徐龍艷+翟亞紅

收稿日期：2013-06-19

作者簡介：徐龍艷（1983—），男，湖北巴東人，實驗師，研究方向：汽車裝備自動化。

通訊聯系人，E-mail：longtian1119@163.com

文章編號：1003-6199（2014）03-0052-03

摘 要：本課題是基于西門子PLC的污水處理廠監(jiān)控系統的設計。根據污水處理廠的特點，本控制系統采用目前國內外普遍應用的基于PLC的二級分布式集散控制系統。控制系統由設在綜合房的中央控制室控制站和分布在現場3個PLC控制站組成，現場控制站由3套西門子PLC組成，通過PROFIBUS總線相互通信。本次設計主要完成對現場流程進行控制以及實現對整個系統的遠程監(jiān)控，通過現場PLC對各種電氣設備的進行控制，通過變頻器對提升泵的變頻控制，利用wincc組態(tài)網實現對整個污水處理流程的監(jiān)控。

關鍵詞：PLC；PROFIBUS；監(jiān)控；以太網

中圖分類號：TP29 文獻標識碼：A

Design and Implementation the Control System

of Sewage Treatment Plant Based on PLC

XU Long-yan，ZHAI Ya-hong

（School of Electrical & Information Engineering，Hubei University of Automotive Technology，Shiyan，Hubei 442002， China）

Abstract：This topic is based on Siemens PLC's sewage treatment plant monitoring system design. According to the characteristics of sewage treatment plant， the control system uses the current domestic and universal application of two distributed based on PLC distributed control system. Control system consists of integrated housing in the central control room control station and distributed at the site 3 PLC control station， site controller composed by three sets of Siemens PLC， communicate with each other via PROFIBUS. The design process was completed for the on-site control and the realization of the entire system for remote monitoring through a variety of on-site PLC electrical equipment to be controlled through the drive to enhance the pump frequency control， use wincc configuration of the entire sewage network process flow monitoring.

Key words：PLC；PROFIBUS；monitor；ethernet

1 前 言

花果污水處理廠新建的3萬噸/日城鎮(zhèn)一級污水處理廠及實現2萬噸/日中水回用及配套管網建設工程，建立該系統。該控制系統基于集中管理、分散控制的思想，全廠控制系統由中央控制室和現場控制站組成，現場控制站由3套西門子PLC站，通過PROFIBUS總線相互通信。PLC站與中控室采用環(huán)形光纖以太網通訊方式。上位機采用WINCC軟件來進行監(jiān)測。

2 系統分析

本系統利用PROFIBUS總線將PLC與現場總線模塊相聯接，由成套設備上的自控裝置和檢測儀表等組成信號采集系統，將采集到的現場信息傳到PLC中，完成PLC對現場信息的讀取。通過與自控裝置中設定信息的比較，發(fā)出相應的控制指令，從而實現相應的控制目的。通過工業(yè)以太網將各個plc站的信息送回總控室，由總控室進行監(jiān)控。

2.1 系統結構分析

本監(jiān)控系統監(jiān)控的部分主要包括粗格柵機、污水泵、細格柵、STCC生化池、污泥濃縮脫水機、紫外消毒渠等。污水處理從集水井開始，集水井對污水進行提升，使污水能夠借重力依次流過后續(xù)處理筑物，以保證污水處理廠的正常運轉。進入集水井的污水會先流經粗格柵，去除污水中的較大漂浮物，并攔截直徑大于20mm的雜物，以保證潛水泵的正常運行。從粗格柵出來的污水再流進細格柵，進一步去除污水中較大的漂浮物，如絲狀、帶狀漂浮物，以保護后續(xù)處理構筑物的正常運行。然后流經旋流沉砂池，去除污水中≥0.2 mm的無機砂粒，保護后續(xù)管道及水處理設備，并減少污泥中的砂粒。經沉砂池流出后再經配水井，向STCC凈化池均勻配水，均衡的發(fā)揮各組STCC凈化系統運行能力，保證其經濟有效的運行。流入STCC凈化池的污水，通過凈化池完成有機物、懸浮物及氮磷等污染物的去除，主要由厭氧池、缺氧池、生化池、反應池、斜管沉淀池、微曝氣濾池、接觸過濾池等7段組合而成。經凈化池凈化后污水流入紫外線消毒渠及巴氏計量槽，殺滅水中的細菌、病毒及其他微生物，以保證最終出水中糞大腸菌群數達標（≤103個/L），然后排出廠外[1，2]。另外還設有鼓風機房及配電間，為生物反應池提供氧氣，提供排泥空氣及反沖洗時的空氣，保證生物系統正常運行。除此之外還有對污泥進行處理的污泥濃縮脫水機房，該部分主要由加藥部分和污泥濃縮及脫水部分組成，加藥部分為污水處理廠STCC池斜管沉淀段提供藥劑，當出水不能穩(wěn)定達標時，向反應池中投加絮凝劑；污泥濃縮及脫水部分將污泥通過濃縮脫水機進一步脫水，降低含水率，以減少污泥體積，便于污泥儲存、運輸及綜合利用。整個工藝流程圖如圖1所示。 2.2 系統控制主要內容及要求

本監(jiān)控系統通過現場PLC站的PLC采集相關信號數據，經由現場總線PROFIBUS傳輸，通過工業(yè)以太網連接，將采集到的信號送到中央控制室處理，然后由中央控制室發(fā)出相應的控制信號，控制系統的正常運行。系統要求粗格柵機定時開停機，運行時間間隔及運行時間可調。污水泵3臺潛水泵的變頻運行，在全自控狀態(tài)，根據泵房液位高低和各自累計工作時間多少決定自動開停順序。細格柵機根據設定的時間運行，時間間隔及運行時

間可調。排沙設備控制槳葉分離連續(xù)運行，由plc控制電磁閥定時開關吸砂，砂水分離器與電動開關閥同步運行。STCC生化池分為四格，每格設溶解氧分析儀一臺，檢測DO值，與設定值比較，調節(jié)可調電動閥，控制曝氣量。4臺回流泵變頻運行，控制到目標回流。鼓風機連續(xù)運行，PLC通過檢測總出風管壓力調節(jié)風機頻率，達到恒壓輸出，風機房軸流風機與鼓風機聯動。污泥濃縮脫水機為一體化機組，中控室通過通訊讀取設備狀態(tài)。污泥脫水間設備主要采用聯動控制方式，污泥脫水機組聯動控制的設備包括濃縮壓濾機、空壓機、進泥泵、加藥泵、沖洗泵和絮凝制備系統。變配電間plc通過RS-485通信采集變配電間高壓進線柜智能儀表電量參數。紫外消毒渠及出廠水質檢測自帶控制系統，中控室只監(jiān)不控。根據需要控制消毒設備的開停，根據出水水量控制燈管啟動數量[3，4]。

3 系統設計

本課題是基于西門子PLC的監(jiān)控系統，通過3個PLC實現現場控制并采集相應的信號，通過現場總線和工業(yè)以太網將采集的信號送回中央控制室，由中央控制室進行監(jiān)控。

PLC1為西門子S7-200系列224 PLC，完成粗格柵間、集水井等工藝參數和設備狀態(tài)的采集并發(fā)送至控制中心。在遠程狀態(tài)下接受控制中心對各工藝設備的控制命令。

PLC2主要是完成風機房、細格柵渦流沉砂池等工藝參數和設備狀態(tài)的采集并發(fā)送至控制中心。PLC3的主要工作是完成STCC凈化池、污泥處理間、紫外消毒渠、出水計量等工藝參數和設備狀態(tài)的采集并發(fā)送至控制中心，并在遠程狀態(tài)下接受控制中心對各工藝設備的控制命令。均選擇西門子200系列CPU226的PLC。

EM235是西門子PLC中最常用到的模擬量擴展模塊，它擁有4個模擬量輸入和1個模擬量輸出功能。此次設計主要用到的模擬量輸入有溫度、流量、頻率、壓力等。設計中所選用的溫度傳感器、流量傳感器、壓力傳感器都可以輸出標準模擬信號（4-20mA、1-5V、0-20mA、1-10V），因此傳感器輸出信號可以直接與EM235模塊相連接。

通過EM277 PROFIBUS-DP擴展從站模塊，可將 S7-200CPU 連接到 PROFIBUS-DP 網絡。EM 277 經過串行 I/O 總線連接到S7-200 CPU 。作為DP從站，EM 277 模塊接受從主站來的多種不同的I/O配置，向主站發(fā)送和接收不同數量的數據。EM 277 能讀寫 S7-200 CPU中定義的變量數據塊。這樣，使用戶能與主站交換任何類型的數據。首先將數據移到 S7-200 CPU中的變量存儲器，就可將輸入、計數值、定時器值或其它計算值傳送到主站。類似地，從主站來的數據存儲在S7-200 CPU中的變量存儲器內，并可移到其它數據區(qū)。 EM 277 PROFIBUS-DP 模塊的DP端口可連接到網絡上的一個DP 主站上，但仍能作為一個MPI 從站與同一網絡上如SIMATIC 編程器或S7-300/S7-400 CPU 等其它主站進行通信。

系統中污水提升泵（PLC1）和鼓風機（PLC2）中用到變頻控制。變頻器采用西門子的MM400系列。

在過濾階段如果需要反沖洗濾池則需要進入手動反沖洗過程，等待反沖洗過程的四步完成后，繼續(xù)進入自動的工作流程。工作過程，如圖2所示。4 結 論

在設計過程中，充分考慮到系統的安全可靠。從硬件和程序方面設計了多重保護，使系統能夠長時間安全穩(wěn)定運行。整個監(jiān)控系統實現了遠程的監(jiān)視和控制，根據各部分返回的參數變化，在終端對整個流程進行控制。通過生產檢驗，該系統運行安全可靠設計符合要求。

參考文獻

[1] 《污水綜合排放標準》GB8978-96[S].

[2] 《城市污水處理廠污水、污泥排放標準》CJ3025-93[S].

[3] 高超，韓丹.污水處理廠電氣設計若干問題探討[J].黑龍江科技信息，2009（23）：52-56.

[4] 蔣興加. 現場總線變配電系統在智能建筑中的應用設計[J]. 低壓電器，2007，（10）：43-47.

本監(jiān)控系統通過現場PLC站的PLC采集相關信號數據，經由現場總線PROFIBUS傳輸，通過工業(yè)以太網連接，將采集到的信號送到中央控制室處理，然后由中央控制室發(fā)出相應的控制信號，控制系統的正常運行。系統要求粗格柵機定時開停機，運行時間間隔及運行時間可調。污水泵3臺潛水泵的變頻運行，在全自控狀態(tài)，根據泵房液位高低和各自累計工作時間多少決定自動開停順序。細格柵機根據設定的時間運行，時間間隔及運行時

間可調。排沙設備控制槳葉分離連續(xù)運行，由plc控制電磁閥定時開關吸砂，砂水分離器與電動開關閥同步運行。STCC生化池分為四格，每格設溶解氧分析儀一臺，檢測DO值，與設定值比較，調節(jié)可調電動閥，控制曝氣量。4臺回流泵變頻運行，控制到目標回流。鼓風機連續(xù)運行，PLC通過檢測總出風管壓力調節(jié)風機頻率，達到恒壓輸出，風機房軸流風機與鼓風機聯動。污泥濃縮脫水機為一體化機組，中控室通過通訊讀取設備狀態(tài)。污泥脫水間設備主要采用聯動控制方式，污泥脫水機組聯動控制的設備包括濃縮壓濾機、空壓機、進泥泵、加藥泵、沖洗泵和絮凝制備系統。變配電間plc通過RS-485通信采集變配電間高壓進線柜智能儀表電量參數。紫外消毒渠及出廠水質檢測自帶控制系統，中控室只監(jiān)不控。根據需要控制消毒設備的開停，根據出水水量控制燈管啟動數量[3，4]。

3 系統設計

本課題是基于西門子PLC的監(jiān)控系統，通過3個PLC實現現場控制并采集相應的信號，通過現場總線和工業(yè)以太網將采集的信號送回中央控制室，由中央控制室進行監(jiān)控。

PLC1為西門子S7-200系列224 PLC，完成粗格柵間、集水井等工藝參數和設備狀態(tài)的采集并發(fā)送至控制中心。在遠程狀態(tài)下接受控制中心對各工藝設備的控制命令。

PLC2主要是完成風機房、細格柵渦流沉砂池等工藝參數和設備狀態(tài)的采集并發(fā)送至控制中心。PLC3的主要工作是完成STCC凈化池、污泥處理間、紫外消毒渠、出水計量等工藝參數和設備狀態(tài)的采集并發(fā)送至控制中心，并在遠程狀態(tài)下接受控制中心對各工藝設備的控制命令。均選擇西門子200系列CPU226的PLC。

EM235是西門子PLC中最常用到的模擬量擴展模塊，它擁有4個模擬量輸入和1個模擬量輸出功能。此次設計主要用到的模擬量輸入有溫度、流量、頻率、壓力等。設計中所選用的溫度傳感器、流量傳感器、壓力傳感器都可以輸出標準模擬信號（4-20mA、1-5V、0-20mA、1-10V），因此傳感器輸出信號可以直接與EM235模塊相連接。

通過EM277 PROFIBUS-DP擴展從站模塊，可將 S7-200CPU 連接到 PROFIBUS-DP 網絡。EM 277 經過串行 I/O 總線連接到S7-200 CPU 。作為DP從站，EM 277 模塊接受從主站來的多種不同的I/O配置，向主站發(fā)送和接收不同數量的數據。EM 277 能讀寫 S7-200 CPU中定義的變量數據塊。這樣，使用戶能與主站交換任何類型的數據。首先將數據移到 S7-200 CPU中的變量存儲器，就可將輸入、計數值、定時器值或其它計算值傳送到主站。類似地，從主站來的數據存儲在S7-200 CPU中的變量存儲器內，并可移到其它數據區(qū)。 EM 277 PROFIBUS-DP 模塊的DP端口可連接到網絡上的一個DP 主站上，但仍能作為一個MPI 從站與同一網絡上如SIMATIC 編程器或S7-300/S7-400 CPU 等其它主站進行通信。

系統中污水提升泵（PLC1）和鼓風機（PLC2）中用到變頻控制。變頻器采用西門子的MM400系列。

在過濾階段如果需要反沖洗濾池則需要進入手動反沖洗過程，等待反沖洗過程的四步完成后，繼續(xù)進入自動的工作流程。工作過程，如圖2所示。4 結 論

在設計過程中，充分考慮到系統的安全可靠。從硬件和程序方面設計了多重保護，使系統能夠長時間安全穩(wěn)定運行。整個監(jiān)控系統實現了遠程的監(jiān)視和控制，根據各部分返回的參數變化，在終端對整個流程進行控制。通過生產檢驗，該系統運行安全可靠設計符合要求。

參考文獻

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[4] 蔣興加. 現場總線變配電系統在智能建筑中的應用設計[J]. 低壓電器，2007，（10）：43-47.

本監(jiān)控系統通過現場PLC站的PLC采集相關信號數據，經由現場總線PROFIBUS傳輸，通過工業(yè)以太網連接，將采集到的信號送到中央控制室處理，然后由中央控制室發(fā)出相應的控制信號，控制系統的正常運行。系統要求粗格柵機定時開停機，運行時間間隔及運行時間可調。污水泵3臺潛水泵的變頻運行，在全自控狀態(tài)，根據泵房液位高低和各自累計工作時間多少決定自動開停順序。細格柵機根據設定的時間運行，時間間隔及運行時

間可調。排沙設備控制槳葉分離連續(xù)運行，由plc控制電磁閥定時開關吸砂，砂水分離器與電動開關閥同步運行。STCC生化池分為四格，每格設溶解氧分析儀一臺，檢測DO值，與設定值比較，調節(jié)可調電動閥，控制曝氣量。4臺回流泵變頻運行，控制到目標回流。鼓風機連續(xù)運行，PLC通過檢測總出風管壓力調節(jié)風機頻率，達到恒壓輸出，風機房軸流風機與鼓風機聯動。污泥濃縮脫水機為一體化機組，中控室通過通訊讀取設備狀態(tài)。污泥脫水間設備主要采用聯動控制方式，污泥脫水機組聯動控制的設備包括濃縮壓濾機、空壓機、進泥泵、加藥泵、沖洗泵和絮凝制備系統。變配電間plc通過RS-485通信采集變配電間高壓進線柜智能儀表電量參數。紫外消毒渠及出廠水質檢測自帶控制系統，中控室只監(jiān)不控。根據需要控制消毒設備的開停，根據出水水量控制燈管啟動數量[3，4]。

3 系統設計

本課題是基于西門子PLC的監(jiān)控系統，通過3個PLC實現現場控制并采集相應的信號，通過現場總線和工業(yè)以太網將采集的信號送回中央控制室，由中央控制室進行監(jiān)控。

PLC1為西門子S7-200系列224 PLC，完成粗格柵間、集水井等工藝參數和設備狀態(tài)的采集并發(fā)送至控制中心。在遠程狀態(tài)下接受控制中心對各工藝設備的控制命令。

PLC2主要是完成風機房、細格柵渦流沉砂池等工藝參數和設備狀態(tài)的采集并發(fā)送至控制中心。PLC3的主要工作是完成STCC凈化池、污泥處理間、紫外消毒渠、出水計量等工藝參數和設備狀態(tài)的采集并發(fā)送至控制中心，并在遠程狀態(tài)下接受控制中心對各工藝設備的控制命令。均選擇西門子200系列CPU226的PLC。

EM235是西門子PLC中最常用到的模擬量擴展模塊，它擁有4個模擬量輸入和1個模擬量輸出功能。此次設計主要用到的模擬量輸入有溫度、流量、頻率、壓力等。設計中所選用的溫度傳感器、流量傳感器、壓力傳感器都可以輸出標準模擬信號（4-20mA、1-5V、0-20mA、1-10V），因此傳感器輸出信號可以直接與EM235模塊相連接。

通過EM277 PROFIBUS-DP擴展從站模塊，可將 S7-200CPU 連接到 PROFIBUS-DP 網絡。EM 277 經過串行 I/O 總線連接到S7-200 CPU 。作為DP從站，EM 277 模塊接受從主站來的多種不同的I/O配置，向主站發(fā)送和接收不同數量的數據。EM 277 能讀寫 S7-200 CPU中定義的變量數據塊。這樣，使用戶能與主站交換任何類型的數據。首先將數據移到 S7-200 CPU中的變量存儲器，就可將輸入、計數值、定時器值或其它計算值傳送到主站。類似地，從主站來的數據存儲在S7-200 CPU中的變量存儲器內，并可移到其它數據區(qū)。 EM 277 PROFIBUS-DP 模塊的DP端口可連接到網絡上的一個DP 主站上，但仍能作為一個MPI 從站與同一網絡上如SIMATIC 編程器或S7-300/S7-400 CPU 等其它主站進行通信。

系統中污水提升泵（PLC1）和鼓風機（PLC2）中用到變頻控制。變頻器采用西門子的MM400系列。

在過濾階段如果需要反沖洗濾池則需要進入手動反沖洗過程，等待反沖洗過程的四步完成后，繼續(xù)進入自動的工作流程。工作過程，如圖2所示。4 結 論

在設計過程中，充分考慮到系統的安全可靠。從硬件和程序方面設計了多重保護，使系統能夠長時間安全穩(wěn)定運行。整個監(jiān)控系統實現了遠程的監(jiān)視和控制，根據各部分返回的參數變化，在終端對整個流程進行控制。通過生產檢驗，該系統運行安全可靠設計符合要求。

參考文獻

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[4] 蔣興加. 現場總線變配電系統在智能建筑中的應用設計[J]. 低壓電器，2007，（10）：43-47.