本文摘要：摘要：随着城市化进程的加快，城市污水排放量日益增多，水污染形式也逐渐严峻，成为制约城市发展与威胁人们群众健康的因素。因此，现代城市建设中，逐渐加大了污水处理厂的建设，系统采取合理的水处理方法，使得水排放达到环境允许标准。然而，从当前污水处
摘要：随着城市化进程的加快，城市污水排放量日益增多，水污染形式也逐渐严峻，成为制约城市发展与威胁人们群众健康的因素。因此，现代城市建设中，逐渐加大了污水处理厂的建设，系统采取合理的水处理方法，使得水排放达到环境允许标准。然而，从当前污水处理厂建设情况上来看，存在控制系统落后、污水处理效率低等情况。
关键词：PLC技术;污水处理厂;控制系统设计
为保证污水处理过程的安全性、可靠性和生产的连续性，提高污水处理厂的自动化水平，控制系统采用目前国内外污水处理厂广泛应用并取得良好效果的可编程逻辑控制器(PLC)集散型控制系统以及监控和数据采集系统，集散型控制系统的特点是将管理层和控制层分开。
1、污水处理
污水处理厂常用的处理方法主要有化学法、物理法与生物法，按照处理程度划分可以将分为一级、二级、三级处理，处理程度主要根据水污染的程度选择。其中一级处理主要采取物理方法，除去污水中悬浮状的固体污染物，经过一级处理后的污水，其中的BOD含量下降30%左右。二级处理主要除去污水中的胶状物体以及溶解性的有机物质，常使用化学分解的方法，去除率能达到80%-90%左右，出水效果好。三级处理能够进一步对污水难以降解的氮、磷等有机元素进行处理，主要使用的方法包括生物脱氮除磷法、混凝沉淀法、活性炭吸附法、电渗析法等。
环境保护方向评职知识：污水处理论文发表期刊选择技巧
2、污水处理工艺
2.1现场控制层。一般中小城市的污水处理厂的建设规模小，厂区的面积不会太大，根据工艺和控制的要求。厂区内设置几个PLC分站，具体如下：变电所现场控制站(1#PLC)负责提升泵房、细格栅、沉砂池、氧化沟、配水排泥井等构筑物工艺设备的监控和工艺检测仪表的数据采集;脱水机房现场控制站(2#PLC)负责污泥浓缩池、污泥脱水间、二沉池、消毒池等构筑物设备的监控和工艺检测仪表的数据采集。
每个PLC通过PROFIBUS网络与各个子站进行通讯，完成净化厂各功能块的数据采集、监视和控制。同时PLC通过CPU自带的MODBUS接口与软启动器、变频器和多功能电表组成MODBUS网络。该功能层实现了污水处理厂各单元过程所有过程参数、设备运行状态及电气参数的数据采集，单元过程及设备的控制，并通过网络模块和中央控制室通过工业以太网交换机，组成100 M光纤以太环网，向监控层传送数据和接受监控层控制指令。
Modbus是工业控制网络协议中的一种使用主-从技术。主设备可单独和从设备通讯，也能以广播方式和所有从设备通讯。主站PLC发出查询的要求，从站将主要设备的主要电气参数，电流、电压、频率、功率因数、有功无功功率等信息传送到PLC，并定期刷新后再传送。监控计算机则通过工业以太网通讯程序读取信息，而Profibus是一种高速、便宜的通讯连接，它专门设计为自动化控制系统和设备级分散的I/O之间进行通讯使用，它可取代0-10V或4～20 mA的串联式信号传输。通过使用RS-485传输技术或光纤媒体。使得对数据链路层的存取变得简单方便。
2.2过程监控层。
该层的中心是在中控室内。是工业以太网结点的系统数据服务器、2台工程师/操作员站计算机、打印机、UPS电源及监视屏等设备，其主要职能是进行系统中的信息交换与信息显示及控制。上位机系统是由两台八核的台式机组成，他们互为冗余。采用Windows 7操作系统，采用WinCC7.4版本的工厂监控软件。
上位机能够实时显示全厂所有设备运行状态和各种参数值，当故障发生时，记录故障时间、类别，同时屏幕闪现红色报警。可见该层通过上位监控软件实现了对主要工艺设备的控制和调度。对污水处理全过程中的工艺参数进行数据采集、监控、优化和调整，对主要工艺流程进行动态模拟和趋势分析、实时数据处理和实时控制，在控制组态上实现各种常规与复杂的优化控制、专家控制、模糊控制等先进的智能控制。同时，功能强大与稳定的实时和历史数据库亦通过以太网成为上下层间的信息通道。
2.3厂区管理层
厂长办公室计算机和数据库服务器组成的局域网即构成了厂区管理层。通过关系数据库和相关的管理软件，为决策者提供了各项生产及运营的调度管理所必须的信息平台。同时该层可以与Internet接轨，通过交换机、防火墙、固定IP地址，使用移动PC，在其他地方接入互联网和工厂的PLC进行通讯，采集PLC数据，实现远程监视和控制，但要有较高的网络安全防护功能，仅仅有授权的用户等级可对进程数据库进行访问。
3、方案特点
3.1高可靠与高稳定性。
随着以太网技术的不断发展，它不仅在办公自动化领域而且在工业自动化场合得到了广泛应用，这些都标志着工业以太网已经成为当今工业控制的主流网络，真正开放互连的工业网络的发展方向，环形冗余方案的出现则保证了更高的可靠性。单一点的链路中断不会造成网络通讯的中断。该系统采用了基于工业以太网的集成式全分布控制，体现了集中管理分散控制的原则，也保证了高可靠与高稳定性。
除了网络部分外，自控系统通过下列技术与工程措施，确保了系统的长期稳定可靠运性：整个系统选用符合工业级标准的成熟定型产品;PLC模块具有自诊断(检错)与容错功能;PLC控制柜内具有完善的抗干扰及防雷等技术措施;中控室及现地控制站设备均具备供电冗余功能;即使在上位机发生故障或通信中断时，现地控制站亦可以在手动模式下独立完成基本局部控制。
3.2高扩展性。
工业以太网具有向下兼容性。对于双绞线或光纤介质，如果将传输速度从10 Mbps提升到100 Mbps，在大多数场合不需要改变现有的布线。只需更新网络设备即可。同样，如果将本系统主干网从100 Mbps以太网提升到干兆以太网，只需升级网络传输设备，而无需重新铺设光缆。
3.3开放性。
系统对用户是开放的。设备的增减、控制方案的选取、系统的扩缩与维护等，用户都可以在广泛的设备环境下便利地自己完成。所有硬件接口。软件协议全部按开放性的标准设计、编制。
3.4系统方案设计。
控制系统分成生产管理与现场控制，现场控制使用DP总线与MODBUS总线，控制站与监控计算机使用以太网连，确保信息能够迅速技术的反应到计算机中。污水自动处理控制系统包括远程输入与输出单元、现场控制站、中央调控、及计算机管理系统等。(1)计算机管理系统。该系统中，计算机管理系统由投影仪用计算机、厂长室计算机、总工室计算机与化验室计算机组成，4台计算机皆用以太网连接，辅助设备包括打印机、投影仪等设备，完成过程监控与管理工作。
(2)中央监控工作室。中央监控工作室由两台监控计算机PC1与PC2、打印机、服务器、DLP背投显示设备以及工业以太网交换机组成，能够对污水处理的各个过程进行监控，包括数据采集、集中调度、报表生成、故障分析记录与生成等，通过DLP显示设备，能够直观的显示出处理厂的各工艺处理情况，由控制人员指导生产。该系统中还包括一套DLP投影系统，主要作用是能够将监控信息通过数据传输反映到显示屏中，形成多网格显示系统，通过点击矩阵中的监控系统，利用投影设备在大屏幕上显示，该系统能够同时显示12处监控画面，并且可以根据监控设备数量的大小，采取缩小矩形边框的方式来增加显示数量。
(3)网络系统。该控制系统以工业以太网、现场高速数据通讯网组成，保证中央控制室、监控站的数据通讯迅速。控制系统中，工业光纤以太网的使用，采取冗余系统设计，能够保证网络系统时刻处于可靠的状态，现场使用的高速网络数据线为PROFIBUS-DP网络，负责PLC控制器主站与从站的数据传输，以太网通讯系统能够实现100Mb/s的通讯速率，大大提高了各个系统之间的联合度。
4、结束语
PLC技术在污水处理厂的突破性使用，使污水处理厂的处理效率得到很大程度的提升，并且利用PLC技术构建的自动化控制处理系统，在节省人力与物流方面也起到较大作用。
参考文献：
[1]徐红.基于PLC的污水处理厂控制系统的设计与实现.2016.
[2]张东朝.PLC在城市污水处理厂中的自动化控制系统设计.2017.
作者：张宝林
转载请注明来自发表学术论文网：http://www.fbxslw.com/jzlw/26431.html
