。(3)抗干扰能力强、可靠性高PLC是专为工业控制设计的，能适应工业现场的恶劣环境。在PLC的设计和制造过程中，采取了多层次抗干扰及精选元器件等措施，使PLC的平均无故障时间通常在20000小时以上，这是一般的其它电气设备做不到的。绝大多数用户都将可靠性作为选取控制装置的首要条件。因此PLC在硬件和软件方面均采取了一系列的抗干扰措施。在硬件方面，PLC采取的抗干扰措施主要是隔离和滤波技术。PLC的输入和输出电路一般都用光电稱合器传递信号，使CPU与外部电路完全切断电的联系，有效地抑制外部干扰源对PLC的影响。在PLC的电源电路和I/O接口中，还设置了多种滤波电路，以抑制高频干扰信号。在软件方面，PLC设置了故障检测及自诊断程序，用来检测系统硬件是否正常。(4)易于操作及维护PLC的控制程序可通过其专用的编程器输入到PLC的用户程序存贮器中。编程器不仅能对PLC控制程序进行写入、读出、检测、修改等操作，还能对PLC的工作状态进行监控，使得PLC的操作及维护都很方便。PLC还具有很强的自诊断能力，能随时检查出自身的故障，并显示给操作人员，使操作人员能迅速检查、判断故障原因。由于PLC的故障率很低，并且有完善的诊断和显示能力，当PLC或外部的输入装置及执行机构发生故障时，如果是PLC本身的原因，在维修时只需要更换相应的插入式模块及其它易损件即可，既简单又方便。(5)设计、施工、调试周期短用PLC完成一项控制工程时，由于其硬、软件齐全，设计和施工可同时进行，由于用软件编程取代了继电器硬接线，实现控制功能，使得控制柜的设计及安装接线工作大为减少，缩短了施工周期。同时，由于用户程序大都可以在实验室模.拟调试，调好后再将PLC控制系统在生产现场进行联机调试，使得调试方便、快速、安全，因此大大缩短了设计和投运周期。2.1.3．2PLC的主要功能PLC是采用微电子技术来完成顺序控制功能的自动化设备，可以在现场的输入信号作用下，按照预先输入的程序，控制现场的执行机构按照一定规律进行动作，其主要功能如下：(1)开关量控制(2)限时控制(3)计数控制(4)步进控制(5)数据处理(6)模拟量处理(7)通讯及联网2.1.3.3PLC的编程语言PLC与微机一样，是以指令程序的形式进行工作的，各种型号的PLC—般均以梯形图语言为主，同时也兼顾一些其它形式的编程语言。1.梯形图梯形图是一种图形编程语言，是面向控制过程的一种“自然语言”，它延用传统继电器的触点、线圈、串并联等术语和图形符号，同时也增加了一些继电器控制系统中没有的特殊符号，以便扩充PLC的控制功能。梯形图语言比较形象、直观，对于熟悉继电器表达方式的电气技术人员来说，不需要学习更深的计算机知识，极易被接受:，因此在PLC编程语g中应用最多。2.指令语句表指令语句就是用助记符来表达PLC的各种控制功能，一般与梯形图形式一一对应。它类似于计算机的汇编语言，但比汇编语言通俗易懂，因此也是应用很广泛的一种编程语言。指令语句通常由地址、操作码和操作数(器件编号)三部分组成。这种编程语言可使用简易编程器编程，编程设备简单、逻辑紧凑，连接范围不受限制，但比较抽象，一般与梯形图语言配合使用，互为补充。目前，大多数PLC都支持指令语句编程。3.逻辑功能图这种编程语言基本上沿用了半导体逻辑电路的逻辑方块图形式。对于每一种功能都使用一个运算方块，其运算功能由方块内的符号确定。常用“与”、一或”、“非”等逻辑功能表达控制逻辑。与功能方块有关的指令均画在方块的左边，输出画在方块的右边。采用这种编程语言对于熟悉逻辑电路和具有逻辑代数基础的技术人员来说，是非常方便的。4.流程图流程图编程方式采用画工艺流程图的方法编程，只要在每一个工艺方框的输入和输出端标上特定的符号即可。对于在工厂中搞工艺的人来说，用这种方法编程，不需要很多的电气知识，非常简单。5.高级语言部分PLC支持高级语言编程，类似与C或者Pascal语言，这对于那些有着丰富的高级语言编程经历的开发人员非常的方便。2.2西门子PLC的特点德国的西门子公司在过程自动化领域有极高的知名度，PLC及其相关设备的产销量都很高。据估算，在2007年该公司的PLC相关产品在国内销量约占同类产品的一半以上。西门子的PLC除了具有上述的五个特点之外，还具有如下的特点：1.产品丰富，涉及面宽首先，西门子公司拥有不同的产品系列，可以适用于不同规模的应用：简单的Logo,可以算得上是最简单的PLC产品，或者说是界定与传统的继电器与PLC之间的一类，既具有继电器简单易用的特点，又具有PLC集成度高、功能强、方便快捷的优势；S7-200系列PLC，是一种小型PLC，适用于对性能要求不高的场合；S3-300系列，是模块式中小型PLC，在一个系统中最多可扩展32个不同的应用模块，可以满足绝大多数的应用场合，甚至能完成软冗余：S7-400是大型的PLC，可以挂接300多个模块，H系列和HF可以完成硬件冗余，具有极高的处理速度和卓越的通讯性能，可以应用与一些特殊要求的领域。其次，西门子公司同样的产品系列还有不同应用条件的产品，可以满足扩展温度范围、防爆、高粉尘、高有毒有害和腐蚀性气体污染等多种不同的应用场合。另外，西门子公司不仅有，传统的PLC，还有多个系列的PLC扩展产品：S7系列是传统意义上的PLC，除此之外的M7-300/400系列，采用与S7-300/400相同的结构，它可以作为CPU或功能模块使用，具有AT兼容计算机的功能，可以用C，C++或CFC等语言来编程；C7系列由S7-300PLC，HMI(人机接口）操作面板、I/O、通信和过程监控系统组成，应用于集成化要求较高的场合；最后是WinAC,它基于Windows和标准的接口（ActiveX，0PC)，提供软件PLC或插槽PLC。2.高度的集成化西门子PLC的高度集成化，不仅表现在I/O的集成，还表现在网络模块的集成和功能的集成方面：上面讲到的C7系列便是功能集成的例子，网络模块的集成更是常见，如非常常用的315-2DP、317-2DP。2.3西门子PLC与ProfiBus现场总线从ProfiBus现场总线的起源得知，西门子公司是ProfiBus主要的发起人，那么当ProfiBus成为德国国家标准、欧洲标准之后，我认为西门子公司作为主要的PLC生产大厂，一定会推出与之相结合的PLC产品。实践证明后来的6ES7315-2AF03-0AB0，6ES7315-2AG00-0AB0和6ES7315-2AJ00-0AB0，都是非常经典的产品。ProfiBus现场总线发展到今天，西门子相关的产品更是层出不穷，除了多款紧凑型的SIMATICPLC，还有SIMATICWinAC控制器、支持主站功能的通讯处理器、IE/PB链路模块、ET200S/ET200X的主站模块、ET200系列分布式I/O、总线部件、总线连接器、中继器、耦合器、链路、网络转接器一串行通信、以太网、AS_i等。所以我认为，要选择ProfiBus,—定要选择Siemens的PLC。3污水处理工艺流程污水处理就是利用各种不同的方法，将污水中所含的污染物质分离或者将其转化为无害物质，从而使污水得到净化的过程。污水处理是系统工程的组合，一般是遵循先易后难、先简后繁的规律。即首先去除大块的杂物，然后再依次去除悬浮固体、胶体物质和溶解物质。先采用物理方法，然后再使用化学方法和生物法。典型的一、二、三级处理工艺流程图见图3.1、图3.2和图3.3:图3.1—级处理工艺流程图图3.2二级处理工艺流程图图3.3三级处理工艺流程图在一般的城市污水的三级处理体制中，一级是预处理，二级是主体，三级是精制。在各种处理方法中，目前生物处理方法仍是整个城市污水处理的主流。这是因为，从整个城市污水处理的发展来看，一级处理技术最老，已经相对定型，三级处理虽然处于发展阶段，但是所用的技术费用较高，只有生物法这一部分，近百年来始终发展变化不止，至今仍方兴未艾。4.污水处理厂自控系统设计4.1污水处理厂自控系统设计概述本系统分为现场控制层、集中控制层和远程监控层。现场控制层包括工艺设备的现场控制箱、按扭箱，仪表设备的探头、传感器和变送器，一体执行设备等。现场控制层直接面向工艺设备和生产过程，是是最底层、优先级最高的控制层。现场控制层负责采集工艺设备的运行状态，仪表的检测信号一级执行器的状态，并传送给集中控制层，然后接收集中控制层的指令，对现场设备和执行装置进行控制。4.2污水处理厂ProfiBus现场总线网络设计在上世纪七十年代出现的以太网，主要应用于办公自动化(0A)领域。从实时控制角度来讲，以太网有许多缺点，其中最主要的是以太网采用的CSMA/CD协议是一种非确定性(Non-Determinism)的通讯方式，网络上的站点一起争抢总线控制权发送信息，这样就无法保证一串重要信息，在确定的时间内能送达到指定设备。但由于其技术完全公开，很快地被大家所接受，通过不断改进、提升，并进行应用优化，市场占有率越来越大，而成本也越来越低，成为主流。工业以太网遵循的IEEE802.3国际标准，是一种开放式的、多供应商、高性能区域和单元级网络。以太网中可以采用三同轴网络、双绞线网络和光纤网络。当采用双绞线网络时，网络最大可扩展1400米，两个网络节点间的最大距离为100米。ProfiBus(德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN50170)在较大范围内己经取得了用户和制造商的认可。由于ProfiBus-DP的开放性，它能连接不同制造厂商的标准部件。EN50170标准保证投资在现在和将来都能得到保护。在世界范围内，已有多于500家制造厂商能够提供种类繁多的带ProfiBus-DP接口的现场设备。总线上最多可挂接127个站点，传输速率为9.6kbps-12Mbps，其最大传输距离在12Mbps时为100m，1.5Mbps时为400m，可用中继器延长至10km。传输介质可以是双绞线、光缆，可实现总线供电与本质安全防爆。MPI、工业以太网和ProfiBUS现场总线网络的性能价格比见图4.1。从图中可以看出，现阶段控制系统网络选择ProfiBus现场总线网络，能够达到较高的性能价格比。而且采用以太网作为主干网后，非常容易使整个系统与企业内部局域网IntraNET和广域网（如InterNet)相连，从而可以实现管控一体化。MPI、ProfiBUS和工业以太网的性价比经过综合比较，又根据污水处理厂实际应用需要，选用“现场总线+工业以太网”的方案更为合理。主干网为工业以太网，传输介质为多模四芯光缆，传输距离约为400m，传输速度10/100M。支网采用ProfiBus现场总线，传输介质为SIEMENS的ProfiBus-DP专用电缆，传输速度L5Mbps。4.3设计选型4.3.11#1/0站选型1#1/〇站负责进水预处理部分设备的信号采集和过程控制，受控设备和输入输出点描述见表4.1:表4.11W/0站I/O点描述表设备名称控制点信号描述AIA0DID01#粗格栅前闸门闸门开启/关闭指令2闸门开/关到位反馈2闸门故障反馈1闸门开启/关闭反馈2闸门控制状态反馈11#粗格栅后闸门同1#粗格栅前闸门622#粗格栅前闸门同1#粗格栅前闸门622#粗格栅后闸门同1#粗格栅前闸门621#粗格栅1#粗格栅运行指令11#粗格栅故障反馈11#粗格栅手动自动状态反馈11#粗格栅运行反馈12#粗格栅同1#粗格栅31粗格栅输送压榨器输送器运行指令1输送器故障反馈1输送器手动自动状态反馈1输送器运行反馈11#细格栅1#细格栅运行指令11#细格栅故障反馈11#细格栅手动自动状态反馈11#细格栅运行反馈12#细格栅同1#细格栅31细格栅输送器同粗格栅输送压榨器311#进水提升泵1#进水泵运行指令11#进水泵故障反馈11#进水泵手动自动状态反馈11#进水泵运行反馈12#进水提升泵同1#进水提升泵313#进水提升泵同1#进水提升泵311#旋流除砂器1#旋流除砂器运行指令11#旋流除砂器故障反馈11#旋流除砂器手自动状态反馈11#旋流除砂器运行反馈1加旋流除砂器同1#旋流除砂器311#吸砂泵1#吸砂泵运行指令11#吸砂泵故障反馈11#吸砂泵手A动状态反馈11#吸砂泵运行反馈12#吸砂泵同1#吸砂泵31砂水分离器砂水分离器运行指令1砂水分离器故障反馈1砂水分离器手自动状态反馈1砂水分离器运行反馈1阶段出水闸门闸门开启/关闭指令2闸门开/关到位反馈2闸门故障反馈1闸门开启/关闭反馈2闸门控制状态反馈1超声波液位差计1#粗格栅前后液位差1超声波液位差计2#粗格栅前后液位差1超声波液位差计3#粗格栅前后液位差1浮球液位开关污水提升泵最低液位(浮球）1PH/T传感变送器进水PH(酸度）1PH/T传感变送器进水温度1污泥浓度计进水浊度1超升明渠流量计进水流量1合计87324设备实际需求AI(模拟量输入）为8通道，DI(数字量输入）为73通道，D(J(数字量输出）为24通道，考虑约20%的备用通道后，结合实际的模板型号，选择AI模板2块，DI模板3块，DO模板2块。总计模板数量为7块，满足机架对模板第四章基于ProfiBus的污水处理厂自控系统设计数<8的要求，详见表4.2：表4.21#1/0站设备选型设备名称设备型号数量简单描述模拟输入6ES7331-7KF02-0AB02AI模板，每块内建8通道数字输入6ES7321-1BL00-0AA03DI模板，每块内建32通道数字输出6ES7322-1BH00-0AA02D0模板，每块内建16通道电源模板6ES7307-1BA00-0AA01西门子PLC电源模板，10A24V远程I/O接头6ES7153-1AA03-0XB01西门子分布1/0，ET200M热插拔底板6ES7195-7HA00-0XA01安装ET200M的热插拔底板热插拔底板6ES7195-7HA00-0XA04安装I/O模板的热插拔底板20针前连接器6ES7392-1AJ00-0AA02用于D0模板的接线装置40针前连接器6ES7392-1AM00-0AA05用于AI和DI模板的接线装置在此要特殊说明的是，数字输出模板有内建32通道的6ES7322-1BL00—OAAO和内建16通道的6ES7322-1BH00-0AA0，在此处选择了内建16通道的6ES7322-1BH00—OAAO原因是因为内建32通道的6ES7322-1BL00-0AA0当全部通道接通时的发热量较大，不太适应现场的工艺条件，而现场的机架上的模板槽还有空位。提升泵房水泵主要用来将粗格栅渠流出的污水提升到细格栅渠。在提升泵房，需要测量和控制的是三台提升泵的运行状态以及它们的启停。提升泵控制原理三台提升泵通过切换开关既可手动控制也可自动控制，自动控制过程大体如下：首先通过上位机设定每一台提升泵的启动液位，一般情况下，若液位比较低就只启用一台提升泵，即可使水位维持在中水位，当水位上涨到第二台设定启动液位时则再启用第二台提升泵，若此时水位仍然继续上涨，超过第三台设定的启动液位则启用第三台提升泵。还可以设定高/低液位报警，当液位超低或超高时都会报警。图4.2提升泵控制原理图为检测提升泵水位，在提升泵房前安装超声波液位计，它的检测水位范围是0〜10米，输出4〜20mA模拟电流信号，送入PLC经过进一步处理运算后通过以太网传输到中控室并在上位机上监视。超声波液位计采用时间行程原理，由传感器向物体表面发射超声波，物体反射回波并能被传感器接收，液位计算出脉冲传送与接收时间T，再用声速C计算出探头到液位表面的距离，公式为：D二C.T/2。根据用户输入的水池深度E得到液位L二E—D。除此之外，还装有H2S和COD检测仪，用于检测进水H2S和COD值。4.3.22#1/0站选型2#1/0站负责水处理核心部分一氧化沟设备的信号采集和过程控制，受控设备和输入输出点描述见表4.3:表4.32W/0站I/O点描述表设备名称控制点信号描述AIA0DID01#沟1#转碟转碟运行指令给定1转碟手自动状态反馈11#沟2#转碟同1#沟1#转碟311財勾3#转碟同1#沟1#转碟311財勾4#转碟同1#沟1#转碟311財勾5#转碟同1#沟1#转碟311財勾6#转碟同1#沟1#转碟311財勾7#转碟同1#沟1#转碟311財勾8#转碟同1#沟1#转碟312#沟1#转碟同1#沟1#转碟312#沟2#转碟同1#沟1#转碟312#沟3#转碟同1#沟1#转碟312#沟4#转碟同1#沟1#转碟312#沟5#转碟同1#沟1#转碟312#沟6#转碟同1#沟1#转碟312#沟7#转碟同1#沟1#转碟312#沟8#转碟同1#沟1#转碟31ms1#氧化沟污泥浓度信号反馈12#SS2#氧化沟污泥浓度信号反馈11#0RP1#氧化沟0RP信号反馈12#0RP2#氧化沟0RP信号反馈11#T1#氧化沟温度信号反馈12#T2#氧化沟温度信号反馈1溶解氧1#氧化沟溶解氧浓度反馈112#溶解氧1#氧化沟溶解氧浓度反馈213#溶解氧2#氧化沟溶解氧浓度反馈114#溶解氧2#氧化沟溶解氧浓度反馈21合计104816设备实际需求AI为10通道，D1为48通道，DO为24通道，考虑约20%的备用通道后，结合实际的模板型号，选择AI模板2块，DI模板2块，D0模板2块。总计模板数量为6块，满足机架对模板数<8的要求，详见表4.4:表4.42W/0站设备选型设备名称设备型号数量简单描述模拟输入6ES7331-7KF02-0AB02AI模板，每块内建8通道数字输入6ES7321-1BL00-0AA02DI模板，每块内建32通道数字输出6ES7322-1BH00-0AA02D0模板，每块内建16通道电源模板6ES7307-1BA00-0AA01西门子PLC电源模板，10A24V远程I/O接头6ES7153-1AA03-0XB01西门子分布1/0，ET200M热插拔底板6ES7195-7HA00-0XA01安装ET200M的热插拔底板热插拔底板6ES7195-7HA00-0XA03安装I/O模板的热插拔底板20针前连接器6ES7392-1AJ00-0AA02用于D0模板的接线装置40针前连接器6ES7392-1AM00-0AA04用于AI和DI模板的接线装置4.3.33#1/0站选型3#1/0站负责二沉池、污泥回流泵、加氯等设备的信号采集和过程控制，受控设备和输入输出点描述见表4.5:表4.533#1/0站I/O点描述表设备名称控制点信号描述AIA0DID01#超声波液位计1#二沉池液位反馈12#超声波液位计2#—沉池液位反馈13#超声波液位计贮泥池液位信号1C0D在线监测仪接触池C01)浓度信号11#回流污泥流量1#2#回流污泥泵流量12#回流污泥流量3#4#回流污泥泵流量11#回流污泥泵水泵运行指令1水泵故障反馈1水泵手动自动状态反馈1水泵运行反馈1加回流污泥泵同1#回流污泥泵313#回流污泥泵同1#回流污泥泵314#回流污泥泵同1#回流污泥泵311#剩余污泥泵同1#回流污泥泵312#剩余污泥泵同1#回流污泥泵311#回流污泥闸门闸门开启指令1闸门关闭指令1闸门开到位反馈1闸门关到位反馈1闸门故障反馈1闸门开启反馈1闸门关闭反馈1闸门控制状态反馈12#回流污泥闸门同1#回流污泥闸门621#二沉池配水堰同1#回流污泥闸门622#二沉池配水堰同1#回流污泥闸门621#二沉池吸泥机设备运行指令1设备故障反馈1设备手动自动状态反馈1设备运行状态反馈12#二沉池吸泥机同1#二沉池吸泥机31加氯间设备卸酸泵运行指令1反冲洗泵运行指令11#加药泵运行指令1加加药泵运行指令1系统手自动状态反馈1系统保护状态反馈1卸酸泵运行反馈1反冲洗泵运行反馈11#加药泵运行反馈1加加药泵运行反馈1卸酸泵故障反馈1反冲洗泵故障反馈11#加药泵故障反馈12#加药泵故障反馈1合计65820（4）PIC主站选型PLC主站位于变配电间，负责读取和写入从站数据，并和远程监控层通讯。根据厂区的处理规模和控制要求，选择德国西门子中型PLC产品S7-300系列。由于用PLC做主站，挂接ProfiBus-DP从站，尽可能选择集成DP接口的产品，所以选择了315-2AG10的紧凑型CPU，该型PLC的CUP数字处理能力强，带有内部集成的ProfiBus-DP接口，其特点是组态灵活、速度快、操作简洁。由于要连接S7-300和工业以太网，通讯模板选择了西门子的CP343-1，该模块有其自身的处理器，符合国际标准的1至4层协议并以多重协议方式实现PG/0P通讯、S7路由、S5兼容通讯(发送/接收）。由于部分开关柜的仪表设备要求RS485通讯，故又为其专门配备了一