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摘要：传统的生产控制主要采用常规仪表加继电保护联锁控制，在现场设置电气柜、仪表柜及操作台，通过复杂的电气连线实现单机控制及顺序启停，使得硬件数量和投资大量增加。安装与维护不便，影响了生产效率。由于PLC的应用，使得水处理行业的自动化程度得到提高，SIEMENS 公司的 S7 － 300 系列 PLC 主要应用于大、中型规模自动化领域中。
关键词：PLC、污水厂、自动化
一、前言
本文介绍了 SIEMENS S7-300 在水处理行业中的应用，以及 PLC 系统的网络结构及主要控制功能的实现方法。
二、系统简介
某污水处理厂设计一期规模为处理水量40万吨/日，为目前华中地区最大的污水处理厂。工艺系统采用改良的 A/O工艺。分为预处理、生化池、鼓风机、污泥脱水及回用水五大系统。控制系统选用SIEMENS 公司的 S7-300 PLC ，各系统之间的通讯采用以太网， 子系统内部的通讯采用PROFIBUS-DP。在中控室设四台上位机CRT 操作站， 监控软件采用CITECT 6.0，通过工业级以太网与PLC 通讯。
三、网络结构
以太网：
由于本系统工艺的特殊性，各系统都由自己的独立的CPU控制，网络结构相对较复杂。各系统通过以太网通讯模块CP343（S7-300）连接至以太网。
系统网络结构图如下。
图1 PLC 网络配置图.png)
四、水处理自动化解决方案
粗格栅间：安装4台格栅除污机，格栅除污机按时间和格栅前后液位差控制运行，间隔时间为半小时，或者液位差达到0.15米格栅开始运行3分钟。与格栅除污机配套的皮带运输机及栅渣压榨机与粗格栅同时运行，延时1分钟关闭。
进水泵房：安装6台污水泵，开泵水位为15.2m(泵房底部高程11.7m)水位每递增0.3m再增开一台泵（第一台泵优先开停机时间最长的变频泵），在6 台泵机全开的情况下，水位降低至15.9m 时停开第一台泵，水位每再降0.15m 再多停一台泵。（最后停一台泵优先选择运行时间最短的变频泵）与水泵配套的进出水闸门与之同时开停。
细格栅间：安装4台格栅除污机，控制方式同粗格栅，与格栅除污机配套的螺旋输送器与细格栅同时运行，延时1分钟关闭。
曝气沉砂池：安装 2套移动式吸砂机及4套撇渣机，每套移动式吸砂机设置吸砂泵2台，按每隔一小时运行10分钟控制运行，与之配套的砂水分离器同时运行，延时2分钟关闭。撇渣机按每隔一小时运行一次进行控制。
初沉池：共 4座，每座安装刮泥机一套，雨天或者进水负荷较大时运行，可以手动控制。
初沉池污泥泵坑：2座，每座设2台排泥泵，一用一备，按照每小时运行15分钟控制运行。优先启动停机时间较长的泵。与之配套的出泥管上的闸门与泵同时开停。
生物池：共 4座，分2组布置，每座安装潜水搅拌器7台，正常状况下全天运行。
内回流泵房：共 4 座，每座安装回流泵3 台，根据生物池污泥浓度进行控制回流泵的开启台数，最少运行一台，污泥浓度在 3000~3500mg/L 时开启 2 台，污泥浓度低于3000mg/L3 台全开。优先开停机时间最长的泵，优先停运行时间最长的泵。
外回流泵房：共 2 座，每座安装回流泵4 台及剩余污泥泵2台，根据生物池污泥浓度进行控制回流泵的开启台数，最少运行2 台，污泥浓度在 3000~3500mg/L 时开启3 台，污泥浓度低于3000mg/L4 台全开。剩余污泥泵一用一备。按照污泥外回流泵房液位控制水泵的开停，运行液位为20.5m，停机液位为 20.0m。
二沉池：共8座，每座安装一套吸泥机，正常状况下全天运行。
五、控制系统实现功能
本系统所配置的硬件和软件协同工作，构成一个完整的控制系统。
中控室与现场控制站具体功能说明如下：
污水处理工程的现场控制站采集现场的工艺、电气参数和设备运行参数，并通过以太网向中控室传输;控制计算机实时监控污水厂运行的全过程，动态显示工艺流程画面、工艺参数画面、工艺参数变化趋势图、故障指示报警画面、设备运行状态画面（屏幕显示各构筑物的立体图象，显示各个工艺设备的运行状况和开、停、故障状态）等，并可计算、统计、存储数据信息，生成并打印报表（日报，周报，月报，实时报表），控制计算机通过无线数传机将污水厂的重要运行参数实时地上传给污水调度中心。
1、报警功能
系统自动进行报警和事件处理。当报警发生时，如液位超高或风机超温，系统可快速检测并通过画面状态变化提示，并显示、打印相应报警文本，同时发出声音报警提醒监控人员注意。报警到达时间、确认时间及排除时间、报警值、限位值、当前操作员等相应信息自动进入存档。报警到达以及报警确认但未排除，采用两种声音提示。报警可手动消音。报警信息存储半年，以便进行故障分析和查讯。操作事件等状态变化也自动进行存储归档。
2、数据归档
流量、水处理量、耗电量等数值按定义周期自动进行存储，累积。存储的数据可按曲线或数据列表的方式进行显示。并提供历史数据查询、ZOOM 显示、观察线、在线关闭打开曲线、在线调整时间范围、在线修整显示模式等功能。存储数据保存12个月。
3、报表功能
报表打印功能具有时间驱动和事件驱动两种形式。所谓时间驱动：报表可按用户设定的时间自动打印班报、日报、月报。事件驱动;系统可通过定义的的按钮进行人工打印以及受报警信号及其它预先设定的事件信息驱动的自动打印。可根据需要将最近 1000 条或 30 天的归档全部输出。系统的报表存储功能可在打印的同时，将所打印的报表文件自动在硬盘上存储，以便管理人员检索时重新输出。存储的报表可在系统中打开浏览。
4、用户管理
操作人员操作设备必需进行登录。根据不同操作人员的级别，系统自动判断封锁操作人员所能进行的操作。当报警发生时，当前操作员被记录存档。当客户机用户使用 IE 浏览时，系统根据用户名和密码显示和控制屏幕上的画面及操作。无权限的用户只能浏览画面，不能修改参数及进行相应的设备控制。
5、局域网
计算机系统运行在 WINDOWS 2000 操作系统下，局域网采用10M/100M高速以太网形式，服务器和集线器设在中控室，使全厂PC资源共享，信息互通，提高全厂办公自动化程度和办事效率
操作站以人机对话方式指导操作，在自动状态下，可用键盘鼠标器对系统有关设备进行运程控制（开停机操作）六、与其他污水厂自控系统的比较
与其他污水厂自控系统相比， 本系统有如下特点：
1、由于本系统控制对象比较多且分散，所以对鼓风机系统、污泥脱水系统采用了就地 PLC 控制，单体设备的启停由就地 PLC 触摸屏实现，中控室只设一个总启总停信号，并监控系统运行工况。
2、为了更精确地控制生物池的曝气，对生物池设了三个DO，取三个的平均值，并分段控制调节鼓风机出口调节阀。
3、上位机监控软件采用了澳大利亚悉雅特公司开发的Citect SCADA软件，组态方便，具有很高的扩展性与可靠性，以低廉的费用满足了全厂的所有控制和监视要求。
七、结束语
实践证明，采用 SIEMENS S7-300 的污水处理厂自动控制系统自投入全自动运行以来，稳定、可靠，大大节约了人力、物力资源，而且能更好地控制出水水质，创造了良好的生产和经济效益。
参考文献：
[1] 顾洲.PLC 在污水处理中的应用[J].自动化技术与应用.2004，23(10)：37-38.
[2] 张晓燕.基于PLC的精确曝气控制在污水厂的研究与应用[J].自动化仪表，2013(11).
论文作者:李允全,何增良
论文发表刊物:《基层建设》2016年20期
论文发表时间:2016/12/5
标签：污泥论文; 格栅论文; 系统论文; 操作论文; 泵房论文; 以太网论文; 污水论文; 《基层建设》2016年20期论文;