A. 污水處理控制系統
2010年2月，我公司與岳陽雲溪污水處理廠成功簽訂關於污水處理廠自控系統成套設計、製作及施工的合同，標志著公司在污水處理行業的一個重大突破，前後僅花1個月時間，完成了整個系統的設計、成套、現場調試，深得客戶的好評。
雲溪污水處理廠處理能力在2萬m3/日，其中生活用水1萬m3/，工業用水1萬m3/日，監控點數為1192點，數字量輸入736點，數字量輸出272點，模擬量輸入104點，模擬量輸出80點，選用西門子S7-300 PLC是一種即經濟又切合實際的解決方案，它具有高度模塊化結構，指令集功能強大，能夠滿足多樣化和個性化的需求。
該PLC系統分為3個站，在控制室內設兩台工控機操作站，該操作站包括工程師站一台，操作員站一台，設置在綜合樓中央控制室內。現場設3個PLC站，分別設在旋流沉砂風機房配電室（PLC1）、污泥脫水機房配電間（PLC2）、變電所低壓配電房（PLC3）內。通過控制3個PLC站完成對整個污水廠的自動控制。3個PLC站通過光纖與中控室進行通訊，各種儀表信號通過屏蔽線與PLC站連接通信，PLC站內通過PROFIBUS-DP網路進行通訊。
中央處理單元（CPU315-2DP）集成有PROFIBUS-DP和MPI通訊介面，多點介面（MPI））用於同時連接編程器、PC機和人機界面等。在中心控制室，通過操作站顯示各工藝參數、設備工作狀態，可進行數字顯示、狀態顯示、各種圖形畫面顯示、事故報警等。同時在中心控室設一套投影儀，用於污水處理系統工藝設備監控，使生產管理人員直接監視全廠生產運行狀況，隨時掌握和調整生產情況。通過列印機可實現生產報表，圖形、事故列印記錄。
控制中心設備及現場儀表設備由專用的UPS電源分配櫃供電。在每個電源分配櫃的電源進線和分配電源出線都加裝電源避雷器。所有信息系統進入PLC櫃的電纜內芯線端，對地加裝電涌保護器，電纜中的空線對應接地，並做好屏蔽接地，所有模擬量信號電纜都使用屏蔽電纜，且屏蔽層可靠接地，通訊電纜採用專用的現場匯流排，且可靠接地。PLC所有開關量輸入輸出模塊與現場箱（櫃）中間裝有隔離繼電器，PLC所有模擬量輸入輸出模塊與現場箱（櫃）中間裝有浪涌保護器。
污水處理廠自控系統的要求是對污水處理過程進行自動控制和自動調節，使處理後的水質指標達到要求的范圍；在中控室發出上傳指令時，將當前時刻運行過程中的主要工作參數（水質參數、流量、液位等）、運行狀態及一定時間段內的主要工藝過程曲線等信息上傳到中控室。功能如下：
（1）控制操作：
在中心控制室能對被控設備進行在線實時控制，如啟停某一設備，調節某些模擬輸出量的大小，在線設置PLC的某些參數等。
（2）顯示功能：
用圖形實時地顯示各現場被控設備的運行工況，以及各現場的狀態參數。
（3）數據管理：
依據不同運行參數的變化快慢和重要程度，建立生產歷史資料庫，存儲生產原始數據，供統計分析使用。利用實時資料庫和歷史資料庫中的數據進行比較和分析，得出一些有用的經驗參數，並把一些必要的參數和結果顯示到實時畫面和報表中去。
（4）報警功能：
當某一模擬量（如電流、壓力、水位等）測量值超過給定范圍或某一開關量（如電機啟停、閥門開關）閥發生變位時，可根據不同的需要發出不同等級的報警。
（5）列印功能：
可以實現報表和圖形列印以及各種事件和報警實時列印。列印方式可分為：定時列印、事件觸發列印。
B. 污水處理的自動控制系統有哪些意義
城市來污水處理系統源對解決水資源缺乏，促進社會可持續發展有著十分重要的意義。目前城市污水處理廠存在運行成本高，經濟效益差，控制系統落後等問題。提高污水處理廠自動控制的程度和引入先進控制技術，是降低運行成本、提高生產運行效率的關鍵。
污水處理的自動控制系統採用計算機技術、跟蹤經常變化的水處理情況，檢測不同時間的水質指標數據，在計算機上動態現實，對這些數據進行分析處理，並記錄下來，以備在需要的時候查閱。通過分析數據趨勢走向，隨時調整個設備及工藝過程參數，使其達到優化控制狀態，經濟運行，節省能耗。採用計算機代替人工操作，減少事故，保證安全，降低勞動強度，節約人力，甚至可以完成許多人工難以完成的任務，提高運行的可靠性。
C. 污水處理廠自動化系統的分析與應用
一、引言
水是人類生活和國民經濟發展的不可或缺的重要部分，隨著科技水平的飛速發展和人類生活水平的巨大提升，對於潔凈的優質的水源的需求也不斷急劇釋放。為建設可靠、穩定、先進、經濟以及可擴展的合理的水處理自動化系統成為工程界和城市水行業營運管理部門共同關心的問題。微電子、通信、計算機技術的發展大大提高了水處理控制系統的信息化和智能化程度，與3C技術相結合的PLC以其卓越的可靠性、抗干擾性以及靈活的控制方式成為水處理自動化系統的核心控制器，其與開放的網路通信系統一起，共同推動著水處理自動化系統的智能化程度的發展。
水處理行業主要分為凈水處理和污水處理兩大部分。凈水廠控制系統通常分為水廠調度系統、加葯間（加氯間）PLC控制站、濾站PLC控制站、送水泵房PLC控制站等。各個控制站相對獨立工作，通過有線網路進行通訊，將所有的數據信息送到水廠調度室進行處理，或將一部分數據通過調度系統以無線（或有線）通訊的方式送到城市的調度中心。對於污水處理來說，要根據污水水源地狀況來確定污水處理的工藝流程，由於污水處理工藝的不同而自控系統應用PLC的要求也有所不同。一般講，整個污水處理廠都有總控室和多個現場控制站，站與站之間通過控制器層網路或信息層網路相連，然後全部連接到總控室，總控室的多台計算機、工作站和圖形站都用信息層網路連接，這樣和現場控制站構成了集中管理，分散控制，高速數據交換的工廠級自動化網路[1].PLC自控系統是水處理廠的控制核心部分，對其合理的選型和設計，對污水廠能否高效、自動化的運行非常重要。然而，PLC網路又是其中的重中之重，網路的好壞直接影響到污水廠的正常運行。
二、系統構成
污水處理廠自控系統一般包括污水廠部分和廠外泵站部分。監控系統通訊網路和PLC是污水處理自動化系統的核心組成部分，它們的性能對污水處理自動化系統會起到決定性的作用[2].根據污水處理自動化本身的特點和監控需求選擇合適的PLC及通訊網路是保證污水處理自動化系統性能的重要因素。
通信網路：
在污水處理自動化系統的結構上，國內在管理體制上主要採用三級管理，即監控總中心、區域監控分中心和監控站。由於監控站不直接對污水處理廠的外場設備進行直接控制，因此工程界按照系統結構的劃分把監控系統劃分為信息層、控制層和設備層。
第一層為信息層，主要負責大量信息及不同廠家不同設備之間的信息傳輸，工業乙太網Ethernet為目前較常用的一種信息網路，世界各大PLC生產廠商均支持工業乙太網，並且他們在原有TCP/IP的基礎上，相繼開發出實時性更高的工業乙太網，如歐姆龍和羅克維爾支持的Ethernet/IP，施奈德支持的Modbus-TCP/IP以及西門子支持的ProfiNet等。由於Ethernet的信息量大，因此在污水處理廠自動化系統中乙太網主要用於各個控制分站與監控中心的數據傳輸，包括各種感測器數據等大量歷史數據信息。
第二層為控制層，主要採用現場匯流排組成隧道區域控制器網路，其特點是由於採用了標准匯流排組網，既能滿足實時通信的要求，又具有開放協議的標准介面，能在匯流排上方便的掛接各種外場設備，有利於監控系統的擴展。目前，現場匯流排有40多種，在污水處理廠自動化系統中應用的現場匯流排主要有ControllerLink、LonWorks、Inetrtbus、Profibus、Can和Modbus.他們的共同特點是高速、高可靠，適合PLC與計算機、PLC與PLC及其它設備之間的大量數據的高速通訊。為使系統的穩定可靠，控制層的網路結構多採用環網的方式組成，包括線纜型和光纖作為傳輸介質，具體組網將在後面作出實例說明。
第三層為設備層，這一層用於PLC與現場設備、遠程I/O端子及現場儀表之間的通訊，它們有DeviceNet、Modbus以及Profibus/DP等，其中DeviceNet已經成為工業界的標准匯流排而得到了廣泛的應用，而Profibus/DP雖然沒有成為標准，但是它的應該也相當廣泛。
值得指出的是，近來年乙太網的廣泛應用使得人們把目光投向了現場匯流排上來，工業乙太網是否最終將取代現場匯流排仍然是一個爭論的話題。然而，不論是Ethernet/IP還是Modbus-TCP/IP，乙太網在一些重要的性能指標上仍然無法具有現場匯流排的特點和優勢。從本質上來講，乙太網的載波幀聽沖突監測CSMA/CD的訪問方式，實時性並沒有現場匯流排採用的令牌匯流排和令牌環的訪問方式高，不論人們採用何種方式，如協議封裝、分時訪問控制等，都只能改善乙太網的實時性，起不到本質的改變。在當前技術還未完全成熟之前，現場匯流排應用於控制層，是一個積極和穩妥的選擇。隨著乙太網技術的不斷發展，今後其取代現場匯流排而用於控制層也是很有可能的。
監控分中心及上位監控軟體：
監控分中心一般將設置多台SCADA工作站（工控機）。分別用於水廠調度系統、加葯間（加氯間）、濾站、送水泵房等監控，完成污水廠內各種設備的狀態顯示、自動控制、半自動控制、列印報警、分析報表等工作。同時，監控分中心還將設置了多台伺服器，為其它計算機提供支援和與監控總中心進行通信。
PLC的選擇：
施奈德（Schneider）、西門子（Siemens）、歐姆龍（Omron）、羅克維爾（Rockwell）、通用電氣（GE）是全球五大PLC製造廠商和整體方案的提供者，他們的產品面向各自不同的領域，其中在污水處理自動化系統的應用方面，又以羅克維爾、歐姆龍和施奈德的應用最為廣泛。
污水處理自動控制系統對PLC的性能提出了更高的要求，作為污水處理自動控制系統的核心控制器，其必須具備以下幾大功能特點：首先本身必須穩定可靠，並具有預先處理數據和集中傳輸數據的能力，具有較高的故障保護能力；其次，控制分站本地控制器可以獨立承擔控制分區的基本控制任務，即使監控站或者監控中心因故障停止運行，相鄰區域的控制器也能交換數據信息；再次，當某控制站的控制量出現變化時，可按預定方案和程序採取相應的演算法，對相關區域的控制對象，比如泵或者加葯系統等做出相應的調整。因此，它必須至少有如下功能模塊，數據採集存儲處理功能（實現集中和獨立工作方式，尤其是在獨立控制時能與相鄰控制器實現數據交換）；通信功能、容錯功能、自動診斷功能和本地操作功能（即能帶觸摸屏）。
必須綜合考慮整個監控系統的性能要求和自然條件以及運營周期對設備的要求進行選擇，尤其在極端氣候和惡劣環境狀況條件下或較大規模的污水處理廠，需要選擇性能更好的雙機熱備冗餘的PLC，如Schneider的2Quantom系列、Rockwell的2ControlLogix、Omron的CS1D系列、Siemens的S7-417系列；區別在於Omron的雙系統是在一個底板上實現，而Siemens等是兩個底板通過光纖連接，會在一定程度上佔用控制櫃的空間，但他們的配置都很靈活，可以任意實現雙CPU雙電源、雙CPU單電源、單CPU單電源多種冗餘結構。
在一般的環境狀態的時候或較小規模的污水處理廠，多採用標準的機型作為現場控制器，如Schneider的Quantom140系列、Rockwell的ControlLogix、Omron的CS1系列、Siemens的S7-400系列等；他們都支持工業乙太網和多種現場匯流排，控制方式採用遠程帶CPU的智能分布式結構，系統開放性和兼容性強，豐富的I/O及高功能模塊，完全滿足污水處理自動控制系統對信號處理的要求。
三、應用案例
下面以天津咸陽路污水處理廠為例[3]，具體說明污水處理廠自動控制系統的組成，控制系統拓撲圖如圖一所示：
信息層：咸陽路污水處理系統因其分布面積較大，廠區內共有5個PLC分站：預處理系統分控主站PLC1、生物處理系統分控主站PLC2、污泥處理系統分控主站PLC3、出水及雨水系統分控主站PLC4和污泥消化系統PLC5，使用的CPU均為OMRON的CS1H-CPU66H.該功能層實現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採集，單元過程及設備的控制，並通過OMRON網路模塊CS1W-ETN21，和中央控制室通過赫斯曼太網交換機，組成100M光纖以太環網，向監控層傳送數據和接受監控層控制指令。在中控室中，作為工業乙太網結點的系統數據伺服器、兩台工程師/操作員站計算機、列印機、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。該層通過上位監控軟體實現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採集、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資料庫亦通過乙太網成為上下層間的信息通道。污水廠中控室控制站還通過RIAMBView和信息中心、便攜計算機及廠外泵站（咸陽路泵站、密雲路泵站）等處進行遠程通訊，RIAMBView具備遠程數據服務（最適合SCADA）功能，通過寬頻接收或發送相關數據，實現遠端對部分實時畫面、進程資料庫的訪問。
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D. （高分懸賞）水處理過程中怎樣應用plc
http://www.21ca.cn/cdbbs/Search.asp?page=0&mode=1&key=PLC+%CB%AE%B4%A6%C0%ED&searchsort=0
介紹了縣級中小城市污水處理工藝，西門子S7-300 PLC主要特點，污水處理廠的自控要求、PLC的系統硬體配置、軟體設計，和實際運行結果。
可編程式控制制器PLC是實現污水處理廠自動控制的關鍵，縣級中小城市的污水處理廠處理能力一般在10萬m3/d以下，很多是1～5萬立方米/d，監控點數一般不是很多，而選用西門子S7-300 PlC是一種即經濟又切合實際的解決方案，它具有高度模塊化結構，指令集功能強大，能夠滿足多樣化和個性化的需求。
1 污水處理工藝流程
從當前污水處理工藝和技術研究、開發和應用的情況看，由於傳統的活性污泥處理工藝在中小規模的污水處理廠中存在基建投資高、運行費用高以及電耗高等問題，因此，處理水量在10萬立方米/d以下的縣級中小城市的污水處理廠處理工藝一般多採用氧化溝和SBR工藝。西北某縣城污水處理廠日處理污水4萬噸，處理工藝採用的是奧貝爾氧化溝。主要處理：工段有機械處理段、生物處理段、和污泥脫水處理段。機械處理段由粗格柵間、進水泵房、細格柵間、旋流沉砂池組成。生物處理段由厭氧池、氧化溝、迴流及剩餘污泥泵房、二沉池、接觸池等組成，污泥脫水處理段由儲泥池、污泥脫水機房組成。該工藝的流程見圖1。
城市污水管網收集到的污水到了進水泵房，在這里大的固體雜質被格柵機過濾掉，然後較稀的污水被提升泵送到旋流沉砂池，污水由於攪拌機和吸砂機的作用，其中的固體顆粒又被去除。下一道工序是污水先被送到厭氧池，目的是去磷、脫氮，然後流入氧化溝，這里有相應的菌種來分解、凈化污水，氧化溝中的污泥細菌生態系統維持存活的主要條件一個是污水中的有機物雜質，另一個就是氧氣的供應，所以氧化溝上的曝氣轉碟的作用是對污水進行充氧。經過氧化溝處理後的污水在二沉池沉澱後然後在接觸池加氯達標後可直接排放，多餘的污泥被排泥泵送到脫水機房，通過脫水處理，污泥被壓干製成餅，用作肥料。
2 自控系統的硬體選擇
污水處理主要是順序邏輯控制，這正是PLC控制的優勢所在。在眾多的PLC生產廠家中，西門子公司的S7-300 PLC系列產品以其較高的性價比成為眾多用戶的首選。S7-300是模塊化的中小型PLC系統，能滿足中等性能要求的應用，模塊化、無排風扇結構，各種單獨的模塊之間可進行廣泛的組合以用於擴展。介面模塊（IM）用於多機架配置時連接主機架（CR）和擴展機架（ER），S7-300通過分布式的主機架（CR）和二個擴展機架（ER）可以操作多達32個模塊。中央處理單元（CPU）集成有PROFIBUS-DP和MPI通訊介面，多點介面（MPI））用於同時連接編程器、PC機和人機界面等。信號模塊（SM）用於數字量和模擬量的輸入輸出。
3 總體控制要求及功能
污水處理廠自控系統的要求是對污水處理過程進行自動控制和自動調節，使處理後的水質指標達到要求的范圍；在公司中控室發出上傳指令時，將當前時刻運行過程中的主要工作參數（水質參數、流量、液位等）、運行狀態及一定時間段內的主要工藝過程曲線等信息上傳到公司中控室。功能如下：
1）控制操作：在中心控制室能對被控設備進行在線實時控制，如啟停某一設備，調節某些模擬輸出量的大小，在線設置PLC的某些參數等。
2）顯示功能：用圖形實時地顯示各現場被控設備的運行工況，以及各現場的狀態參數。
3）數據管理：依據不同運行參數的變化快慢和重要程度，建立生產歷史資料庫，存儲生產原始數據，供統計分析使用。利用實時資料庫和歷史資料庫中的數據進行比較和分析，得出一些有用的經驗參數，有利於優化氧化溝的准閉環控制，並把一些必要的參數和結果顯示到實時畫面和報表中去。
4）報警功能：當某一模擬量（如電流、壓力、水位等）測量值超過給定范圍或某一開關量（如電機啟停、閥門開關）閥發生變位時，可根據不同的需要發出不同等級的報警。
5）列印功能：可以實現報表和圖形列印以及各種事件和報警實時列印。列印方式可分為：定時列印、事件觸發列印。
4 系統構成及其布局
如果採用常規PLC集中控制方式，將現場信號通過電纜連接到集中控制室內的PLC上，由於工藝線路長、現場控制點分布范圍廣，需要敷設大量的電纜及橋架，且現場環境惡劣、其施工難度非常大。鑒於此，採用了PROFIBUS現場匯流排技術，根據工藝劃分，系統共設了兩個主站、兩個子站、兩個操作員站。採用西門子的S7-300系列PLC，主站採用CPU315-2DP，其帶有一個DP通訊口和一個MPI口。子站採用通用性較好的ET200M遠程模塊，用於現場數據的採集和控制，並藉助PROFIBUS（工業現場匯流排），方便控制網路系統的建立。其自控系統見圖2。
控制系統分為三個級別，即現場級、控制級、管理級。
（1）管理級
管理級集中監控各個分站設備的運行狀態。管理級現場匯流排選擇PROFIBUS-FMS匯流排，兩台安裝組態軟體的冗餘伺服器作為PROFIBUS-FMS現場匯流排的操作員站，安裝在控制室內，可以同時收集現場數據。伺服器採用WinCC組態軟體，並配有伺服器軟體包選項。
（2）控制級和現場級
控制級主要功能是接收管理層設置的參數或命令，對污水處理生產過程進行控制，將現場狀態輸送到管理層。根據本廠工藝流程和總平面布置，結合馬達控制中心MCC的位置和供配電范圍，按照控制對象的區域、設備數量，以就近採集和單元控制為劃分區域的原則，在進水泵房、變電所設兩座現場主站PLC1、PLC2。在加氯間、脫水機房設兩座現場子站，其中加氯間PLC1-1為進水泵房PLC1的DP從站，脫水機房PLC2-1為變電所PLC2的DP從站。現場主站與現場子站之間採用PROFIBUS-DP現場匯流排。現場主站PLC1、PLC2分別由電源模塊PS 307、CPU315-2 DP模塊和通訊模塊CP343-5及相應信號模塊SM組成。現場子站採用ET200M遠程單元，每個ET200M單元均由1個IMl53-2匯流排介面模塊和其它若干數字量、模擬量輸入輸出模塊組成。
進水泵房現場主站PLC1監控范圍為粗格柵、進水泵房、細格柵、沉砂池等，其主要控制對象為粗細格柵間的粗細格柵及進水電動閘門、進水泵房的污水提升泵、沉砂池的排砂裝置和砂水分離等設備，此外，還負責進水水質如pH、SS（濁度測量）等參數的在線檢測。其I/O配置為：DI＝144、DO＝48、A1＝16。
加氯間現場子站PLC1-1監控范圍為加氯間、接觸池，其主要控制對象為加氯消毒等設備，此外其還負責出水水質如：余氯、COD、流量等參數的在線檢測。其I/O配置為：D1＝48、DO＝16、AI＝8。
變電所現場主站PLC2監控范圍為厭氧池、氧化溝、迴流及剩餘污泥泵房、二沉池，主要完成對處理工藝參數的監測控制，如對溶解氧、污泥濃度、pH值、ORP值等參數的測控。對曝氣設備、攪拌設備、排水設備、污泥迴流及剩餘泵、刮泥機等進行操作控制，以滿足對處理出水水質的要求。其I/O配置為：DI＝224、DO＝8O、A1=24。
脫水機房現場子站PLC2-1監控范圍為脫水機房、儲泥池，其主要控制對象為儲泥池的攪拌器、電動閥門，脫水機房的進泥泵、輸送機、濃縮機、加葯系統等設備。其I/O配置為：DI＝48、DO＝16、Al＝8。
5 系統軟體
計算機操作系統採用Microsoft Windows 2000 Professional中文版操作系統。歷史資料庫採用Microsoft SQLServer 2000中文版軟體。上位機監控軟體採用GE公司的iFIX3.5組態軟體來實現。
1）操作系統軟體Windows 2000 Professional中文版操作系統提供了一個快速、高效的多用戶、多任務操作系統環境，是目前使用廣泛的工控操作系統。資料庫伺服器採用Windows2000 server中文版配合Microsoft SQL2000使用，用來保存歷史數據。各工作站均採用Windows 2000 Professional中文版操作系統。
2）iFIX3.5監控軟體實現了對整個系統的開關量、狀態量、電量、模擬量的採集和處理，並顯示在主工作站的界面上；對一些污水處理廠重要的物理量如各個進水泵的電流、頻率、出口壓力等都實時顯示在主上作站的主界面上，便於調度員及時掌握系統的運行情況。
3）資料庫伺服器上安裝Microsoft SQL2000中文版資料庫軟體，用來儲存整個污水廠重要的歷史數據，通過iFIX3.5與Microsoft SQL 2000的通訊來讀取歷史數據。單獨設計一個資料庫伺服器可以避免因為系統局部故障導致歷史數據丟失現象的發生。
4）STEP7可以利用IEC-1131標准中八種編程語言中的6種（STL、LAD、FBD、CFC、SFC和SCL）進行編程、本系統利用STEP7對西門子可編程序控制器進行配置、編程。
6 結束語
用西門子S-300 PLC設計的自控系統在該污水處理廠投入使用以來，運行至今系統穩定、可靠。設備具有調試簡單、操作方便、使用安全、效率高、故障率低，污水處理效果好的特點，提高了勞動生產率，同時由於軟硬體均採用模塊化結構，方便了工程技術人員的安裝、調試和維修。