污水處理廠自動化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

1、污水處理廠自動化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計摘要隨著人民生活水平的提高和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的需要，污水處理越來越受到社會的重 視。污水處理既可以起到環(huán)保作用， 又可以實(shí)現(xiàn)水的重復(fù)利用， 節(jié)約水資源。 為了提高污 水處理的質(zhì)量和效率， 同時節(jié)省人力、 物力，設(shè)計一套自動化監(jiān)控系統(tǒng)是十分必要的。 本 文介紹了中小型污水處理廠自動化監(jiān)控系統(tǒng)的整體設(shè)計方案。本污水處理廠設(shè)計采用倒置 A2/O 處理工藝，設(shè)計處理污水規(guī)模為 4 萬噸/天。整個監(jiān) 控系統(tǒng)分為三部分： 一是現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集部分， 完成數(shù)據(jù)采集功能； 二是現(xiàn)場控制單元， 分 現(xiàn)場控制柜和 PLC 站，現(xiàn)場控制柜主要完成手動控制， PLC 站主要完成數(shù)據(jù)處理、自動 控

2、制及通訊功能； 三是上位機(jī)監(jiān)控部分， 主要監(jiān)視現(xiàn)場各工藝流程運(yùn)行狀況并實(shí)施遠(yuǎn)程控 制功能。本文以工藝流程為線索，介紹了系統(tǒng)的總體設(shè)計方案、各PLC 站的設(shè)計、重要參數(shù)的監(jiān)測、通信網(wǎng)絡(luò)和上位機(jī)監(jiān)控界面的開發(fā)。關(guān)鍵字 ：可編程邏輯控制器 ,自動化控制 ,組態(tài)軟件AbstractWith the improvement of living standards and the needs of sustainable development,sewagetreatment has aroused much attention of the society.It can play a role in e

3、nvironmental protection,and Can deal with water reuse to conserve water resources.In order to improve the quality and efficiency of sewage treatment， and save manpower and raw materials,designing an automatic monitoring system is very necessary.Thisthesis introducing the overall design plan of middl

4、e and small scale Sewage treatment plants automatic monitoring systems.Sewage treatment plant uses invert A2/O processing technique and conducts sewage treatment 40,000 tons per day.The whole supervisory system consists of three parts.The first part is field data collection,which completes the data

5、acquisition function.The second part is scene control unit.It is divided into two parts-scene control cubicle and the PLC station.Scene control cubicle mainly completes the task of hand control;PLC stands mainly competes the tasks of data processing,automatic control and communication.The third part

6、 is superior monitoring.The main function of it is to monitor the operation of various technical processes and implement remote control.This thesis introduced the overall project design,the design of each PLC station,the monitor of key parameter,the sequence of technical process,communication networ

7、k and PC monitoring software.2Keywords: Programmable Logical Controller, Automatics Control,Soft Panel.目錄1 緒論 11.1 污水處理國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1.1.2 課題的意義及背景 2.1.3 課題的研究內(nèi)容 3.1.4 章節(jié)安排 42 工藝流程介紹 52.1 污水處理指標(biāo) 52.2 污水處理的基本工藝方法 7.2.3 本系統(tǒng)采用的工藝介紹 7.2.3.1 倒置 A2/O 工藝介紹 8.2.3.2 本系統(tǒng)工藝流程 9.3 控制系統(tǒng)方案設(shè)計 103.1 污水處理自控系統(tǒng)的難點(diǎn) 1.0.3.2 設(shè)

8、計原則 1.1.3.3 設(shè)計思想 1.1.3.4 系統(tǒng)構(gòu)成 1.2.3.4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 1.2.3.4.2 各單元功能描述 1.2.4 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 144.1 儀表系統(tǒng) 1.4.4.1.1 儀表的選型原則 1.4.4.1.2 本系統(tǒng)主要儀表 1.5.4.2 PLC01 站設(shè)計15421粗格柵154.2.2 提升泵房 1.6.4.2.3 細(xì)格柵 1.7.4.2.4 沉砂池 1.8.4.2.5 氧化溝 1.8.4.2.6 二沉池 1.9.4.2.7 污泥回流泵房 1.9.4.2.8 鼓風(fēng)機(jī)房 2.0.4.2.9 消毒出水池 2.0.4.2.10 控制柜設(shè)計 2.1.4.3 其他 PLC

9、站設(shè)計 3.0.4.4 中央監(jiān)控室 3.1.4.5 數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng) 3.1.4.5.1 以太網(wǎng)簡介 3.2.4.5.2 工業(yè)以太網(wǎng)在本系統(tǒng)的應(yīng)用 3.4.5 控制系統(tǒng)軟件開發(fā) 355.1 PLC 編程355.1.1 編程軟件 3.5.5.1.2 PLC 編程365.2 上位機(jī)監(jiān)控畫面設(shè)計 4.2.5.2.1 組態(tài)軟件介紹 4.3.5.2.2 組態(tài)王 6.52在本系統(tǒng)中的應(yīng)用 4.56 總結(jié)與展望 536.1 總結(jié) 5.3.6.2 對未來研究的展望 5.3.參考文獻(xiàn) 55致謝 56附錄 5751. 緒 論隨著經(jīng)濟(jì)的高速增長，水需求在不斷增加，而地球上的水資源卻在萎縮?？衫盟?源特別是城市周圍水源

10、污染等因素使得水資源缺乏和水體污染己經(jīng)成為各國面臨的嚴(yán)峻 問題。 水污染造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失， 水資源的短缺制約了經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性發(fā)展。 水資源 的缺乏將是 21 世紀(jì)人類面臨的最大挑戰(zhàn)之一，如何更好地減少水污染以及污水的回收利 用，已經(jīng)成為科學(xué)家們研究的課題。1.1 污水處理國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀美國、日本、西歐等一些發(fā)達(dá)國家，較早的實(shí)現(xiàn)了工業(yè)現(xiàn)代化，環(huán)境問題特別是水 資源污染的嚴(yán)重性也較早的顯現(xiàn)出來。 19 世紀(jì)以來，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家相繼出現(xiàn)了環(huán)境污染 和社會公害問題。 這些國家政府高度重視， 投入了大量的人力、 物力、 財力進(jìn)行污水處理 的研究，建設(shè)了大量污水處理廠 【1】。美國是目前世界上污水處理廠

11、最多的國家， 平均 5000 人就有 1 座，其中 78%為二級生物處理廠；英國共有處理廠約 8000 座，平均 7000 人 l 座，幾乎全部是二級生物處理廠；日本城市廢水處理廠約 630 座，平均 20 萬人 l 座，但 其中二級處理廠及高級處理廠占 98.6%；瑞典是目前污水處理設(shè)施最普及的國家， 下水道 普及率 99%以上，平均 5000 人 1 座污水處理廠，其中 91%為二級生物處理廠。這些國家 的經(jīng)驗(yàn)表明， 大力興建二級污水處理廠對改善水體衛(wèi)生情況起了很大的作用。 這些國家在 研究水處理新理論和工藝的同時， 也重視污水處理自控系統(tǒng)的研究， 先后投資研究高效型、 智能型、 集約型污

12、水處理設(shè)備和自動化控制儀表。 一些發(fā)達(dá)國家經(jīng)過幾十年的努力， 污水 處理率已經(jīng)達(dá)到了 80%，成功的解決了來自于城市和工業(yè)的水污染問題。同時一些國家開始重視污水的回用，如以色列的污水回用率達(dá)到了 90%水資源短缺是我國的基本國情之一，我國人均水資源占有量只有世界人均水平的四分之一，解決水資源短缺問題就必須對污水進(jìn)行處理和再利用。 我國目前城市污水處理率 還相當(dāng)?shù)?。?jù)統(tǒng)計，目前全國年排污量約為 350 億立方米，全國超過 80%的城市污水未 經(jīng)任何有效的收集處理就直接排放到附近的水體。全國90%以上的城市水域受到不同程度地污染，近 50%的重點(diǎn)城鎮(zhèn)集中飲用水源不符合取水標(biāo)準(zhǔn)。近年來，各地不斷發(fā)生

13、水 體污染影響生產(chǎn)、 生活的事故。 近年來國家和地方政府對污水處理事業(yè)也越來越重視， 先 后啟動了治理“三河三湖”工程，取得了明顯的效果。 2000 年統(tǒng)計，全國城鎮(zhèn)的污水處 理率為 25%，根據(jù)建設(shè)部“到 2010 年中國城鎮(zhèn)污水處理率要達(dá)到 60%”的規(guī)劃目標(biāo)，到 “十一五”末，中國將需新建 1000 座污水處理廠，全國城鎮(zhèn)污水集中處理能力將達(dá)到 10000 萬立方米 /日左右。然而，同發(fā)達(dá)國家相比，我國城市污水處理事業(yè)無論數(shù)量、規(guī)模、普 及率還是機(jī)械化、自動化程度，都存在著較大的差距。1.2 課題的意義及背景我國的污水處理事業(yè)起步較晚，目前還處于發(fā)展階段，對水處理的研究，特別是自 動化控

14、制設(shè)備方面的研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家。前幾年國家環(huán)境保護(hù)總局曾對我國55 個城市的 5000 多套工業(yè)廢水處理設(shè)施進(jìn)行了大規(guī)模的調(diào)查。結(jié)果表明，運(yùn)行效果好和比較 好的只占 24%，而建成后沒能運(yùn)行或處理能力達(dá)不到設(shè)計能力一半的設(shè)施競占63.8%?？梢娢覈奈鬯幚砑夹g(shù)仍處于較低的水平。另外，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平還比較低，資金匱乏，投資力度不足等諸多因素，導(dǎo)致目 前發(fā)達(dá)國家大批水處理企業(yè)大舉進(jìn)軍我國水處理市場。 國內(nèi)某些城市污水處理廠全套引進(jìn) 了國外的設(shè)備和技術(shù)，雖然取得一定效果，但全部引進(jìn)國外技術(shù)存在以下問題：1.引進(jìn)費(fèi) 用昂貴； 2.維護(hù)費(fèi)用昂貴，維護(hù)不方便； 3.沒有結(jié)合我國的國情； 4.不利于

15、培養(yǎng)我國的相關(guān)專業(yè)的工程技術(shù)人員。 為了改變我國污水處理技術(shù)現(xiàn)狀， 中央政府、 有關(guān)決策職能部門 和研究機(jī)構(gòu)都傾注了較大的注意力，非常重視開展這方面的研究。 2001 年國家自然科學(xué) 基金列出專項(xiàng)，支持開展污水處理廠自動控制系統(tǒng)的研究。因此，對于我國這樣一個污染嚴(yán)重、水資源短缺的國家，研制出一批能滿足排放要 求、處理效果好、 運(yùn)行費(fèi)用低、 國產(chǎn)化程度高且自動化水平較高的污水處理控制系統(tǒng)對我 國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。為更好的落實(shí)國家環(huán)境保護(hù)的基本國策和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，改善城市環(huán)境，促進(jìn)經(jīng) 濟(jì)發(fā)展，投資興建污水處理廠十分必要。本文以此對污水處理廠自控系統(tǒng)進(jìn)行了研究。1.3 課題的研究內(nèi)容本

16、課設(shè)計應(yīng)用先進(jìn)的工業(yè)控制計算機(jī)、可編程控制器、工業(yè)自動化組態(tài)技術(shù)、電力 電子控制技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等， 結(jié)合污水處理廠的特點(diǎn)， 設(shè)計出運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)能夠 自動檢測和自動控制、 具有自動故障應(yīng)急處理能力并且具有網(wǎng)絡(luò)通信能力的高性能、 高可 靠性的污水處理廠自動化監(jiān)控系統(tǒng)。本文的研究內(nèi)容包括如下幾個部分：1）了解污水處理工藝，分析各設(shè)備在污水廠的地理位置分布及控制特性，確定總體的控 制方案。2）自動控制系統(tǒng)控制柜的設(shè)計及各工藝段控制程序的開發(fā)；3）上位機(jī)監(jiān)控軟件的開發(fā)；上位機(jī)的人機(jī)界面采用北京亞控公司的組態(tài)王6.52 開發(fā)，與西門子PLC、進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，完成數(shù)據(jù)采集、處理、監(jiān)督及控制功能。1.4

17、 章節(jié)安排1. 緒論，介紹了污水處理的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，課題的意義、背景及研究內(nèi)容等；2. 介紹了污水處理的工藝流程；3. 介紹了控制系統(tǒng)的總體設(shè)計；4. 介紹了控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計；5. 介紹了控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計；對全文進(jìn)行了總結(jié)并對課題未來的研究前景進(jìn)行了展望。42. 工藝流程介紹2.1 污水處理指標(biāo)為了表征廢水水質(zhì)，衡量污水處理系統(tǒng)的效果，國家規(guī)定了許多水質(zhì)指標(biāo)。水質(zhì)指標(biāo)主要包括溫度（T）、懸浮固體濃度（SS）、氧化還原（ORP）、化學(xué)需氧量（COD）、 硫化氫濃度（H2S）、溶解氧（DO）、混合液懸浮固體濃度（MLSS）、酸堿度（PH）、 有毒有害有機(jī)污染物、 細(xì)菌總數(shù)、 總大腸桿菌數(shù)等。

18、 下面將主要介紹懸浮固體濃度 （SS）、 氧化還原（ORP）、化學(xué)需氧量（COD）、溶解氧（DO）、酸堿度（PH）等幾個常用指 標(biāo)【2】。了解這些指標(biāo)有利于全面掌握污水在物理學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)方面的特性，并掌握 污水處理流程和其最終方法。1懸浮固體（ SS）懸浮固體是水中未溶解的非膠態(tài)的固體物質(zhì)，在條件適宜時可以沉淀。懸浮固體可 分為有機(jī)性和無機(jī)性兩大類，反映污水匯入水體后將發(fā)生的淤積情況，其含量的單位為 mg/L 。2氧化還原（ ORP）ORP是英文Oxidation-Reduction Potential的縮寫，它表示溶液的氧化還原電位。 ORP值是水溶液氧化還原能力的測量指標(biāo)，其單位是mv

19、。它由ORP復(fù)合電極和mv計組成。ORP 電極是一種可以在其敏感層表面進(jìn)行電子吸收或釋放的電極,該敏感層是一種惰性金屬，通常是用鉑和金來制作。參比電極是和PH電極一樣的銀/氯化銀電極。3化學(xué)需氧量（ COD）化學(xué)需氧量（COD， chemical oxygen dema nd，是指在酸性條件下，用強(qiáng)氧化劑將有機(jī)物氧化為CO2和H2O所消耗的氧量，單位為 mg/L。當(dāng)以重鉻酸鉀為氧化劑時，化學(xué) 需氧量表示為COD6;當(dāng)以高錳酸鉀為氧化劑時，化學(xué)需氧量表示為COD”。與BOD【3】相比， COD 能在較短時間內(nèi)， 較精確地測出廢水中耗氧物質(zhì)的含量， 而不受水質(zhì)的限制， 但它不能像 BOD 那樣表示

20、出微生物氧化的有機(jī)物量。在城市污水處理分析中，常用 BOD5/COD的比值來分析污水的可生化性?？缮院玫奈鬯瓸OD5/COD 0.3。4溶解氧（ DO）溶解氧是指溶解在水里氧的量，通常記作DO,用每升水里氧氣的毫克數(shù)表示。水中 溶解氧的多少是衡量水體自凈能力的一個指標(biāo)。 它跟空氣里氧的分壓、 大氣壓、水溫和水 質(zhì)有密切的關(guān)系。在20C、100kPa下，純水里大約溶解氧9mg/L。有些有機(jī)化合物在喜 氧菌作用下發(fā)生生物降解， 要消耗水里的溶解氧。 如果有機(jī)物以碳來計算， 根據(jù) C+ O2= CO2 可知，每 12g 碳要消耗 32g 氧氣。當(dāng)水中的溶解氧值降到 5mg/L 時，一些魚類的呼吸

21、就 發(fā)生困難。水里的溶解氧由于空氣里氧氣的溶入及綠色水生植物的光合作用會不斷得到補(bǔ) 充。但當(dāng)水體受到有機(jī)物污染， 耗氧嚴(yán)重， 溶解氧得不到及時補(bǔ)充， 水體中的厭氧菌就會 很快繁殖，有機(jī)物因腐敗而使水體變黑、發(fā)臭。5酸堿度（ PH）酸度和堿度是污水的重要污染指標(biāo)，用PH值來表示。一般生活污水呈中性或弱堿性， 工業(yè)污水多呈強(qiáng)酸或強(qiáng)堿性。一般污水的 PH值均在6.59，當(dāng)PH9都會影 響生物處理， 并對混凝土和金屬有腐蝕作用， 這時需要進(jìn)行污水預(yù)處理并對處理設(shè)備進(jìn)行 防腐蝕處理。5溫度（ T）廢水溫度過高而引起的危害叫做熱污染，廢水溫度過高，使水體溶解氧濃度降低， 相應(yīng)含氧量隨之減少， 另一方面，

22、水溫升高會導(dǎo)致生物耗氧速度加快， 促使水體中溶解氧更快耗盡，水質(zhì)迅速惡化。因此必須控制廢水的溫度，一般廢水溫度控制在35C以內(nèi)2.2 污水處理的基本工藝方法污水處理就是采用各種技術(shù)與手段， 將污水中所含的污染物質(zhì)分離去除、 回收利用， 或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，使水得到凈化?，F(xiàn)代污水處理技術(shù)，按處理程度劃分，一般分為三級處理： 一級處理，又稱物理處理，主要是去除污水中呈懸浮狀態(tài)的固體污染物質(zhì)，經(jīng)過一 級處理后的污水，可去除 50%左右的懸浮物， BOD 一般只能去除 30%左右，達(dá)不到排放 標(biāo)準(zhǔn)。二級處理，又稱生化處理，它是城市污水處理廠的核心，主要去除水中呈膠體和溶 解狀態(tài)的有機(jī)污染物。經(jīng)二級處

23、理后， BOD 的去除率可達(dá) 90%以上，污水中 BOD 值可 降至20.30mg/L，有機(jī)污染物達(dá)到國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。三級處理，又稱深度處理，目的在于進(jìn)一步去除二級處理未能去除的污染物質(zhì)，其 中包括微生物未能降解的有機(jī)物和氮、 磷等能夠?qū)е滤w富營養(yǎng)化的可溶性無機(jī)物質(zhì) 【4】。生物法具有凈化能力強(qiáng)、費(fèi)用低廉、運(yùn)行可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，是污水處理的 6 主要方 法，在污水處理領(lǐng)域中占有重要地位。 我國現(xiàn)階段的城市污水處理以生物法為主， 以物理 法和化學(xué)法為輔。以生物法為主的處理工藝主要有活性污泥法、 A/O法、A2O法、SBR 法、 MSBR 法、 UNITANK 法、及 DAT-IAT 法等。2

24、.3 本系統(tǒng)采用的工藝介紹我國是世界上最大的發(fā)展中國家，經(jīng)濟(jì)實(shí)力還比較薄弱，因而一些流程長、投資大、管理復(fù)雜的污水處理工藝并不適合我國的國情。所以，設(shè)計應(yīng)用適合我國國情的簡捷、高效、實(shí)用的污水脫氮除磷工藝即 A2/O工藝是城市污水處理廠的首選。2.3.1倒置A2/O工藝簡介A2O藝，是目前較為流行的具有一定代表性的污水生物脫氮除磷技術(shù)。該工藝的生 化部分由厭氧（A1）、缺氧（A2）、好氧（0）三池組成。形成所謂 A1/A2/O布置形 式。經(jīng)過多年的系統(tǒng)研究，證實(shí)了該工藝不僅在脫氮除磷【5】效果方面優(yōu)于常規(guī)的A2/0工 藝，而且工藝流程見（圖2.1 ）更為簡捷；圖2.1 倒置A2/0工藝流程圖倒

25、置A2/0工藝的特點(diǎn)是：1）缺氧區(qū)位于工藝系統(tǒng)首端，優(yōu)先滿足反硝化反應(yīng)對碳源的需求，強(qiáng)化了處理系統(tǒng)的脫氮功能，避免了回流污泥攜帶的硝酸鹽對厭氧釋磷的不良影響，也使所有的回流污泥全部經(jīng)歷完整的厭氧釋磷與好氧吸磷過程。2） 聚磷菌經(jīng)過厭氧釋磷后直接進(jìn)入生化效率較高的好氧環(huán)境，在厭氧狀態(tài)下形成的 吸磷動力可以得到充分利用，提高了處理系統(tǒng)除磷能力。3）將常規(guī)A20工藝的污泥回流系統(tǒng)與混合液回流（好氧混合液與缺氧混合液）系統(tǒng)合二為一組成了唯一的污泥回流系統(tǒng)，工藝流程大大簡化，不僅便于運(yùn)行管理，也使投 資與運(yùn)行成本大大下降232本系統(tǒng)工藝流程本工藝設(shè)計采用倒置A20工藝，其總工藝流程見（圖2.2）粗祜好池

26、消出水池圖2.2污水處理廠總工藝流程圖本污水處理廠包括污水處理和污泥處理兩個系統(tǒng)。污水處理系統(tǒng)包括進(jìn)粗格柵、提 升泵房、細(xì)格柵、沉砂池、鼓風(fēng)機(jī)房、氧化溝（缺氧池 /厭氧池/好氧池）、二沉池、消毒 出水池等，污泥處理系統(tǒng)包括污泥泵房、脫水機(jī)房等幾部分。本污水處理廠的污水處理流程是：污水經(jīng)污水排放管網(wǎng)進(jìn)入粗格柵，濾除大塊固體 懸浮物后，再由提升泵將污水提升到細(xì)格柵，濾除細(xì)小的漂浮物和浮渣，然后流入沉砂池， 進(jìn)行砂水分離，去除水中密度較大的無機(jī)顆粒，以保護(hù)后續(xù)處理設(shè)施的證常運(yùn)行。 然后污 水進(jìn)入氧化溝，進(jìn)行生化處理。經(jīng)生化處理后的污水進(jìn)入二沉池進(jìn)行污泥沉淀， 經(jīng)過污泥 沉淀后的污水經(jīng)紫外線消毒后到出

27、水池，最后排放。二沉池分離的一部分生物活性污泥回 流到氧化溝，另一部分剩余污泥流經(jīng)污泥泵房進(jìn)入污泥處理系統(tǒng)，剩余污泥進(jìn)入貯泥池， 最后進(jìn)入脫水機(jī)房進(jìn)行脫水處理，脫水處理后就可進(jìn)行二次利用。3. 控制系統(tǒng)方案設(shè)計3.1 污水處理自控系統(tǒng)的難點(diǎn)污水處理是個多參數(shù)（如液位、水質(zhì)成分、流量、壓力等）、多任務(wù)（如污水輸送、 風(fēng)量控制、水泵的開停等）、多設(shè)備（如格柵機(jī)、水泵、鼓風(fēng)機(jī)、閥門等），而且具有隨 機(jī)性、時變性和耦合性的復(fù)雜系統(tǒng) 【7】，所以污水處理是個復(fù)雜的過程。污水處理自動控 制系統(tǒng)控制的難點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個方面 【8】 ：1. 系統(tǒng)規(guī)模大一般污水處理廠的規(guī)模較大， 系統(tǒng)工藝復(fù)雜， 流程長，各

28、工藝過程地理分布相距較遠(yuǎn)， 所 以控制系統(tǒng)的規(guī)模也較大， 是一個多變量、 多參數(shù)、 多回路、大滯后、非線性的復(fù)雜系統(tǒng)。2. 連鎖控制污水處理前后工序之問存在互鎖關(guān)系， 而有些參數(shù)的在線檢測儀存在滯后、 較大誤差等問 題，這樣會影響控制的實(shí)時性和控制精度， 因此需要研究污水控制對象的特性， 選擇合適 的控制參數(shù)，保證預(yù)期的控制質(zhì)量。3. 大滯后污水處理涉及到生化反應(yīng)過程， 如污水的曝氣過程， 從鼓風(fēng)機(jī)開始鼓入空氣， 到檢測到污 水中含氧量變化約 3到5分鐘，是一個大滯后過程。 在解決這個問題時， 有的控制策略過 于復(fù)雜（如采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制），有的過于簡單（如單回路定值調(diào)節(jié)），所以研究人工智 能與

29、控制理論結(jié)合的控制策略，具有重要的意義。4. 污水處理廠的很多設(shè)備都是大功率、大能耗設(shè)備，有必要考慮設(shè)備的保護(hù)和合理 配置使用以及節(jié)能問題。 鼓風(fēng)機(jī)房是污水處理廠的耗能大戶， 自控系統(tǒng)的優(yōu)化控制對節(jié)能 具有重要意義5. 污水處理廠的工作環(huán)境惡劣，干擾頻繁，將會影響控制系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性， 必須分析干擾來源，研究對于不同干擾源的行之有效的抑制或消除措施。6. 控制系統(tǒng)中存在網(wǎng)絡(luò)通信，如何實(shí)現(xiàn)較高的通信速率和通信質(zhì)量，開放的通信接 口，建立完整、可靠的綜合自動化系統(tǒng)，也是需要考慮的問題。3.2 設(shè)計原則污水處理控制系統(tǒng)的設(shè)計要遵循我國國情，設(shè)計時按照以下原則進(jìn)行：A ）嚴(yán)格執(zhí)行環(huán)境保護(hù)的各項(xiàng)規(guī)定

30、，確保經(jīng)處理后的污水的排放水質(zhì)達(dá)到有關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)；B）采用的系統(tǒng)應(yīng)技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)行可靠、操作維護(hù)管理簡單，將先進(jìn)性和可靠性有機(jī)結(jié)合；C ）在保證處理效果的前提下盡量降低工程投資和運(yùn)行成本；D）采用的系統(tǒng)必須是開放的，可擴(kuò)展的。遠(yuǎn)期對本期工程能延用且不影響其功能。3.3 設(shè)計思想根據(jù)污水處理的工藝要求及現(xiàn)場環(huán)境，本系統(tǒng)主要采用了工業(yè)控制計算機(jī)（ IPC） + 可編程控制器（ PLC） +現(xiàn)場檢測儀表的監(jiān)控模式。本控制系統(tǒng)通過現(xiàn)場檢測儀表采集工 藝參數(shù)， PLC 作為主要現(xiàn)場控制單元，根據(jù)污水處理工藝流程讀取現(xiàn)場儀表信號及各被 控設(shè)備狀態(tài)信號，同時將控制信號傳至各控制設(shè)備。利用 IPC 作為上位機(jī)，進(jìn)

31、行復(fù)雜的 數(shù)據(jù)處理。 通過工業(yè)以太網(wǎng)將各控制站、 中央控制室的工程師站相連， 形成一個完整的通 訊網(wǎng)絡(luò)， 實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。 整個自動化監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成 SCADA （ Supervisory Control and DataAcquisiti on）系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)采集、處理、監(jiān)視及對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制的功能。3.4系統(tǒng)構(gòu)成341系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖整個系統(tǒng)由中央控制室、各分布 PLC控制站和現(xiàn)場儀表及電控柜構(gòu)成三級監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。圖3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3.4.2各單元功能描述一、中央控制級中央控制級分為中央控制室及廠長室遠(yuǎn)程管理監(jiān)控計算機(jī)。中央控制室設(shè)有工程師站和操作員站。工程師站既能完成系統(tǒng)組態(tài)、

32、調(diào)試及控制參數(shù)的在線修改和設(shè)置等，又能 完成對整個污水處理廠的數(shù)據(jù)采集、 監(jiān)控，報表及打印等功能： 操作員站主要完成對整個 污水處理廠的數(shù)據(jù)采集、 監(jiān)控， 報表及打印等功能。 在系統(tǒng)正常工作時， 工程師站可兼作 操作員站， 方便了監(jiān)視與操作， 并提高了系統(tǒng)的可靠性。 背投顯示全廠工藝設(shè)備的運(yùn)行狀 態(tài)、工藝參數(shù)以及工藝流程， 以便直觀的了解全廠一的狀況并對出現(xiàn)的問題做出快速反應(yīng)。 廠長室遠(yuǎn)程管理監(jiān)控計算機(jī)以工業(yè)以太網(wǎng)形式與本系統(tǒng)相連，以便于廠長對 整個系統(tǒng)進(jìn)行管理和監(jiān)控，并針對實(shí)際情況準(zhǔn)確發(fā)出操作命令。二、分析式控制站監(jiān)控系統(tǒng)共設(shè)PLC01 PLC03三個分布控制站?，F(xiàn)場PLC完成對各點(diǎn)信號的采

33、集及 控制，提高了系統(tǒng)的可靠性與可維護(hù)性?，F(xiàn)場 PLC 站通過工業(yè)以太網(wǎng)與中央控制室的工 程師站連接。 當(dāng)控制模式選擇置于 “遠(yuǎn)程”位置時， 操作人員將不能利用電氣控制柜或電 控箱上的啟 /停按鈕對設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行 /停止操作，此時設(shè)備的控制權(quán)交給計算機(jī)控制， PLC 將根據(jù)操作員站的控制指令，由 PLC控制程序“自動或“手動控制設(shè)備的運(yùn)行。三、現(xiàn)場控制柜及儀表系統(tǒng)各現(xiàn)場控制柜具有兩部分功能， 一是進(jìn)行現(xiàn)場的手動操作， 二是與各個 PLC 站連接， 將各設(shè)備狀態(tài)信號傳送到 PLC 的相關(guān)采集模塊?，F(xiàn)場手動操作具有比分布控制站和中央 控制室更高的優(yōu)先權(quán)， 只有將狀態(tài)選擇丌關(guān)打到自動狀態(tài)， 遠(yuǎn)程控制程

34、序才起作用。 所以 在進(jìn)行自動控制調(diào)試前， 首先要完成對現(xiàn)場各控制柜的調(diào)試， 在保證現(xiàn)場設(shè)備安全的前提 下才能進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。 儀表系統(tǒng)用來連續(xù)測量污水處理廠工藝流程中的主要工藝參數(shù)， 并 將測量數(shù)據(jù)送入計算機(jī)數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)。 整個污水廠的過程檢測儀表分散設(shè)置于各個 工藝處理構(gòu)筑物內(nèi)及工藝管道上。4. 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計要構(gòu)成一個控制系統(tǒng)，首先應(yīng)根據(jù)控制要求對硬件進(jìn)行選型配置，然后通過網(wǎng)絡(luò)把 各部件連接起來， 形成控制系統(tǒng)的框架。 再通過軟件編程、 組網(wǎng)，從而形成一個能實(shí)現(xiàn)一 定功能要求的系統(tǒng)。本系統(tǒng)的硬件設(shè)計包括儀表的選型、各 PLC 站的具體設(shè)計、中央監(jiān) 控室的設(shè)計及數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)的選擇等。

35、4.1 儀表系統(tǒng)依據(jù)污水處理廠生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)和介質(zhì)的特征，為了保證工藝操作安全可靠，正常運(yùn)行，現(xiàn)場儀表必須及時、 準(zhǔn)確地反應(yīng)出工藝的動態(tài)參數(shù)， 所以儀表系統(tǒng)的設(shè)計尤為重要。4.1.1 儀表選型原則儀表選型應(yīng)根據(jù)工藝裝置的規(guī)模、工藝流程特點(diǎn)和操作要求等因素確定的控制方式 進(jìn)行，主要有以下幾個原則：(1) 選用的儀表必須性能先進(jìn)、運(yùn)行穩(wěn)定可靠；(2) 在滿足工藝要求的前提下，不必追求過高的測量精度，以節(jié)省投資。量程選擇應(yīng)保證 儀表長期工作在滿量程的 2/3 左右。(3) 儀表的防護(hù)等級應(yīng)不低于IP65,在短時浸水場合，防護(hù)等級為IP67,在長期浸水場合, 防護(hù)等級為 IP68；(4) 儀表應(yīng)便于安

36、裝、檢修,部件可換性好；(5) 在同一工程項(xiàng)目中,儀表品種規(guī)格不宜過多,應(yīng)力求統(tǒng)一。本系統(tǒng)采用的現(xiàn)場傳感器 和變送器以美國 HACH 公司的高性能測量儀表為主。 HACH 公司為國際著名的儀表生產(chǎn)公司，其產(chǎn)品在國內(nèi)外有大量的相同工礦情況的應(yīng)用實(shí)例，產(chǎn)品相當(dāng)可靠，且產(chǎn)品的技術(shù) 指標(biāo)如量程、精確度、環(huán)境溫度、工作壓力、電磁干擾、防護(hù)等級、防暴等級等經(jīng)過嚴(yán)格 的測試，并已取得相關(guān)認(rèn)證，符合ISO、ISA、IEC標(biāo)準(zhǔn)。4.1.2本系統(tǒng)主要儀表根據(jù)工藝和控制要求，本系統(tǒng)主要對重要儀表的參數(shù)進(jìn)行檢測：表4.1本污水處理廠所需儀表類型及數(shù)量超聲波液位差計帶傳感器，支架安裝2個超聲波液位計帶傳感器，支架安裝3

37、個溶解氧測定儀在線分析，桿式安裝支架2個污泥濃度計空氣自動清洗，浸入式支架1個ORP儀電極保護(hù)套，浸入式支架1個硫化氫監(jiān)測儀防爆接頭，分體式1個泥位計帶傳感器，支架定制2個PH/T 計電極保護(hù)套，浸入式安裝2個壓力變送器一5個流量計傳感器，變送器4個4.2 PLC01站設(shè)計PLC01站主要負(fù)責(zé)粗格柵、提升泵、細(xì)格柵、沉砂池、氧化溝、二沉池、回流泵房、鼓風(fēng)機(jī)房、消毒出水池等位置儀表的數(shù)據(jù)采集及設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控。4.2.1粗格柵在粗格柵渠共設(shè)有2個粗格柵，粗格柵的主要作用是去除污水中大塊漂浮物。粗格柵能夠根據(jù)PLC程序與上位機(jī)設(shè)定的時間或粗格柵前后液位差實(shí)現(xiàn)自動啟停。粗格柵的啟?？捎缮衔粰C(jī)直接遠(yuǎn)程控制，也可以通過現(xiàn)場控制柜實(shí)現(xiàn)手動控制422提升泵房提升泵房水泵主要用來將粗格柵渠流出的污水提升到細(xì)格柵渠。在提升泵房，需要測量和控制的是三臺提升泵的運(yùn)行狀態(tài)以及它們的啟停。提升泵控制原理圖如圖4.1 先通過上位機(jī)設(shè)定每一臺提升泵的啟動液位， 一般情況下， 若液位比較低就只啟用一臺提 升泵，即可