PLC在污水处理控制系统中的应用

一．项目概况

XX县污水处理工程是发改委批准的市级重点项目，该工程设计规模为日处理污水10万吨，该污水处理工程控制系统采用UniMAT PLC模块加西门子的S7-300 CPU控制系统，上位监控系统采用西门子WINCC上位控制系统，对污水处理厂的设备进行监控。

二．控制对象：

本项目主要控制现场设备（泵、阀门等）的开、关、停、运转；电动阀门的开启、关闭；关键设备的连锁；实现污水/粗格栅/细格栅/CASS池/加药间/污水脱泥间/填埋场整个污水处理过程的生产自动化。

三．系统配置

采用西门子公司的CPU315-2DP和CP343-1 Lean模块，分布式I/O模块均采用UniMAT 300系列的模块，现场控制站和污泥脱水间通过EM277用DP方式连接，现场控制站和加药间采用MODBUS转DP的方式连接。整个系统由1套PLC现场控制站，1台操作员站，1台工程师站组成。中央控制室和现场控制站采用以太网连接，由中央控制室的操作员站提供动态显示生产流程实时信息以及全部报警功能。中央控制室监控系统采用西门子WINCC组态软件 ，WINCC是西门子公司推出的组态软件平台，它使用方便，可构造灵活的界面和强大的功能，用WINCC组态软件能开发出较强的组合画面。

四．系统功能与实现

1．系统工艺

总工艺流程画面

进厂污水通过粗格栅过滤后，进入污水调节池，再经过污水提升泵提升后，经过细格栅，之后进入沉砂池，再进入CASS池进行曝气处理，曝气后再进行沉淀，沉淀后将污泥排到污泥储存池，然后再进行污泥脱水。CASS池的污水沉淀后排到接触消毒池，通过加药间进行化学处理，从而达标排放。还有其它一些报表，交接班等辅助界面。

2．系统功能

本系统最低层是设备控制层，主要完成设备的现场控制与监测；第二层是监控层,主要完成全厂污水处理系统的在线监测,并向设备控制层下达控制指令。本系统包括监控主界面和多个子界面。主界面反映了污水处理的总工艺流程，子界面是对每个子工艺进行监测和控制。

粗格栅控制画面

CASS池控制画面

系统主要由操作人员在中央控制室控制，中央控制室设有1个服务器，2个客户机及UPS等。中央控制室利用WinCC进行上位机系统组态生成上位机监控系统，对PLC采集到的数据进行数据处理。它承担了数据管理、全厂数据采集、报警、故障、趋势图、数据记录和报表等工作,并实时显示设备的运行状态、运行时间,故障报警处理,报表输出等,实现全厂所有设备的监控。

其主要完成功能如下:

(1)控制操作：在中央控制室能对全系统被控设备进行在线控制,如启停某一设备,手动或自动执行顺序控制,PLC控制方式的切换及对现场PLC参数设定值修改。

(2)显示功能：利用图形实时地显示各PLC站被控设备的运行工况;动态显示各种模拟信号、开关信号、各类累计量信号等数值,通过按钮、开关、信号灯、颜色、百分比、填充等手段生动地表达出来。

(3)数据管理：能建立运行时间、报警、故障、趋势图、系统参数等信息库。

(4)数据处理：对PLC上传的数字量与模拟量进行处理并按要求在上位机系统进行显示。

(5)报警功能：对污水厂所有控制设备的状态量进行监测,超过允许范围,即在报警表中列出,并显示所处位置和报警级别。

(6)故障功能：对污水厂所有控制设备单元进行监测,如果出现故障即在故障表中列出,并显示设备名及所处位置。

(7)报表功能：生成运行时间报表、进水/出水流量报表、在线COD报表等。

3．PLC控制站

根据工艺要求,PLC上电自检无误后,根据上位机监控系统的信号来控制全厂设备的启停、正反转等动作。PLC完成污水处理厂全部设备,如进水泵、粗格栅、细格栅等的数据采集,简单运算处理后上传给上位机监控系统。当电路发生断路、短路或过载等情况时,PLC采集的数据就会超过设定的阀值,PLC将控制设备停止,同时给上位机监控系统发送报警信号。全部传感器均采用在线仪表,变送器将采样数据转换成4-20m标准电流信号,直接传入SM331、332(模拟量输入、输出模块),经模/数变换成0-27648的数字量。开关量的输入输出传入SM321、322(数字量输入、输出模块)。其中数字量输入（321-1BL00）、输出模块（322-1BL00），模拟量输入（331-7KF02）、输出模块（332-5HF00），接口模块（153-1AA03）均都采用国产的UniMAT系列模块，模块使用稳定，测量准确，达到了系统的要求。

4．数据通讯

本系统通过工业以太网将中央控制室和PLC控制站连接成一个网络，实现了下位机PLC与上位机WinCC之间的数据通讯。污泥脱水间采用独立的1套S7-200的PLC系统。本系统与污泥脱水间的S7-200的EM277相连，将EM277挂到本系统的DP子网上进行通信，从而控制污泥脱水间的设备启停。加药间的泵的启停是通过MODBUS转DP模块连接到系统DP网络下，从而在中央控制室进行控制的。

五．使用效果分析

本PLC系统采用西门子CPU和亿维UniMAT的远程I/O站配合组成集中—分布式的网络结构控制系统，既保证了控制系统的性能稳定，又大大节约了硬件投资和相关的施工费用。建成后投运至今，运行一直稳定可靠，控制精度完全满足设计要求，既节省了成本，又降低了能耗，提高了效益，完全实现了预期的目标，达到了环保的要求。(end)