玉函ｉ翟骶一一’ｊ—愿蕊文献标识码：Ｂ方法文章编号：１００３—０４９２（２０１０）０５—００９２—０３中图分类号：ＴＰ２７３基于ＰＬＣ的污水处理厂自控系统设计ＳｅｗａｇｅＤｉｓｐｏｓａｌＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍＤｅｓｉｇｎｗｉｔｈＰＬＣ李跃磊（１９８４一）男，河南许昌人，助教，主要从事实验室管理和实验教学研究。物状态、系统控制和机械运行情况等，都影响污水处理的功能和效率，建立高度自动化的污水处理厂，把废水重新利用，能有效地抑制污水污染和环境污染，符合中国２１世纪可持续发展战略，己成为当今社会刻不容缓的任务”】。而高效稳定的污水处理系统基金项目：河南省教育厅自然科学研究资助项目（２００８Ａ５１００１４）就是做好这一工作的保障。近几年来，我国新建城市污水处理厂和新增污水处理站大都采用了ＰＬＣ和现场总线技术，在污水处理摘要：针对传统污水处理过程自动化程度低，效率低下的具体特点。结合ＯＭＲＯＮＰＬＣ构建了分布式控制系统，分析了具体的工艺流程和模块设项目中取得了成功的经验，取得了很好的污水处理效果。本文在某污水处理厂的工艺流程的基础上，结合具体工艺设计了污水处理厂的污水处理监控系统。２计，实现了可靠性高、控制灵活、扩展容易的自动化污水处理系统。关键词：污水处理。自动控制；ＰＬＣ，分布式控制污水处理系统构架污水处理常用的一般监控系统可分为两层。上层为Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌＰＬＣｗａｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄａｕｔｏｍａｔｉｏｎａｎｄｌｏｗｔｏｓｙｓｔｅｍｆｏｒｓｅｗａｇｅｄｉｓｐｏｓａｌｄｉｓｐｏｓａｌｗｉｔｈＯＭＲＯＮｗｉｔｈｒｅｐｉｎｅｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｓｅｗａｇｅｌｏｗ控制室内的两台中心监控计算机，即上位机，通常是设置成两台计算机互为备用的形式。下层则为若干现场可编程控制器，它们分布在水处理厂中不同的位置，分别负责一部分设备的控制。被控设备，如阀门、泵、风机等都与可编程控制器的Ｉ／Ｏ相连，ＰＬＣ通过输入和输出控制信号对其进行控制量采集和控制。上位机和现场可编程控制器之间则借助ＰＬＣ通信网络来交换数据”Ｊ。根据污水处理厂的生产工艺，整个污水处理过程可以分成三个模块口】：（１）污水杂物的去除及预处理。（２）ＳＢＲ池中进行污水的物理化学反应及水与污泥的分离。ＳＢＲ法是序批式活性污泥法（ＳｅｑｕｅｎｃｉｎｇＢａｔｃｈＲｅａｏｍｒ）的简ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｔｈｅｆｏｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｍｏｄｕｌｅｄｅｓｉｇｎｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｃｏｎｔｒｏｌｓｅｗａｇｅｄｉｓｐｏｓａｌｗｉｔｌｌｈｉｇｈｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｆｅａｓｉｂｌｅａｂｉｌｉｔｙａｎｄｅｘｔｅｎｓｉｂｉｌｉｔｙｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．ｃｏｎｔｒｏｌ；ＰＬＣ；ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌＫｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｅｗａｇｅｄｉｓｐｏｓａｌ；Ａｕｔｏｍａｔｉｃ１引言我国现有污水处理厂多数设计标准低，工艺技术和设备落称，又名间歇曝气，它的主体构筑物是ＳＢＲ反应池，污水在这个反应池中完成反应、沉淀．排水及排除剩余污泥等工序，使处理过程大大简化。后，污水处理的可变因素很多，水量、浓度、温度、气量、微生９２急搿籍请翟黧鼎万方数据（３）水的消毒及污泥烘干处理由于三个模块具有明显的分界性，所以设计了三个ＰＬＣ站，即１＃ＰＬＣ站，２＃ＰＬＣ站和３＃ＰＬＣ站用于现场的过程控制。配置了两台上位监控机，对三个现场ＰＬＣ站的运行状态进行实时监控。现场ＰＬＣ站以２＃ＰＬＣ站为通讯主站，通过ＣＯＭ１３与上位监控机通讯，另外两台ＰＬＣ站则通过２＃ＰＬＣ主站与上位机进行通讯，上位机把读上来的数据信息经过处理后在画面上动态显示出来。整个系统是一个分散控制，集中管理的集散系统。３３．２集水井水泵的控制经过粗格栅处理后的污水，汇集在集水井中，等待迸一步处理。整个集水井大约可以存贮５００立方米的污水。当污水达到一定高度时，必须将污水立即从集水井中输入到ＳＢＲ池中。污水水位与投入运行的水泵有如下关系：在液位处于上升阶段，当水位超过１．２ｍ时，投入～台水泵运行；水位超过１．４５ｍ时，投入两台水泵运：水位超过１．６５ｍ时，投入三台水泵运行；当水位超过２ｍ时，四台水泵全部投入运行。在液位处于下降阶段，当水位低于１．６５ｍ时，关闭一台水泵；当水位低于１．４５ｍ时，关闭两台水泵Ｉ当水位低于１．２ｍ时，关闭三台水ＯＭＲＯＮＰＬＣ系统在水厂控制中的应用污水处理厂监控系统选用的是ＯＭＲＯＮ公司的Ｃ系列的中型泵；当水位低于０．５ｍ时，必须关闭所有水泵。当碰到特殊情况时，比如某台泵发生过流故障时，下一台就必须自动切入。而若此时其它的泵都正在运行，则整个控制系统处于等待状态。Ｃ２００Ｈ系ｊ：ＩＪＰＬＣ，ＯＭＲＯＮ的Ｃ系歹ＩＪＰＬＣ是一种比较先进的可编程控制器。３．１ＰＬＣＰＬＣｌ≠｝控制站设计ｌ埘空制站设计是整个污水处理的第一步，主要完成两项当水泵修复后，只要还符合开泵条件，这台泵马上就可以投入运行。从上面的分析可知：液位的升降系数是控制水泵运行的关键因素。超声波液位仪利用超声波在空气中的传输速度和传输时间，可以比较准确地测量出液面的高度。四台水泵的顺序控制是整个集水井控制的关键。对于每一台水泵，共有３个控制继电器：过流保护、自动和退出自动，启动水泵和关闭水泵。节点分配见表ｌ。表１继电器节点分配表用途水泵１过流保护水泵２过流保护水泵３过流保护水泵４过流保护水泵１退出自动水泵２退出自动水泵３退出自动ｌ号聚工作：一是污水中大体积杂物如石头，稻草的祛除；二是控制集水井中的水位高度。粗格栅的设计从上图可以看出，污水通过进水口进入一个缓冲池，缓冲池中设有两个粗格栅，目的是将稻草之类的大型杂物排除出去，如图１所示一】。对应节点ＩＲ００５００ＩＲ００５０１ＩＲＯＣｌ５０２ＩＲ００５０３ＩＲ００５０４ＩＲ００５０５ＩＲ００５０６ＩＲ００５０７ＩＲ００５０８ＩＲ００５０９ＩＲ００５１０ＩＲ００５１１２号泵３号鬟４号泵水泵４退出自动水泵ｌ启动水泵２启动水泵３启动水泵４启动图１ＰＬＣ１存控制站结构图由于污水一般是工业污水和生活污水，其中杂物不需要每时每刻都进行处理。根据工程师的经验，设定粗格栅每隔２小时运行１５分钟，且两个格栅不能同时工作，其工作时序如图２所示。Ａ』０Ｌ１—卜ｔ卫４竹时Ｂ—０——１甲—３——４冉６时２３３．３ＰＬＣＰＬＣ２＃控制站设计２｝ｆ控制站是整个污水处理过程中最重要的一环。该处理过程主要完成两项工作；一是将集水井中流出的水在细格栅中进行过滤，把直径超过３ｃｍ的杂质进一步滤去，并暂时贮存在调节池中；二是集中控￥１ＪＳＢＲ池中污水的物理化学反应，将水与污泥分离，基本达到清水的目的，整个２＃ＰＬＣ站的结构如图３所示％ｏ小时２５小时圈２ＰＬＣｌ≠ｆ控制站租格栅工作时序型ＡＵＴ囊器黧嚣蒜万方数据９３～ｏＭｆ石＿ｆｎ薯霜—一乒ＡＲｔ泳Ａ两百’。—’ｙ；？Ｉ：Ｉ一一．．一一二骤聚嚣蒗方法个：一个是Ｗ２１，即达标水，第二个是经脱水机的烘千、成块的污泥。３．５通信网络设计整个控制系统采用何种通信方式是系统配置的关键。为了便于上位监控计算机以较高的通信速率与下层的各ＰＬＣ交换信息，避免“通信瓶颈”问题，本文采用ＯＭＲＯＮＰＬＣ厂家提供的配套网络硬件ＣｏｎｔｒｏｌｌＬｉｎｋ通信模块。这样，上下层通信可以直接通过插在上位监控机和各ＰＬＣ中的网络模块，设置相应的地址表，并借助简单的内部命令进行数据交换”卅。在本文介绍的污水处理厂的监控系统中，可以通过在上位机和各现场ＰＬＣ之间插入ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＬｉｎｋ模块进行通信。２＃ＰＬＣ是与上位机直接连接的主站，它的部分内存作为存放上位机与各现场ＰＬＣ交换数据的公共区域（即数据链接区，包括发送区和接收区），网络上的可编程控制器和计算机不需要编制通信程序，就能通过网络地址表设定的链接（映射）共享数据。４地一拶难蠛：图３ＰＬＣ２群控制站结构图蝮：细格栅的控制过程设计原理与Ｉ＃ＰＬＣ站的粗格栅的控制原理基本类似，细格栅流出的水先暂存在调节池中。２＃ＰＬＣ时刻监视调节池中的贮水水位，并根据ＳＢＲ池的运行情况决定需要开启哪几个提升水泵（ｔｂｌ—ｔｂ３）和哪几个进水阀ｆｑ（ｓｍｌ－ｓｍ３）。３．４ＰＬＣＰＬＣ结束语本文构建了基于ＯＭＲＯＮＰＬＣ的污水处理自控系统，展开了工艺设计和详细的控制系统设计，根据工艺流程把整个系统分成三个子系统：进水子系统，氧化沟控制子系统，沉淀池子系统。该系统具有较好的扩展能力，系统应用程序设计简单，在物理上实现了真正的分散控制，使系统的危险性分散，可靠性提高。在今后的工作中，尚需进一步提高节能效果，同时给出各个模块的３≠｝控制站设计３撑控制站的工艺控制框图如图４所示，３＃ＰＬＣ主要完成两项任务：一是ＳＢＲ中的输出的接近清水进一步加药处理，达到去除水中有毒的微生物，并使水质达到国家允许的排放标准；第二项任务是将ＳＢＲ池中所排出的污泥也进行加药处理，并在污泥中加入一定量的化肥，最终将污泥烘干，使其成为一种可以用以农业的化肥土，为企业进一步赢得效益啤１。整个子系统的输入是Ｉｌ、１２，其中，Ｉｌ是取自ＳＢＲ池中初步处理过的污水，１２是取自ＳＢＲ池中沉淀下来的污泥。输出也有两Ｉ／Ｏ资源详细说明，和具体的控制算法。够其他作者：王武（１９７８．），男，甘肃兰州人，讲师，硕士，主要从事控制理论与控制工程，智能控制方向的研究。参考文献：【Ｉ】１王东云，牛正光．ＣｏｍｐａｏｔＬｏｇｉｘＰＬＣ在污水处理系统中的应用川．电子技术应用。２００８，（６）：８８－９４．【２】李亿，张莉娜．污水处理工程中的自动控制系统【Ｊ】．漳州师范学院学报，２００６，Ｉ：５４－５８．［３】李建平，石奋苏．基于Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ总线的污水处理系统明．微计算机信息。２００９，（２５）：５２－５４．靖水进口Ｉｌ【４】俞金寿．过程控制系统和应用嗍，北京：机械工业出版社．２００３．【５】５杨静．ＱｕａｎｌａｌｍＰＬＣ在电厂化学水处理控制中的应用川．自动化与仪器仪表，２００９，（４）：８２—８４．【６】周文明，邹晓岚，熊胜利．自动控制系统在永厂中的应用们．自动化博污泥进口１２览．１９９９．３：１８—１９．【７】７邵裕森，戴先中．过程控制工程【Ｍ】．北京：机械工业出版社，２０００．【８】雷霖．ＰＬＣ通信技术及其应用研究啊．自动化与仪器仪表，１９９９．５：２５－２７．图４ＰＬＣ３群控制站结构图９４襄：篇辫毒篙勰万方数据基于PLC的污水处理厂自控系统设计
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
李跃磊， 王武
许昌学院电气信息工程学院,河南,许昌,461000自动化博览
AUTOMATION PANORAMA2010，27(5)0次
1.王东云.牛正光 CompactLogix PLC在污水处理系统中的应用 2008(6)2.李忆.张莉娜 污水处理上程中的自动控制系统 2006
3.李建平.石奋苏 基于Profibus-DP总线的污水处理系统 2009(25)4.俞金寿 过程控制系统和应用 2003
5.杨静 Quantum PLC在电厂化学水处理控制中的应用 2009(4)6.周文明.邹晓岚.熊胜利 自动控制系统在水厂中的应用 19997.邵裕森.戴先中 过程控制工程 20008.雷霖 PLC通信技术及其应用研究 1999
1.期刊论文 叶玲平.楼志军.蔡亦军.潘海天.YE Ling-pin.LOU Zhi-jun.CAI Yi-jun.PAN Hai-tian 污水处理过程自动控制研究与应用 -能源环境保护2005,19(3)
就国内外近几年的污水处理过程自动控制的研究进展进行了综述,介绍了各种先进控制理论和先进控制技术在污水处理主要工段和典型参数控制中的应用,并提出污水处理过程中先进控制的前景.
2.学位论文 孙锴 污水处理自动控制系统的研究与实现 2004
本文的主要目的就是将工业自动控制技术、计算机及网络通信技术与污水处理监控过程相结合，设计出一套完善可靠的污水处理自控系统方案，实现生产的分散控制和集中管理，以及与公司内各部门之间的信息共享。
文章首先对自动控制系统的发展与现状进行分析，通过对污水处理工艺流程、设备使用情况以及对自动控制要求的研究，对比现有的污水处理自动控制的现状，对包括DCS、现场总线、工业以太网、组态软件流行的技术进行了深入研究，将整个污水处理自控系统分为控制层、监控层、管理层3个层次。文章研究了整个污水处理自动控制系统层次化的实现，具体讨论了可编程控制器的系统设计、组态软件在控制中应用、数据处理、不同设备间信息通讯方式，并全面地讨论了控制网络与信息网络的结合，使得生产控制系统和企业管理系统间数据交互，为企业的优化控制、调度决策提供依据。整个控制系统由上位机、PLC、各现场仪表、传感器以及各种执行机构组成，通过PLC强大的数据采集、控制功能，并通过工业以太网、现场总线进行数据通讯，配合组态软件图形化监控，使整个污水处理系统的自动控制能够得到良好实现。文章最后介绍笔者参与并完成的一项污水处理自控系统改造项目。
3.期刊论文 相会强.刘芬.刘雪莲.Xiang Huiqiang.Liu Fen.Liu Xuelian 自动控制在污水处理中的应用 -仪器仪表学报2005,26(z2)
结合污水处理工艺阐述了自动控制的原理及其在废水处理中的功能.阐明了在污水处理行业实现自动化控制的必要性、可行性及给其行业所带来的社会效益.并对其今后的发展方向进行了展望.
4.期刊论文 相会强.刘芬.刘雪莲.Xiang Huiqiang.Liu Fen.Liu Xuelian 自动控制在污水处理中的应用 -仪器仪表学报2005,26(8)
结合污水处理工艺阐述了自动控制的原理及其在废水处理中的功能.阐明了在污水处理行业实现自动化控制的必要性、可行性及给其行业所带来的社会效益.并对其今后的发展方向进行了展望.
5.学位论文 马小丽 SBR污水处理工艺自动控制系统研究 2006
随着我国城市化进程的推动，中小城市(镇)数量的不断增多，由其带来的水污染问题日趋严重。序批式活性污泥法(简称SBR)符合中小城镇污水处理的基本要求，但必须实现自动控制，才能发挥其优势，使其具有更加广阔的应用前景。
本文介绍了SBR污水处理工艺及其自动控制系统的发展过程；研究了SBR工艺自动控制系统的内在结构、控制规律、主要特点和设计方法；将较先进的现场总线网络技术运用到污水处理系统中，开发出了“基于PROFIBUS网络的SBR污水处理工艺自动控制系统”。该系统以PROFIBUS现场总线为核心，以可编程控制器PLC为控制主体，以计算机为系统编程、组态、维护、监控和管理的一体化工作平台。实现了SBR污水处理工艺生产现场网络通信与计算机控制系统的集成。
自动化控制系统采用集散型现场总线控制系统。以温度、溶解氧、pH值和液位等为控制对象。上位计算机作为管理监控级，采用高级语言
VisualBasic6.0开发通信程序、人机交互界面程序、数据处理和图表输出程序，完成设定值的操作输入、与下位机的通讯、系统报警、管理运行等各种功能。PLC作为控制级是实现系统功能的关键，接受管理级的命令、数据采集、控制信号的输出等都由它来完成。现场级由智能仪表、控制设备等组成，是实现系统功能的基础，主要进行信号的转换、数据的传送及执行上一层下发的所有控制命令和数据采集。
基于现场总线的污水处理生产网络控制系统能有效地进行工作，并且可根据不同的现场情况扩展为不同的模式。现场总线控制系统实现了现场通信网络、自动控制系统的有效集成。
本文在SBR污水处理工艺自动化控制方面作了一些探索和研究，希望能为提高我国污水处理自动化程度提供一些有价值的理论借鉴和技术参考。
6.期刊论文 刘建勇.薛罡.顾国维 神经网络在污水处理自动控制中所起的作用 -给水排水2003,29(7)
神经网络(Neural Networks,NN)技术的迅速发展及其理论的不断完善为其在各个领域的应用奠定了基础.污水处理系统是复杂的非线性系统,用神经网络技术控制污水处理过程是可行的和必要的,在我国更具有现实意义.分析了神经网络在污水处理自动控制中所起的不同作用,并在此基础上指出了今后的研究方向.
7.会议论文 相会强.刘芬.刘雪莲 自动控制在污水处理中的应用
结合污水处理工艺阐述了自动控制的原理及其在废水处理中的功能.阐明了在污水处理行业实现自动化控制的必要性、可行性及给其行业所带来的社会效益.并对其今后的发展方向进行了展望.
8.学位论文 王华丰 基于ASM2的A<'2>/O工艺机理模型及自动控制研究 2005
目前最常用的污水处理方法是活性污泥法,这种方法具有机理复杂、非线性、时变性等特点,已经广泛运用于工业和市政污水治理.该污水处理方法在设计、运行管理以及控制上存在诸多困难.因此,建立活性污泥法各种工艺模型、建立先进的污水处理实时自动监控系统是提高污水处理效果和进行有效运行的重要手段.当今社会对于环保的要求越来越高.在除去有机物同时,脱氮除磷的要求也越来越为严格,因此有必要在活性污泥带有脱氮除磷功能的ASM2模型基础上根据具体的工艺要求建立模型以适应应用的需要.本文的主要内容介绍如下:1、概述了污水再利用的意义,污水自动控制系统国内外的现状,污水处理模型的研究价值以及污水处理控制的基本策略.2、介绍了活性污泥污水处理的原理及过程,详细介绍了A<'2>/O工艺原理,并简单介绍了一些现今使用的活性污泥工艺.3详细介绍了ASM2模型形式,在此基础上对方程的系数进行适当的简化,导出通用反应速率方程.同时针对A<'2>/O工艺原理,提出假设,简化方程的参数和维数,推导出A<'2>/O工艺的机理模型,并对模型进行仿真和分析.4、介绍了作者参与的无锡芦村污水处理厂的自动控制监控系统,重点描述了作者负责的上位机组态和网络构成.
9.期刊论文 陈佳奇.CHEN Jia-qi 基于PLC的污水处理自动控制系统研究 -自动化与仪器仪表2010(3)
随着人们环保意识的提高,污水处理日益受到重视,本文在介绍了污水处理的相关工艺和技术难点后,从系统的硬件和软件方面阐述了基于PLC的具有远程控制功能的集散控制系统,通过远程操作和现场控制,使得污水处理系统的自动化程度大大提高.
10.期刊论文 张程.翁惠辉.Zhang Cheng.Weng Huihui 克拉玛依油田百重七联合站污水处理自动控制方法研究 -环境工程学报2007,1(7)
主要介绍了克拉玛依油田污水处理的一般工艺流程,阐述污水处理自动控制系统的硬件结构,并针对百重七联合站污水的特定工艺流程,详细论述了根据不同的调储罐液位和处理污水的总来液量给定不同的反应罐入口污水流量值的联锁控制算法.
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