汙水處理廠自動控製係統設計解決方案：南京康卓環境科（kē）技有限公司根據宜都市高壩洲汙水處（chù）理（lǐ）廠（chǎng）自（zì）控文件的要求，參考相關的水、電等機電設備的相關資（zī）料，自控控製及儀表係統需監控的內容有（yǒu）：

1、係統設（shè）備監控：包（bāo）括格柵（shān）機係統、進水泵自控、啟閉機的監（jiān）控（kòng）、推流器的監控、提升泵房（fáng）自動控製及運行優化調節，汙泥脫水機房設備監控。

2、重要設備的監控：格柵機、進水泵、提升泵、推流器、攪（jiǎo）拌機。

3、水質的（de）監測：PH值、水流量、液位、水溶解氧、汙泥濁度、COD、NH4_N等。

4、係統集成：集中控（kòng）製的顯示及係統管理軟件。

 

 

一、工程範圍

1、根據宜都市（shì）汙水處（chù）理廠工程建設項目圖紙等文件的要求，完成自控係統的設計（jì）、製造、運（yùn）輸、安裝、安裝指導、調試、試運行、驗收及售後服（fú）務工作，並（bìng）向業主移交與上述工作有關的、必要的文件資料。

2、負責該係（xì）統的深化設計，並保證上述工作（zuò）完全符合文件要求，同時也滿足設備（bèi）正常、有效運行的要（yào）求。

3、我們（men）公司的工作（zuò）還包括以下的內容：

1）係（xì）統的深化設計

2）設備（bèi）及部（bù）件的檢查、檢驗、測試

3）設計交底

4）設備及設（shè）備安裝（zhuāng）部件的安裝指導

5）設（shè）備及係統調試

6）整改工作

7）與（yǔ）其它分包商的協調（diào）配（pèi）合

8）竣工（gōng）驗收

9）保修期及售後服務

 

二、係統設計

1、設計原則

全廠計算機自（zì）控係統采用集散（sàn）型（xíng）的計算機網絡係統加工業組態軟件以及可靠通用的PLC模塊，保證係統的可靠性、先進性、靈活性及實時性。

2、係統實現（xiàn）

 根據湖北省宜都市汙水處理（lǐ）及配套管網工程的規模及工藝（yì）要求，結合多年（nián）來我司（sī）在（zài）汙水處理行業及多個汙水處理廠（chǎng）建設的成熟技術和豐（fēng）富經驗，我們設計使（shǐ）用HMI+PC係統為本次項目的自動化係統構成，再通過和其（qí）他各（gè）種外設的連接，從（cóng）而實現對整體汙水處理工藝的（de）全過程自動化控製係統（tǒng），並按照預定的程序對現場設備實現全（quán）方（fāng）位的控製以及信號的采集和傳輸。

圖示1.1 控製原理（lǐ）示意圖

如上圖（tú）所示，在現場控製層（céng），現場各設備狀態信號（hào）輸（shū）入PLC的開關量輸入模塊（DI模塊），PLC的CPU通過邏（luó）輯運算和數據轉換成為控製信號，由開關（guān）量輸出模塊（DO模（mó）塊（kuài））輸出信號，控製各泵動作，同時PLC將采集（jí）到的（de）各設備的狀（zhuàng）態信號傳輸上位機控製係統，由上位（wèi）機組態軟件直觀形象的顯示出來。另外（wài）通過（guò）現場儀器儀表對係（xì）統（tǒng）的參數進（jìn）行測量，並將所測的數據（jù）傳輸至PLC的輸入模塊中，PLC根據從控製上位機上設定的各項參數（各液位（wèi）的高度等）實現對係統的全自動控製。由上（shàng）圖可知，在現場控製層的所有信號的采集和傳輸全部通過PLC來實現；上位機起人機對（duì）話媒介，能夠對所有設備及數據進行監視、控製（zhì）、參數設定、事件存儲、報警查詢等操作（zuò）。PLC與上位機采用工業以太網的通訊方式，保證通訊的實時性與可靠性，若中控室與PLC控製櫃之間的距離較遠，可采用光纖通訊。另（lìng）外此係統還可以改進成雙環網的控（kòng）製係統，以增加監控係統的可（kě）靠性。

 

三、係統（tǒng）控（kòng）製邏輯功能

控製方式，本係統控製方式分為：就地控製、集中手動控製、集中自動控製。

就地控製：此控製（zhì）模（mó）式下，各泵（bèng）控製櫃的模式開關在就地狀態，各泵的啟停互不關聯，啟停操（cāo）作在（zài）各泵對應的控製櫃上點動按鈕操作。此模式下上位機僅顯示狀態，不參與控製，對應的控製（zhì）按（àn）鈕無效。

集中手動控製：此控（kòng）製模式下（xià），各泵控（kòng）製櫃的模式開（kāi）關在遠方狀（zhuàng）態，各泵的（de）啟停互不關聯，啟（qǐ）停操作在上位機上點動相（xiàng）應按（àn）鈕執行。同時上位機上顯示各泵的工作狀態。

集（jí）中自動控製：此控（kòng）製模式下，各泵（bèng）控製櫃的模式開關在遠方狀（zhuàng）態，各泵的啟停不受人為（wéi）控製，泵的（de）狀（zhuàng）態（tài）由PLC內設定的程序及（jí）參數自行控製。上位機上顯示各泵（bèng）的工作（zuò）狀態。

係統自動模式詳細分解（jiě）（以水池液位控製為（wéi）例）：首先確定係統處於集中（zhōng）自動控製模式（shì）下。確認6個（gè）液位的設置參數符合（hé）實際要求。係統根據實際測量的液位自動運行，運行模式如下：

1）、液位一（yī）液位（wèi）較低，為保護水泵（缺水保護），當（dāng）水位由高水位（wèi）回落（luò）至此水位以下時，係統自（zì）動停泵。

2）、液位二高於液位一，為啟動一台泵的（de）信號。

3）、液位（wèi）三高於液位二，液位由液位二升至（zhì）液位（wèi）三，係統自動啟動第二（èr）台泵。

4）、液位四高於液位三，液位由液位（wèi）三升至液位四（sì），係統自動啟動（dòng）第三台泵。

5）、液位五高（gāo）於液位四，液位由液位四（sì）升至液位五，係統自（zì）動啟動第四台泵（bèng）。

6）、液位六為較高（gāo）液位，液位由液位五升至（zhì）液位六，係統發出聲光報警（jǐng）信號（hào）。提醒用戶液（yè）位超（chāo）高（警戒水位報警）。

7）、先（xiān）進、二、三、四台（tái）泵並非對（duì）應1#、2#、3#、4#泵。係（xì）統根據啟動的（de）次數自動輪換起泵，先進次起泵先進（jìn）、二、三、四（sì）台（tái）泵對應泵為1#、2#、3#、4#泵。第二次起泵先進、二（èr）、三、四台泵對應泵為2#、3#、4#、1#泵。第三次起泵先進、二（èr）、三、四台泵對應泵為（wéi）3#、4#、1#、2#泵。第四次起泵先進、二、三（sān）、四台泵對應泵為4#、1#、2#、3#泵。當其中的一台泵發生故障時，立即（jí）切換下一台泵自動投入（rù）運（yùn）行。

8）、液位（wèi）是（shì）否到達的狀態由液位指示（shì）燈顯示，藍色表示（shì）未到達，紅（hóng）色表示（shì）到達（dá）。液位的設定值由每液位指示燈右側（cè）的（de）數值顯示器顯（xiǎn）示。

9）、無論控製模式處於何種模式，各泵（bèng）的運行（háng）都進（jìn）行（háng）累計計時，計時時間顯示在如圖所示（shì）的控製櫃右側。

5、電動閥（fá）門的控製，若閥前安裝電動閥門，每台電動閥門與對應的（de）水泵連鎖，啟動每台水泵前先開啟閥門（mén），閥門完全打開後延時設定時間運行水泵，水泵運行設定時間後關閉閥門。

6、格柵的控製，若該係統安裝格柵，則根據時間（jiān）控製格柵機的運行（háng），格柵係統每隔60min運行一次（cì），運行時間20min。

7、啟閉機，由於啟閉機處於常開狀態，僅檢修時需要關閉，故啟閉機沒用（yòng）自（zì）動控製，僅手動控製即可，監控係統僅對其進行狀態監控及手動開（kāi）閉操作。

8、壓實（shí）機（輸送機），若係統安裝壓實機，壓實機（jī）與格柵聯動，格柵運行時壓實機運行（háng），格柵（shān）停止運行後延（yán）時（shí）設定時（shí）間，壓實機停止運（yùn）行。

9、厭氧池及氧化溝內設備，根（gēn）據時間控製汙泥和水進入厭氧池，通過（guò）潛水攪拌器的（de）不停攪拌並進行1-2小時的氧化。汙泥和水在潛水推流器的作用下，在氧化溝內不斷地移動並進（jìn）行氧化，在（zài）自動模（mó）式下係統根據汙水處理（lǐ）廠（chǎng）的工況及工藝（yì）參數（shù）由PLC根據預先編製好的程序來（lái）完成對（duì）設備的操作。

 

 

四、係統選型

在整個監控係統的“心髒”——工業可編程控製器PLC的選型方麵，我們經（jīng）過反複、多次地比較（jiào）發現，西門子公司（sī）的S7係列PLC正是我們所追求的高性價比的PLC產品：

性能可靠：性能上完全滿足和超越設計要求；

使用成熟：在供排水行業（yè），電力、汙（wū）水處理等行業應用；

性價比高：與其他公司PLC相比；具有品牌和質量優（yōu）勢；價格適中；

網（wǎng）絡功能強大：這也是品牌的特點和優勢；

升級方便：從技術上可以隨時升級。

 

五、係統功能

本控製（zhì）係統具有保護（hù）、控製、測量、信（xìn）號采集及故障記錄等功能，這些保護按常規配置，控製有手動和自動控製功能，具有聯鎖裝置。測量包括電氣測量和非電氣測量。信號采集主要是保護裝置的動（dòng）作信號、設備故障信號及其它（tā）接點（diǎn）信號。

控製係統采用可編程序控製器PLC進行（háng）數據采集和係統控製（zhì）。控製（zhì）係統應（yīng）對整個係統進行集（jí）中監視、管理、自動順序控製，並可實現遠方手動即軟手動操作。

控製方式使用一（yī）台上位機操作（zuò）站作為操作平台。通過上位機顯示畫麵對各個（gè）泵站進行監視和控製，淘（táo）汰了傳統的（de）儀（yí）表盤台和按鈕控製。所有運行參數（shù）、報警信號均應能（néng）打印記錄。

係統采用自動程序（xù）控製、就地操作相結合（hé）的控製（zhì）方式。圖控軟件能顯示各個泵站的工藝流程及測量參數、控製方式、順序（xù）運行狀態、控製對（duì）象狀態等，並能（néng）對參數進行成組（zǔ）顯示、趨勢曲線顯示和棒（bàng）圖顯示。當參數（shù）越限報警、控製對象故障或狀態變化時，能以（yǐ）不同顏色進行（háng）顯示。

係統（tǒng）中（zhōng）硬件方麵的所有模件是插接式（shì）的，便於更換。係（xì）統中任一模件的故障，不影響其他模件的運（yùn）行。係統具有自（zì）診斷功能，診斷（duàn）至I/O模件級（jí）。在程控係（xì）統故障時，能及（jí）時（shí）給出LED自診斷故障顯示和音響報警。

軟件方麵，其操（cāo）作界麵簡單明（míng）了，仿真效果好，所有（yǒu）電機成（chéng）顏色、動態顯示其狀態，管路有水流效（xiào）果，液（yè）麵有升降效果。操（cāo）作人員能夠及時（shí）查詢（xún）一次設備狀態，並可以人工打印（yìn）、存儲數據。能夠顯示事件信息，事件列表（biǎo），並（bìng）提供了各種查（chá）詢手段，還可（kě）以（yǐ）進行人工置（zhì）數操作，報警確認（rèn）操作，可以（yǐ）顯示在（zài）線曲線和曆史曲（qǔ）線，顯示曆史報表，並且（qiě）能夠打印。

 

六、詳細技術規格

1係統要求

1.1係統要求

⑴高可靠（kào）性

從汙水處（chù）理廠（chǎng）的（de）工作狀況來看，現場控製設備的工作環境比較差，汙水處理廠的自動控製方案設計應（yīng）使係統能長（zhǎng）期穩定可靠運行，做到免（miǎn）維護（hù）或少維護。

 ⑵先進性

因為科學技術在發（fā）展（zhǎn），汙水處理廠自動控製係統，不（bú）僅要（yào）代表當今的科技水平，還要力（lì）爭在五至十年內不落後。

 ⑶開放性

自動控製係統，對用戶徹底開放。所有硬件接口（kǒu），軟件協議全部按開放性的（de）標準（zhǔn）設計、編製，為用戶今後係統的擴展，提供硬件（jiàn）和軟件保證。

 ⑷實用性

操作方便、簡單易學、界麵清楚、功能實用。在（zài）大方、美觀的前提下，讓用戶感受到真實情況（kuàng），全（quán）功能的漢（hàn）字處理和顯示。

 ⑸規範化

方案設（shè）計（jì）、設備選型、圖紙設計、軟件設計、設（shè）備（bèi）安（ān）裝、係統調試等過程中，都（dōu）嚴格按照國家相關質量體係執行。

1.2控製方式（shì）

控製方式，本係統（tǒng）控（kòng）製方式分為：就地控製、集中手（shǒu）動控製、集中（zhōng）自動控製（不作贅述，詳見“係統（tǒng）邏輯功能”）。

2係統組成

2.1現場控（kòng）製單元

現（xiàn）場（chǎng）控（kòng）製（zhì）單元采用可編程邏輯控製器，主要完成下述4項主要功能：

過程（chéng）信號采集

過程信號輸出

過程自動控製

傳送采集數據（jù）到觸摸屏

擴展功能及通訊接口

2.2進入（rù）優先級

係統操作員和用戶進入係統要使用密碼。

係（xì）統提供分級的用戶進（jìn）入密碼係統，所以低級（jí）操作員隻能進入基本（běn）操作功能，同時較高級別的操作人員（yuán），按照不同的密碼，可進入不同的係統組態功能。一旦係統操作員（yuán）提供（gòng）了正確的密（mì）碼，他（tā）可以修改他的密碼（mǎ），而他的權限不會發生變化。

2.3過程（chéng）顯示

過程畫麵應按照泵站的構築物的走（zǒu）向進行組態，以方便操作（zuò）員的操作。

係統提供多幅現場區域畫麵。命令行用於發出命令。過（guò）程畫麵可顯示的動態值。每個過程畫麵上可顯示多個動態值。

模擬數（shù）值以數（shù）字方式顯示（shì）。例如：液位應在畫麵中按（àn）照實際的情（qíng）況進行變化。開關量，例（lì）如：泵的運行（háng）情況（kuàng），利用（yòng）泵圖形的變（biàn）化來表示（shì）。

係（xì）統較慢每1秒鍾更新過程信息。畫麵的（de）刷新時間不小於1秒鍾。

2.4報警信號

  （1）汙水處理（lǐ）廠的報警信號可由PLC櫃或上位機及馬賽克屏發出（chū）。

  （2）報警信號分聲、光二種報警。

       1.聲報（bào）警：由安裝於PLC櫃（guì）中的蜂鳴器發聲並由人工消音。

      2.光報警：在操（cāo）作界麵上以醒目的顏色閃爍顯示。

  （3）報警信（xìn）號是由PLC的開關量輸出通過繼電器動作來驅動的。

2.5故障/錯誤信息和確認

運行（háng）過程中（zhōng）一（yī）旦產生故障，各自的區域顯示就（jiù）會閃爍，並顯示一組報警（jǐng）。操作員通過指南信息，被引導至故障產生處的畫麵，操作員（yuán）可確認故障。

確認的故障/錯誤不（bú）可取消，而采用靜態顯示。隻有故障/錯誤被取消/複位之後，畫麵將返回正常運（yùn）行狀態。

3主要（yào）設備技術參數

3.1現場控製單元（PLC）

現今世界，能源問題已（yǐ）成為製（zhì）約經（jīng）濟（jì）高速發展和環境（jìng）保護的核心因素，康卓科技一直致力於改善客戶在電力（lì）領域的績效和日常（cháng）生活水平。作為能源優化領域的世界領先企業，康卓（zhuó）電氣集團業務包括5大市場：能源和基（jī）礎設施、工業、數據中心和網絡、樓宇以及住宅等領域提供產品和服務。 

德國西門（mén）子（SIEMENS）公司生產的可編程序控（kòng）製器在我國的應用也相當廣泛，在冶金、化工、印刷生產線等領域都有（yǒu）應用。西門子（SIEMENS）公司（sī）的PLC產品包括LOGO，S7-200，S7-300，S7-400，工業網絡，HMI人機（jī）界麵，工業軟件（jiàn）等。

西（xī）門子（zǐ）S7係列PLC體積小、速度快、標準化，具有網絡通信能力，功能更強，可靠性更高。S7係列PLC產品可（kě）分為微型PLC（如S7-200），小規模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。

 

     S7-300是SIMATIC控製器中銷售量較多的產品，它已成功地用於範圍廣泛的自動化領域。S7-300 的重點在於為生產製（zhì）造工程中（zhōng）的係（xì）統解決方案提（tí）供一個通（tōng）用的（de）自動化平台。這就是說，S7-300 是用於集中式或分布式結構的優化解決方案（àn）。堅持不懈的創（chuàng）新和改革使S7-300這個（gè）廣泛（fàn）應用的自動化平（píng）台能持續不斷的升值概述。

SIMATIC S7-300 的（de）大量功（gōng）能支持和幫助（zhù）用戶進行編程啟（qǐ）動和維護

高速的指令處理：0.6~0.1μS的指（zhǐ）令處理（lǐ）時間在中等到較低的性（xìng）能要求範圍內開辟（pì）了全新的應用領域。

浮點數運算：用此功能可以有效地實現更為複雜的算術運算。

方便用戶的參數（shù）賦值：一（yī）個帶標準用戶接（jiē）口（kǒu）的軟件工具給所有（yǒu）模塊進行參數（shù）賦值，這樣就節（jiē）省了入門和（hé）培訓的費用。

人機（jī）界麵（miàn） (HMI)：方便的人機界麵服務已經集成（chéng）在S7-300 操作係統（tǒng）內。因（yīn）此人機（jī）對話的（de）編程要求大大減少。SIMATIC人機界麵(HMI)從S7-300中要求數據，S7-300按用戶指定的刷新速度傳送這些數據。S7-300操作係統自動地處理數據的傳送。

診斷功能： CPU的（de）智能（néng）化的診斷係統連續監控係統（tǒng）的功能是否正常（cháng）、記錄（lù）錯誤和特殊係統事件 

(例如：超時，模塊更換，等等)。

口（kǒu）令保護：多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其技術機密，防止未（wèi）經允許的複製和修（xiū）改。 

操作方（fāng）式選擇開關 ：操作方式選擇開關像鑰匙一樣可以拔出，當鑰匙拔（bá）出（chū）時，就不能改變操作方式。

SIMATIC S7-300具有多種不（bú）同的通訊接口：

多種通訊處理器用來連接AS-i接口、PROFIBUS和工（gōng）業以太（tài）網（wǎng）總線係統

通訊處理（lǐ）器用來連接點（diǎn）到點的通訊係統

多點接口(MPI)集成在CPU中（zhōng），用於同（tóng）時連接編程器、PC機、人機界麵係統及其他SIMATICS7/M7/C7等（děng）自動化控製係統。這是一個經濟而有效的解決方案；方便用戶的step7的用戶界麵（miàn）提供了通訊組態功（gōng）能，這使得（dé）組態非常容易、簡單。

 

4、櫃（guì）體

4.1概述

所有的機櫃都統一的外形，每個機櫃有20％的預留空間，以便遠期擴容和增加元件，機櫃的結構和所有（yǒu）內部連線符合IEC標準的具體（tǐ）要求（qiú）。所有機櫃裝配完整，所有電氣工作，符合電氣規範（fàn）的（de）應用要求。各機櫃及操作台均放置在室內。

4.2 溫度（dù）控製

為了保持櫃內溫度（dù）低於各（gè）元件允許的較高溫度，提供強製的通風。留（liú）有通風孔和安裝（zhuāng）強（qiáng）製通風的風（fēng）扇。

4.3櫃體的結構

用2MM厚鋼板製成，前麵開門，內部電氣安裝至安（ān）裝板上，製作安裝底座便於安裝。

4.4櫃體表麵處理

外表麵塗電腦（nǎo）色，桔皺烘漆，內部（bù）安裝板、支架等均鍍鋅處（chù）理。

4.5銘牌

櫃體有明顯（xiǎn）的標記，櫃內每一個元器（qì）件都標（biāo）記明（míng）確。

4.6櫃體內電氣內部線路：

1. 電（diàn）源線和控製線為銅線，線麵積不小於1.0mm2。

2. 線槽填充度（dù）不超過60％。

3. 提供帶有接地線的220V AC電源插座，每個需要220VAC電源的（de）設備，提供帶有地線的接頭，用於連線，盤內無（wú）暴露在外的端子相接觸。

4. 端子板： 

提（tí）供充足的端子，滿（mǎn）足目前（qián）和20％的（de）餘量，將盤內備（bèi）件（jiàn）和端子板連（lián）好線。

提供螺栓壓緊：耐壓要求不小於500V。

在端子（zǐ）板底部有一個標記並且還有一個貫穿整個端子板標記（jì）條，上麵用（yòng）不同號碼（mǎ）標記每個端子，號碼為打印的。

按照所需的尺寸和型號（hào）的（de）線選擇（zé）端子板，端子板標誌清晰，用打印（yìn）的標誌號標出可（kě）使用的係統。

現場連接（jiē）的端子板將作為現（xiàn）場櫃的一部分。

5.為了安（ān）全起見，每個回（huí）路有斷路器或熔斷（duàn）器保護（hù）；220VAC的回路裝斷路器，能承受250V，2500A的短路容量，且帶有（yǒu）氖燈（dēng）指示；24VDC回路為快速響應的玻（bō）璃管式熔斷器，對於4～20m ADC回路為1A，用於單獨儀表供電為3A。