本文摘要：摘要：隨著城市化進程的加快，城市污水排放量日益增多，水污染形式也逐漸嚴峻，成為制約城市發展與威脅人們群眾健康的因素。因此，現代城市建設中，逐漸加大了污水處理廠的建設，系統采取合理的水處理方法，使得水排放達到環境允許標準。然而，從當前污水處
摘要：隨著城市化進程的加快，城市污水排放量日益增多，水污染形式也逐漸嚴峻，成為制約城市發展與威脅人們群眾健康的因素。因此，現代城市建設中，逐漸加大了污水處理廠的建設，系統采取合理的水處理方法，使得水排放達到環境允許標準。然而，從當前污水處理廠建設情況上來看，存在控制系統落后、污水處理效率低等情況。
關鍵詞：PLC技術;污水處理廠;控制系統設計
為保證污水處理過程的安全性、可靠性和生產的連續性，提高污水處理廠的自動化水平，控制系統采用目前國內外污水處理廠廣泛應用并取得良好效果的可編程邏輯控制器(PLC)集散型控制系統以及監控和數據采集系統，集散型控制系統的特點是將管理層和控制層分開。
1、污水處理
污水處理廠常用的處理方法主要有化學法、物理法與生物法，按照處理程度劃分可以將分為一級、二級、三級處理，處理程度主要根據水污染的程度選擇。其中一級處理主要采取物理方法，除去污水中懸浮狀的固體污染物，經過一級處理后的污水，其中的BOD含量下降30%左右。二級處理主要除去污水中的膠狀物體以及溶解性的有機物質，常使用化學分解的方法，去除率能達到80%-90%左右，出水效果好。三級處理能夠進一步對污水難以降解的氮、磷等有機元素進行處理，主要使用的方法包括生物脫氮除磷法、混凝沉淀法、活性炭吸附法、電滲析法等。
環境保護方向評職知識：污水處理論文發表期刊選擇技巧
2、污水處理工藝
2.1現場控制層。一般中小城市的污水處理廠的建設規模小，廠區的面積不會太大，根據工藝和控制的要求。廠區內設置幾個PLC分站，具體如下：變電所現場控制站(1#PLC)負責提升泵房、細格柵、沉砂池、氧化溝、配水排泥井等構筑物工藝設備的監控和工藝檢測儀表的數據采集;脫水機房現場控制站(2#PLC)負責污泥濃縮池、污泥脫水間、二沉池、消毒池等構筑物設備的監控和工藝檢測儀表的數據采集。
每個PLC通過PROFIBUS網絡與各個子站進行通訊，完成凈化廠各功能塊的數據采集、監視和控制。同時PLC通過CPU自帶的MODBUS接口與軟啟動器、變頻器和多功能電表組成MODBUS網絡。該功能層實現了污水處理廠各單元過程所有過程參數、設備運行狀態及電氣參數的數據采集，單元過程及設備的控制，并通過網絡模塊和中央控制室通過工業以太網交換機，組成100 M光纖以太環網，向監控層傳送數據和接受監控層控制指令。
Modbus是工業控制網絡協議中的一種使用主-從技術。主設備可單獨和從設備通訊，也能以廣播方式和所有從設備通訊。主站PLC發出查詢的要求，從站將主要設備的主要電氣參數，電流、電壓、頻率、功率因數、有功無功功率等信息傳送到PLC，并定期刷新后再傳送。監控計算機則通過工業以太網通訊程序讀取信息，而Profibus是一種高速、便宜的通訊連接，它專門設計為自動化控制系統和設備級分散的I/O之間進行通訊使用，它可取代0-10V或4～20 mA的串聯式信號傳輸。通過使用RS-485傳輸技術或光纖媒體。使得對數據鏈路層的存取變得簡單方便。
2.2過程監控層。
該層的中心是在中控室內。是工業以太網結點的系統數據服務器、2臺工程師/操作員站計算機、打印機、UPS電源及監視屏等設備，其主要職能是進行系統中的信息交換與信息顯示及控制。上位機系統是由兩臺八核的臺式機組成，他們互為冗余。采用Windows 7操作系統，采用WinCC7.4版本的工廠監控軟件。
上位機能夠實時顯示全廠所有設備運行狀態和各種參數值，當故障發生時，記錄故障時間、類別，同時屏幕閃現紅色報警。可見該層通過上位監控軟件實現了對主要工藝設備的控制和調度。對污水處理全過程中的工藝參數進行數據采集、監控、優化和調整，對主要工藝流程進行動態模擬和趨勢分析、實時數據處理和實時控制，在控制組態上實現各種常規與復雜的優化控制、專家控制、模糊控制等先進的智能控制。同時，功能強大與穩定的實時和歷史數據庫亦通過以太網成為上下層間的信息通道。
2.3廠區管理層
廠長辦公室計算機和數據庫服務器組成的局域網即構成了廠區管理層。通過關系數據庫和相關的管理軟件，為決策者提供了各項生產及運營的調度管理所必須的信息平臺。同時該層可以與Internet接軌，通過交換機、防火墻、固定IP地址，使用移動PC，在其他地方接入互聯網和工廠的PLC進行通訊，采集PLC數據，實現遠程監視和控制，但要有較高的網絡安全防護功能，僅僅有授權的用戶等級可對進程數據庫進行訪問。
3、方案特點
3.1高可靠與高穩定性。
隨著以太網技術的不斷發展，它不僅在辦公自動化領域而且在工業自動化場合得到了廣泛應用，這些都標志著工業以太網已經成為當今工業控制的主流網絡，真正開放互連的工業網絡的發展方向，環形冗余方案的出現則保證了更高的可靠性。單一點的鏈路中斷不會造成網絡通訊的中斷。該系統采用了基于工業以太網的集成式全分布控制，體現了集中管理分散控制的原則，也保證了高可靠與高穩定性。
除了網絡部分外，自控系統通過下列技術與工程措施，確保了系統的長期穩定可靠運性：整個系統選用符合工業級標準的成熟定型產品;PLC模塊具有自診斷(檢錯)與容錯功能;PLC控制柜內具有完善的抗干擾及防雷等技術措施;中控室及現地控制站設備均具備供電冗余功能;即使在上位機發生故障或通信中斷時，現地控制站亦可以在手動模式下獨立完成基本局部控制。
3.2高擴展性。
工業以太網具有向下兼容性。對于雙絞線或光纖介質，如果將傳輸速度從10 Mbps提升到100 Mbps，在大多數場合不需要改變現有的布線。只需更新網絡設備即可。同樣，如果將本系統主干網從100 Mbps以太網提升到干兆以太網，只需升級網絡傳輸設備，而無需重新鋪設光纜。
3.3開放性。
系統對用戶是開放的。設備的增減、控制方案的選取、系統的擴縮與維護等，用戶都可以在廣泛的設備環境下便利地自己完成。所有硬件接口。軟件協議全部按開放性的標準設計、編制。
3.4系統方案設計。
控制系統分成生產管理與現場控制，現場控制使用DP總線與MODBUS總線，控制站與監控計算機使用以太網連，確保信息能夠迅速技術的反應到計算機中。污水自動處理控制系統包括遠程輸入與輸出單元、現場控制站、中央調控、及計算機管理系統等。(1)計算機管理系統。該系統中，計算機管理系統由投影儀用計算機、廠長室計算機、總工室計算機與化驗室計算機組成，4臺計算機皆用以太網連接，輔助設備包括打印機、投影儀等設備，完成過程監控與管理工作。
(2)中央監控工作室。中央監控工作室由兩臺監控計算機PC1與PC2、打印機、服務器、DLP背投顯示設備以及工業以太網交換機組成，能夠對污水處理的各個過程進行監控，包括數據采集、集中調度、報表生成、故障分析記錄與生成等，通過DLP顯示設備，能夠直觀的顯示出處理廠的各工藝處理情況，由控制人員指導生產。該系統中還包括一套DLP投影系統，主要作用是能夠將監控信息通過數據傳輸反映到顯示屏中，形成多網格顯示系統，通過點擊矩陣中的監控系統，利用投影設備在大屏幕上顯示，該系統能夠同時顯示12處監控畫面，并且可以根據監控設備數量的大小，采取縮小矩形邊框的方式來增加顯示數量。
(3)網絡系統。該控制系統以工業以太網、現場高速數據通訊網組成，保證中央控制室、監控站的數據通訊迅速。控制系統中，工業光纖以太網的使用，采取冗余系統設計，能夠保證網絡系統時刻處于可靠的狀態，現場使用的高速網絡數據線為PROFIBUS-DP網絡，負責PLC控制器主站與從站的數據傳輸，以太網通訊系統能夠實現100Mb/s的通訊速率，大大提高了各個系統之間的聯合度。
4、結束語
PLC技術在污水處理廠的突破性使用，使污水處理廠的處理效率得到很大程度的提升，并且利用PLC技術構建的自動化控制處理系統，在節省人力與物流方面也起到較大作用。
參考文獻：
[1]徐紅.基于PLC的污水處理廠控制系統的設計與實現.2016.
[2]張東朝.PLC在城市污水處理廠中的自動化控制系統設計.2017.
作者：張寶林
轉載請注明來自發表學術論文網：http://www.zpfmc.com/jzlw/26431.html
