PLC的高速服务区污水处理控制系统的设计
目 录
一、概述 - 1 -
（一）项目背景 - 1 -
（二）污水处理工艺流程介绍 - 1 -
（三）本章小结 - 2 -
二、自控系统方案设计 - 3 -
（一）方案设计原则 - 3 -
（二）控制系统实现功能规划 - 3 -
（三）自控系统控制要求 - 3 -
（四）控制站点监控对象及设备 - 4 -
（五）PLC硬件选型及配置 - 4 -
（六）本章小结 - 5 -
三、控制系统开发详述 - 6 -
（一）控制要求 - 6 -
（二）输入输出端子分配 - 6 -
（三）控制程序流程设计 - 6 -
（四）PLC控制程序设计开发 - 9 -
（五）HMI控制画面设计开发 - 15 -
四、总结与展望 - 17 -
（一）总结 - 17 -
（二）展望 - 17 -
参考文献 - 19 -
致 谢 - 20 -
第一章 一、 概述
（一）项目背景
随着现代工业、城市化的飞速发展，与之而来的环境污染问题，逐渐引起人们的普遍重视，环保投入持续增长，废水、废气、危险固体废弃物等污染处理处置情况得到明显改善。
其中，生活污水及工业废水，作为环保治理的重要一环，治理改善情况尤为显著。据住房与城乡建设部最新公布的统计资料，截止至2014年底，全国累计建成污水处理厂3717座，污水处理能力1.57亿立方米/日。该数据充分表明，我国城乡生活污水及工业废水得到较好的处理处置。
但是，高速服务区，由于地理位置较为偏 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
僻，且污水产生量相对较少，一般未纳入城市生活污水管网。但在环保日益重视的今天，该问题亟需解决。本项目位置处于高速服务区内，处理污染源为服务区餐厅产生的餐饮污水及卫生间生活污水，日污水产生量约为200立方米/天。
同时，随着信息化、智能化的不断发展，以PLC为核心的自动控制系统，逐渐在污水处理工艺中，得到越来越广泛的应用。其改变了传统污水处理采用继电器的手动控制方式，提高了污水处理的质量水平，实现了污水处理向智能化改进。
（二）污水处理工艺流程介绍
本项目位置处于某高速服务区内，处理污染源为服务区餐厅产生的餐饮污水及卫生间生活污水。其污水处理工艺以生化处理方式和核心，具有运行成本低、污水处理稳定性好、出水水质好的诸多优点。
高速服务区污水来源主要由：经隔油池除油的食堂餐饮用水与卫生间冲洗水合并进入化粪池厌氧消化后，经管路流入格栅井，井内格栅将大颗粒物截留后，污水流入水解酸化池，池内厌氧微生物对污水进行水解酸化作用，将大分子有机物分解为小分子有机物，当池内水位达到处理要求时，池内的提升泵启动，将污水输送至A/O反应池生化系统，在池内兼氧及好氧菌的作用下将水中的BOD、氨氮等污染物去除，然后经杀菌处理，最后达标排放。全流程可手动/自动控制。污泥定期由吸粪车清理委外处理。
污水处理工艺流程，如图1-1所示：
餐饮污水 隔油池
生活污水 化粪池 格栅 水解酸化池 A/O反应池 沉淀池
剩余污泥外运 污泥池
排放 消毒水池
图 1 1 污水处理工艺流程图
（三）本章小结
本章主要介绍了污水处理的现状，简单叙述了本次污水处理站自控系统设计的开发背景，同时介绍了高速服务区生活污水集中处理的工艺特点及具体流程，为后续的自控系统设计开发，做好充分的理论基础。
二、自控系统方案设计
（一）方案设计原则
污水处理站自动化控制系统设计，需要从系统的稳定性、可靠性等多方面来考虑，以保证自动控制系统可以长期有效地运作管理。结合近年来自动控制技术的发展现状与污水处理站的实际特点，本自控系统的确定的设计原则如下：
? 标准化原则
采用行业广泛应用的技术标准和技术规范，做到标准化设计，标准化施工，标准化运行，以方面后期系统的集成于维护。
? 可靠性原则
选用经过行业实践验证的一流厂商硬件、软件产品，以保证自控系统可以长期工作在无故障状态，功能完善、质量可靠。
? 可维护性原则
系统中的所有元器件必须具备可替换性，软件设计必须操作简便，以保证自控系统设备管理和维护的可视化、层次化。
? 实用与经济并重的原则
充分考虑行业特点，在满足污水处理工艺正常运行的情况下，通过合理的方案设计，选择与之相匹配的系统配置，以达到最佳性价比。
（二）控制系统实现功能规划
众所周知，自动控制系统，功能强大，集数据采集与过程控制于一身。针对本次高速服务区生活集中污水处理系统，规划需要实现的功能如下：
（1） 提供自动控制、手动控制两种控制功能，并可自由切换。自动控制模式下，可实现一键操作，污水处理系统实现全自动运行。
（2） 提供清晰、完善的可视化操作界面，可通过这些直观的画面对污水处理过程中的各个控制要素进行有效监控。
（3） 对采集的污水处理实时数据（如水池液位高度、设备运行状态）进行分析、显示，并能够根据工艺的要求，产生相应的报警信息。
（4） 设立自控系统的多级密码保护，提供观察员、操作员、管理员等三级密钥权限，确保自控系统和数据的安全。
（三）自控系统控制要求
自控系统的控制要求，即，结合高速服务区生活污水的处理工艺要求，确定出自控系统具体实现的功能。系统工艺要求如图2-1所示：
图 2 1 自控系统工艺流程及控制要求
（四）控制站点监控对象及设备
由污水处理工艺及控制要求，归纳统计出本次自控系统设计的全部监控对象，统计结果如下列出：
（1） 实施对8台设备的运行状态监测和控制。
其中：
水解酸化池：1台潜水搅拌机、2台提升泵（正常情况下一用一备）；
A/O反应池：1台回流泵、1台污泥泵、2台鼓风机（一用一备）。
消毒池：1台二氧化氯消毒设备；
（2） 实施对6个液位计的监测。
其中：
水解酸化池：3个液位计（分别为：低液位、中液位、高液位）；
A/O反应池：3个液位计（分别为：低液位、中液位、高液位）。
（五）PLC硬件选型及配置
污水处理工艺的自动控制系统设计，对现场控制站的PLC系统选型，主要是考虑可靠性和经济性原则，对比各个品牌的PLC产品，从先进性、开发性、可靠性、稳定性、产品价格等多个方面进行综合比较，最终选用了西门子系列PLC。
鉴于工艺要求的控制元素较少，本次自控系统设计开发选用西门子S7-200系列PLC，型号为CPU224XP CN，同时配置西门子公司的精彩面板系列Smart 700 IE（7寸）彩色触摸屏，以实现就地监测和控制，减少指示灯、按钮的使用。
一、概述 - 1 -
（一）项目背景 - 1 -
（二）污水处理工艺流程介绍 - 1 -
（三）本章小结 - 2 -
二、自控系统方案设计 - 3 -
（一）方案设计原则 - 3 -
（二）控制系统实现功能规划 - 3 -
（三）自控系统控制要求 - 3 -
（四）控制站点监控对象及设备 - 4 -
（五）PLC硬件选型及配置 - 4 -
（六）本章小结 - 5 -
三、控制系统开发详述 - 6 -
（一）控制要求 - 6 -
（二）输入输出端子分配 - 6 -
（三）控制程序流程设计 - 6 -
（四）PLC控制程序设计开发 - 9 -
（五）HMI控制画面设计开发 - 15 -
四、总结与展望 - 17 -
（一）总结 - 17 -
（二）展望 - 17 -
参考文献 - 19 -
致 谢 - 20 -
第一章 一、 概述
（一）项目背景
随着现代工业、城市化的飞速发展，与之而来的环境污染问题，逐渐引起人们的普遍重视，环保投入持续增长，废水、废气、危险固体废弃物等污染处理处置情况得到明显改善。
其中，生活污水及工业废水，作为环保治理的重要一环，治理改善情况尤为显著。据住房与城乡建设部最新公布的统计资料，截止至2014年底，全国累计建成污水处理厂3717座，污水处理能力1.57亿立方米/日。该数据充分表明，我国城乡生活污水及工业废水得到较好的处理处置。
但是，高速服务区，由于地理位置较为偏 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
僻，且污水产生量相对较少，一般未纳入城市生活污水管网。但在环保日益重视的今天，该问题亟需解决。本项目位置处于高速服务区内，处理污染源为服务区餐厅产生的餐饮污水及卫生间生活污水，日污水产生量约为200立方米/天。
同时，随着信息化、智能化的不断发展，以PLC为核心的自动控制系统，逐渐在污水处理工艺中，得到越来越广泛的应用。其改变了传统污水处理采用继电器的手动控制方式，提高了污水处理的质量水平，实现了污水处理向智能化改进。
（二）污水处理工艺流程介绍
本项目位置处于某高速服务区内，处理污染源为服务区餐厅产生的餐饮污水及卫生间生活污水。其污水处理工艺以生化处理方式和核心，具有运行成本低、污水处理稳定性好、出水水质好的诸多优点。
高速服务区污水来源主要由：经隔油池除油的食堂餐饮用水与卫生间冲洗水合并进入化粪池厌氧消化后，经管路流入格栅井，井内格栅将大颗粒物截留后，污水流入水解酸化池，池内厌氧微生物对污水进行水解酸化作用，将大分子有机物分解为小分子有机物，当池内水位达到处理要求时，池内的提升泵启动，将污水输送至A/O反应池生化系统，在池内兼氧及好氧菌的作用下将水中的BOD、氨氮等污染物去除，然后经杀菌处理，最后达标排放。全流程可手动/自动控制。污泥定期由吸粪车清理委外处理。
污水处理工艺流程，如图1-1所示：
餐饮污水 隔油池
生活污水 化粪池 格栅 水解酸化池 A/O反应池 沉淀池
剩余污泥外运 污泥池
排放 消毒水池
图 1 1 污水处理工艺流程图
（三）本章小结
本章主要介绍了污水处理的现状，简单叙述了本次污水处理站自控系统设计的开发背景，同时介绍了高速服务区生活污水集中处理的工艺特点及具体流程，为后续的自控系统设计开发，做好充分的理论基础。
二、自控系统方案设计
（一）方案设计原则
污水处理站自动化控制系统设计，需要从系统的稳定性、可靠性等多方面来考虑，以保证自动控制系统可以长期有效地运作管理。结合近年来自动控制技术的发展现状与污水处理站的实际特点，本自控系统的确定的设计原则如下：
? 标准化原则
采用行业广泛应用的技术标准和技术规范，做到标准化设计，标准化施工，标准化运行，以方面后期系统的集成于维护。
? 可靠性原则
选用经过行业实践验证的一流厂商硬件、软件产品，以保证自控系统可以长期工作在无故障状态，功能完善、质量可靠。
? 可维护性原则
系统中的所有元器件必须具备可替换性，软件设计必须操作简便，以保证自控系统设备管理和维护的可视化、层次化。
? 实用与经济并重的原则
充分考虑行业特点，在满足污水处理工艺正常运行的情况下，通过合理的方案设计，选择与之相匹配的系统配置，以达到最佳性价比。
（二）控制系统实现功能规划
众所周知，自动控制系统，功能强大，集数据采集与过程控制于一身。针对本次高速服务区生活集中污水处理系统，规划需要实现的功能如下：
（1） 提供自动控制、手动控制两种控制功能，并可自由切换。自动控制模式下，可实现一键操作，污水处理系统实现全自动运行。
（2） 提供清晰、完善的可视化操作界面，可通过这些直观的画面对污水处理过程中的各个控制要素进行有效监控。
（3） 对采集的污水处理实时数据（如水池液位高度、设备运行状态）进行分析、显示，并能够根据工艺的要求，产生相应的报警信息。
（4） 设立自控系统的多级密码保护，提供观察员、操作员、管理员等三级密钥权限，确保自控系统和数据的安全。
（三）自控系统控制要求
自控系统的控制要求，即，结合高速服务区生活污水的处理工艺要求，确定出自控系统具体实现的功能。系统工艺要求如图2-1所示：
图 2 1 自控系统工艺流程及控制要求
（四）控制站点监控对象及设备
由污水处理工艺及控制要求，归纳统计出本次自控系统设计的全部监控对象，统计结果如下列出：
（1） 实施对8台设备的运行状态监测和控制。
其中：
水解酸化池：1台潜水搅拌机、2台提升泵（正常情况下一用一备）；
A/O反应池：1台回流泵、1台污泥泵、2台鼓风机（一用一备）。
消毒池：1台二氧化氯消毒设备；
（2） 实施对6个液位计的监测。
其中：
水解酸化池：3个液位计（分别为：低液位、中液位、高液位）；
A/O反应池：3个液位计（分别为：低液位、中液位、高液位）。
（五）PLC硬件选型及配置
污水处理工艺的自动控制系统设计，对现场控制站的PLC系统选型，主要是考虑可靠性和经济性原则，对比各个品牌的PLC产品，从先进性、开发性、可靠性、稳定性、产品价格等多个方面进行综合比较，最终选用了西门子系列PLC。
鉴于工艺要求的控制元素较少，本次自控系统设计开发选用西门子S7-200系列PLC，型号为CPU224XP CN，同时配置西门子公司的精彩面板系列Smart 700 IE（7寸）彩色触摸屏，以实现就地监测和控制，减少指示灯、按钮的使用。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/txgc/1931.html
