自（zì）來水廠汙水處理自動控製係統解決方案
發布（bù）日期：2017-09-16 08:55 瀏覽次數：
自（zì）來（lái）水廠汙水處理自動控製係統
自來水（shuǐ）生產過程（chéng）中，沉澱池排泥、濾池衝洗等工藝會產生大量汙水。過去，通常對這些汙水做直接排放處理。隨著環（huán）保要求的（de）提高，以及（jí）水資源成本的不斷增加，越來越越多的水廠建（jiàn）立了汙水處理係統，對（duì）生產過（guò）程產生的汙水進行（háng）回收利用。根據康卓科技了解我（wǒ）國目前（qián）超過半數的（de）城市自來水廠的汙水處理都依賴於觀察法（fǎ），依靠工（gōng）人手動調節，很難實現完全自動化處理。汙水處理不能完全自動化（huà），一方麵降低了汙水處理的效率，造成了水資（zī）源不能充分利用；另一方麵也容易對（duì）自來水廠供水的水質造成影響。
鑒於此，南京康卓環境科技有限公司（sī）研發設計了一套汙水（shuǐ）處理的（de）自動化處理技術，以PLC技術（shù）為載體設計基於以太網的遠程自動化處理控製係統，以（yǐ）期能夠實現汙水處理的全過（guò）程自動化，並各大（dà）城市自（zì）來（lái）水汙水處（chù）理中廣泛應（yīng）用（yòng）。
基於以（yǐ）太（tài）網的汙水自動處理係統總體（tǐ）設計
1.1 係統功能
基於（yú）以太網的自來水廠汙水自動處理控製係統（tǒng），其主要功能包含以下幾個方麵。
1.1.1 汙（wū）水處理工（gōng）藝監測
汙水處理是一套複雜的工藝過程，要實（shí）現汙水處理質量達標，就必須要對各個工藝環節進行監測（cè），例如對含泥量、加藥量、脫（tuō）水機運（yùn）行等工藝過（guò）程的監測。
1.1.2 設備運行狀（zhuàng）態監測
汙水處理需要眾多機（jī）電裝備的（de）運行，需要整個自動控（kòng）製係（xì）統能夠自動監測設備運行狀態，包括設備的環境參數和運行狀態參數。
1.1.3 遠程聯網（wǎng）管理
包括遠程聯網調度機電（diàn）設備的運行、遠程聯網控（kòng）製汙水處理工藝以及遠程聯網監測（cè）汙水（shuǐ）處理（lǐ）水質（zhì）等全過程自（zì）動化管理。
1.1.4 係統故障管理
自來水汙（wū）水處理自動控製管理係統應當具（jù）備一（yī）定的智能性，當係統（tǒng）發生故（gù）障時，能（néng）夠自動實現故障定位，並（bìng）給出可能的故障原因以及故障解決建議。
1.1.5 數據管理
汙水（shuǐ）處理自動控製係（xì）統要能夠自動記錄汙水處理的（de）相關數據，包括原（yuán）料的耗用（yòng）情況，水質的檢測數據，以（yǐ）及各個機電設備的運行功率（lǜ）、投人和產出數據等。
1.1.6 安全（quán）管理
汙水自動控製係統支持安全（quán）預警機製，當設備出現異常時能夠自動報警，並切斷係統的運行（háng），保證生產車間的安全運行。
1.2 網（wǎng）絡拓撲結構
網絡的拓撲結構有很多種，選擇合適的網絡拓撲結構，對於汙水自動處理（lǐ）控製係統的聯網運行的可靠性具有重（chóng）要（yào）影響。目前主要有以下幾種拓（tuò）撲結構：
1.2.1 總線型
總線型網（wǎng）絡（luò）拓（tuò）撲結構簡單靈活，組網成（chéng）本低；但是總線型結構網絡故障診斷較為困難。
1.2.2 網型
網型拓撲（pū）結構的容錯性（xìng）較好，可（kě）靠性非常高（gāo），但是組網成本非常（cháng）高昂，後期管理維護成（chéng）本較高。
1.2.3 環型
環型網絡結構結構簡單，組網成本低，同時後期維護成本較低，對（duì）組（zǔ）網空間距離不敏感。
綜（zōng）上所（suǒ）述，自來（lái）水廠（chǎng）汙水處理控製係統適合采用環型網絡拓撲結構構建遠程自動控製係統，並且遠程控製實時性較好，易（yì）於後期功能的擴展升級。
汙水處理自動控製管理係統的設計（jì）與實現
2.1 係統運行模（mó）式
基於以太網的遠程自動控製係統，目前主要有兩種係統模（mó）式，分別（bié）是B/S模式和C/S模式。
2.1.1 B/S模式
所謂B/S模式，就是瀏覽器/服務器模式，這種模式無需開發專（zhuān）用人機交互軟件，借助於瀏（liú）覽器實現人機交互，但是（shì）服務器負荷較大。
2.1.2 C/S模式
所謂C/S模（mó）式，就是客（kè）戶端器/服務（wù）器模式，需（xū）要專門設計的人機交互軟件，開發工作量較（jiào）大，但是（shì）大大減輕了服務器的負荷，係統的穩定性有所提高。
鑒於上述兩種係統（tǒng）模式各有（yǒu）優缺點，本自動化控製係統（tǒng）采用兩種模式的結合模式，即係統前端借助瀏覽器實現人機（jī）交互，以此減輕整個係統的開發工（gōng）作量；同時係統後台增加一台服務器，用於程序的響應（yīng）與控製，將數據集中在另一台服務器上，這樣既可以減輕服務器的（de）負荷，同時又提高了係統的健壯性，提高了係統運行的穩定性和可靠性。
2.2 係統硬件電氣設計
基於（yú）PLC的汙水自（zì）動處理控製係統，較主要的硬件（jiàn）就是PLC，這（zhè）裏選（xuǎn）用以可靠性（xìng）高出名的（de）西門子S7-200係（xì）列PLC，核心CPU選用S7-224，該CPU具有14個數字量輸入和10個數字量輸出，能夠滿足中小型汙水處理的應用需求。
除了選擇PLC外，還需要設計配電櫃（guì），選擇熔斷器、空氣開（kāi）關等（děng）電氣設備，將配電櫃安置在汙水處理設備車間內，通過環型以太網（wǎng）組網的設計，實現底（dǐ）層機電設（shè）備與控製器（qì）的聯網。
關於主電路的（de）設計，應當（dāng）考慮到汙水處理的日產（chǎn）量，以及實（shí）際的電機數量、水泵數量進行合理設計。通常主電氣回路（lù）使（shǐ）用（yòng）交流接觸器KM1、KM2、KM3分別接回流泵、風機和進水泵，以此構成汙水處理的閉環控製。
2.3 係統架構設計
汙水處理自動控製係統的架構，主要從以（yǐ）下三個層次（cì）進行架構設計。
2.3.1 傳感（gǎn）器檢測層
傳感器檢測主要布置在較（jiào）低層，也就是直接（jiē）利用傳感器檢測汙水處理設備（bèi）的工作狀態參數以及環境參數，利用傳感器采集到的數據對（duì）汙水（shuǐ）處理的相關數據（jù）進行計算，實現對汙水處理工藝的自動化監測。
2.3.2 網絡（luò）傳輸層（céng）
傳感器將采集到的（de）監測數據，利用（yòng）環型以太網進（jìn）行傳輸，傳（chuán）輸給PLC控製器。環型（xíng）以太網（wǎng）采用光纖結構布置，在提高網絡通信實時性（xìng）的同時也能夠提高網絡係統（tǒng）性能的穩定性（xìng）。
2.3.3 PLC控製器
PLC控（kòng）製器的主要（yào）任務是接收（shōu）來自底層傳感器傳輸的監（jiān）測數（shù）據，通過（guò）對數據的分類分析（xī）和計算整理，將相（xiàng）關數據信息（xī）發送給頂層--數據信息管理層。
2.3.4 數據信息管理層
數據信息管理層主要是通過基於Windows係統開發的可視化人機交（jiāo）互界麵實現數據信息的顯示、存儲（chǔ）、分（fèn）析和打（dǎ）印等（děng）需求；另一方麵，當數據出現異常或者機電設備出現故障時，該控製中心也能（néng）夠發出報警，同時（shí）依（yī）靠專家（jiā）係（xì）統給出故障診斷結論和建議。
以康卓科技施工的某水廠汙水處理係統（tǒng）為例，其結構如下：係統設一PLC主站和遠程10子站（zhàn），采用施耐德Quantum係列PLC，現場（chǎng）設操作員站負責所有設備的監（jiān）控。PLC主站通過光纖冗（rǒng）餘MB+環網連接至（zhì）控製主網（wǎng）。PLC主站、遠程IO子站以及現（xiàn）場單元之間通過MB+協議實現通訊，如圖2所示。
2.4 係統軟件設計
係統（tǒng）的軟件設計，主要包含兩個方麵。
2.4.1 PLC程序的設計
PLC的程序設計主要是利用梯形圖進行程序開發。由於選用的是西門子的S7-200係列（liè）的（de）PLC，因此在程序設計上可以選用STEP7軟件進行梯形圖的繪製（zhì），這裏不予贅述（shù）。
2.4.2 數據管理層的可視化程序（xù）設計
數據管理層是基於Windows實現的可視化界麵，能夠實現良好的人機交互。在程序開發商，主要是（shì）利用可視（shì）化軟件（jiàn）(如Visua1Basic)設計人機交互界麵，利用計算機（jī）的聯網通（tōng）信能力實現與PLC的聯（lián）網數據交換，從而將較底（dǐ）層的傳感器檢測數據在可視化界麵上顯示出來，以實現良好（hǎo）的人機交互的目（mù）的。
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