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摘要：现代污水处理厂的自动控制正进入一个计算机智能控制阶段。本文给出了一套适合污水处理的以PLC为核心的分布式控制系统，该系统以SIEMENS公司的S7·400系列PLC作为下位机，通过现场传感器和自动化仪表将液位、温度、流量、溶解氧浓度的反馈进行数据采集.同时又与上位机通讯，执行相关命令。整个系统为了解决传统通讯方式施工工程量大，维护麻烦等缺点，还采用了无线通讯方式。实际运行证明，该系统可靠性高，系统性能优越。
关键词：自动控制系统PLC；污水处理；无线通讯；探讨
随着我国城市化、工业化的加速，人民生活水平的提高，对洁净优质的水资源需求也迫切提高，目前水资源正受工业污染，生活垃圾污染等破坏，影响人们健康，污水处理工程的建设迫在眉睫，技术处理不容忽视。传统的人工加药治污法已经远远不能满足社会的需要，现代污水处理厂的自动控制正进入一个计算机智能控制阶段。本文主要介绍了经济开发区污水处理厂，一期建设规模为10x104m3/d，为了有效的对污水处理过程进行监控、分析、管理和优化，该开发区的污水治理自动控制系统采用“集中管理，分散控制”原则，整个系统用PLC作为下位机进行数据采集.数据处理，采用无线通讯方式，即在中央控制室设置通讯主站，通讯从站设到各个检测点，主站PLC对通讯从主站PLC进行轮流访问，实现数据交换。
1.工艺控制要求
（1）粗格栅及提升泵站
粗格栅运行的控制：用超声波液位差计来测量粗格栅前后的液位差，当液位差值达到设定值时，或者当液位差值在规定的时间内未达到设定值时，均用电动阀门自动开启粗格栅除污机，完成一个运行周期后停止运行。栅渣通过皮带输送机输送到螺旋压榨机最后外运。皮带输送机与粗格栅机联动控制，任意回转式格栅除污机启动后应启动皮带输送机联动运行。.潜污泵的控制：在潜污泵有压力指示。开泵时应先开水泵，当达到一定压力时用电动阀门自动打开。进水泵房有潜污泵5台，2台备用。考虑到其中2台作为长期备用，又易发生设备故障。故实际使用中设置成轮流启动方式，以达到既有备用，又不让其长期搁置不用的目的。
（2）细格襁及沉砂池
细格栅运行的控制：用超声波液位差计来测量细格栅前后的液位差，当液位差值达到设定值时，或者当液位差值在规定的时间内未达到设定值时，均用电动阀门自动开启细格栅除污机，完成一个运行周期后停止运行。沉砂池控制：沉砂池由一系列设备组成，其中包括搅拌机、出水电动蝶阀，吸砂阀、洗砂阀及砂水分离器等。沉砂机的自动控制由设备配套提供的就地控制柜内PLC完成.
（3）氧化沟
氧化沟中污水含氧量的控制是污水处理中比较关键的任务之一。氧化沟的溶解氧含量对表曝机转速的控制：通过连续测量氧化沟的溶解氧含量来控制表曝机转速，当溶解氧值达到下限对，表曝机由低速运行转入高速运行：当溶解氧值达到上限时。表曝机由高速运行转入低速运行：当溶解氧值达到上上限时，表曝機则停止运行。
（4）二沉池的控制
该控制在双周边驱动刮泥机上接上手动阀门，可手动调节运行周期和运行时间，也可以自动调节。自控时根据二沉池污泥界面和污泥泵房MISS测量值自动调整。
（5）回流污泥量控制
回流污泥量调节的任务是为了保证生化处理系统混合液的浓度维持在一定范围内，回流污泥量的调节采用比例控制方式。以上用到的仪表如超声波液位差计。一体式超声波液位计，PH温度测定仪，溶解氧测量仪。氧化还原电位检测仪，污泥浓度检测仪，COD分析仪等输出信号都为4-20MA DC.负载阻抗都大于500Q，输出接点容量>2A（220V AC 50Hz或24V DC）。系统工艺流程如图1所示。
2.硬件设计
（1）现场PLC操作站
现场设备的远程控制输出和现场信号采集由2个操作站和五套PLC（PLC1、PLC2、PLC3、PLC4、PLC5）来完成.PLC选用CPU417-4，电源模块（PS407 10A）用于对SIMATIC S7-400的供电，将AC或DC网络电压转换为所需的5VDC或24VDC工作电压，输出电流为10A。通讯处理器模块选用CP443一l。PLC1位于中控室内，PLC2位于变电所，主要用于机、泵等电气参数的监视、控制和联锁。在沉砂池现场设置PLC3，用于对成套设备监控，确保其正常运行。在污泥脱水浓缩间设置PLC4，用于对污泥脱水机的安全保护及有关参数的监控。紫外线消毒系统自带PLC5，用于对紫外线灯管、剂量及出水堰门、取样泵的控制。PLC作为下位机，与现场设备相连，进行数据通讯，数据处理，数据管理。现场各个监控点的参数，包括液位、温度、流量、溶解氧浓度等模拟置信号，通过现场的传感器、变送器、自动化仪表检测出来并转化为4-20mA电流信号。由PLC通过各种模块接口采样电信号。模拟量控制信号由PLC控制单元模件输出以后以4-20mA电流形式送到执行机构，控制执行机构的动作。
（2）无线通讯
为了克服传统的通讯方式现场施工工程量非常大，费用较高而且维护起来很不容易的缺点，我们采取了无线通讯方式，它具有可靠性高，节省电缆，扩展性强，维护方便等优点。该系统无线通讯采用全数字无线数传电台MDS2710A构建无线通信主设备。该系统的PLC l接在主站上，其他四套PLC分别接在MDS2710A从站上，PLC1采用对其他四个从站PLC轮流访问，通过指令来实现数据交换。结构如图2所示：
3.软件设计
（1）上位机组态
在上位机上使用WINCC软件设计标准的人机界面.WINCC（Windows Control Center）是SIEMENS公司全集成自动化（TIA）的监控组态软件，为操作人员提供多个动态运行监视画面、报警记录、过程数据归档和报表打印任务。主要显示的画面有系统登陆画面、菜单画面、总貌画面、组画面、单点显示画面、报警总貌画面、趋势组画面、单点趋势画面、流程画面和操作指导画面. 用户对一些重要的模拟量输入参数如流量、温度、压力等进行实时报警。当处于监控下的任何一个变量超出预设的安全值时，报警灯就会立即闪烁，在操作员现行操作画面上给予提示。为了将下位机读取的数据在上位机上实时显示出来。在WINCC的图形编辑器中，可组态WINCC用户归档表单元，它将允许在运行系统中以表格形式显示用户归档中的在线数据.根据该污水处理厂的实际需要，可创建PH值、溶解氧、液位归档。
（2）PLC编程
通过STEP7，用户可以进行系统配置和程序的编写，调试，完成PLC硬件组态、控制PLC的运行状态和I/O通道的状态等。通常用户程序由组织块（0B）、功能块（FB、FC）和数据块（DB）构成。其中OB用于控制程序的运行.是下位机软件系统的总控模块。可以在OB中编写实时数据采集程序也可以编写液位、温度、流量的应用程序.FB、FC是用户子程序，DB是用于存取数据的存储区，该系统中它是WINCC与STEP7程序的数据接口点。下位机软件模块结构如图3所示。
（3）Smith预估控制算法
经过消毒池的出水量按照比例进行加氯具有惯性大、纯滞后时
间长。当有较大纯时滞时。当控制作用产生后，在时间范围内，被
控参数完全没有响应。若测量变送环节存在延时，就会降低系统的
穩定性。并且纯时延会导致被控参数的偏差值增加，系统动态控制
精度下降，所以我们采用Smith预估算法来解决闭环系统中存在的
大时延问题。Smith预估控制的实质就是并联一个补偿装置G0（S）（I
-e-r8），补偿后控制系统的特征方程式I+GC（S）GO（S）=0中不含纯滞后系统的动态品质，补偿后的系统性能完全不受纯滞后的影响。
4.结束语
实践证明，该污水处理厂的自动控制系统是合理的，设备是先
进的，在通讯网络上还采用了无线通讯方式，既节约了成本又提高
了可靠性.自投入运行以来，大大提高了该污水处理厂的自动化水
平，提高了污水处理的质量。提高了经济效益.相信随着自动控制
产品功能的不断增强，各种资源的更充分利用，将会出现更优秀的
污水处理方案。
参考文献：
[1]宋延民，贸方亮，等.污水处理系统的电气控制.电气传动，
1997，37（3）：32-33.
[2]石晓敏，贾敏智，苗娜.PLC在污水处理厂自动控制系统中的应[J].化学，2005（12）：95-97.
[3]王芳.污水处理厂自动控制系统的建立[J].机械工程与自动化，2010（06）：203-204.
关键词：自动控制系统PLC；污水处理；无线通讯；探讨
随着我国城市化、工业化的加速，人民生活水平的提高，对洁净优质的水资源需求也迫切提高，目前水资源正受工业污染，生活垃圾污染等破坏，影响人们健康，污水处理工程的建设迫在眉睫，技术处理不容忽视。传统的人工加药治污法已经远远不能满足社会的需要，现代污水处理厂的自动控制正进入一个计算机智能控制阶段。本文主要介绍了经济开发区污水处理厂，一期建设规模为10x104m3/d，为了有效的对污水处理过程进行监控、分析、管理和优化，该开发区的污水治理自动控制系统采用“集中管理，分散控制”原则，整个系统用PLC作为下位机进行数据采集.数据处理，采用无线通讯方式，即在中央控制室设置通讯主站，通讯从站设到各个检测点，主站PLC对通讯从主站PLC进行轮流访问，实现数据交换。
1.工艺控制要求
（1）粗格栅及提升泵站
粗格栅运行的控制：用超声波液位差计来测量粗格栅前后的液位差，当液位差值达到设定值时，或者当液位差值在规定的时间内未达到设定值时，均用电动阀门自动开启粗格栅除污机，完成一个运行周期后停止运行。栅渣通过皮带输送机输送到螺旋压榨机最后外运。皮带输送机与粗格栅机联动控制，任意回转式格栅除污机启动后应启动皮带输送机联动运行。.潜污泵的控制：在潜污泵有压力指示。开泵时应先开水泵，当达到一定压力时用电动阀门自动打开。进水泵房有潜污泵5台，2台备用。考虑到其中2台作为长期备用，又易发生设备故障。故实际使用中设置成轮流启动方式，以达到既有备用，又不让其长期搁置不用的目的。
（2）细格襁及沉砂池
细格栅运行的控制：用超声波液位差计来测量细格栅前后的液位差，当液位差值达到设定值时，或者当液位差值在规定的时间内未达到设定值时，均用电动阀门自动开启细格栅除污机，完成一个运行周期后停止运行。沉砂池控制：沉砂池由一系列设备组成，其中包括搅拌机、出水电动蝶阀，吸砂阀、洗砂阀及砂水分离器等。沉砂机的自动控制由设备配套提供的就地控制柜内PLC完成.
（3）氧化沟
氧化沟中污水含氧量的控制是污水处理中比较关键的任务之一。氧化沟的溶解氧含量对表曝机转速的控制：通过连续测量氧化沟的溶解氧含量来控制表曝机转速，当溶解氧值达到下限对，表曝机由低速运行转入高速运行：当溶解氧值达到上限时。表曝机由高速运行转入低速运行：当溶解氧值达到上上限时，表曝機则停止运行。
（4）二沉池的控制
该控制在双周边驱动刮泥机上接上手动阀门，可手动调节运行周期和运行时间，也可以自动调节。自控时根据二沉池污泥界面和污泥泵房MISS测量值自动调整。
（5）回流污泥量控制
回流污泥量调节的任务是为了保证生化处理系统混合液的浓度维持在一定范围内，回流污泥量的调节采用比例控制方式。以上用到的仪表如超声波液位差计。一体式超声波液位计，PH温度测定仪，溶解氧测量仪。氧化还原电位检测仪，污泥浓度检测仪，COD分析仪等输出信号都为4-20MA DC.负载阻抗都大于500Q，输出接点容量>2A（220V AC 50Hz或24V DC）。系统工艺流程如图1所示。
2.硬件设计
（1）现场PLC操作站
现场设备的远程控制输出和现场信号采集由2个操作站和五套PLC（PLC1、PLC2、PLC3、PLC4、PLC5）来完成.PLC选用CPU417-4，电源模块（PS407 10A）用于对SIMATIC S7-400的供电，将AC或DC网络电压转换为所需的5VDC或24VDC工作电压，输出电流为10A。通讯处理器模块选用CP443一l。PLC1位于中控室内，PLC2位于变电所，主要用于机、泵等电气参数的监视、控制和联锁。在沉砂池现场设置PLC3，用于对成套设备监控，确保其正常运行。在污泥脱水浓缩间设置PLC4，用于对污泥脱水机的安全保护及有关参数的监控。紫外线消毒系统自带PLC5，用于对紫外线灯管、剂量及出水堰门、取样泵的控制。PLC作为下位机，与现场设备相连，进行数据通讯，数据处理，数据管理。现场各个监控点的参数，包括液位、温度、流量、溶解氧浓度等模拟置信号，通过现场的传感器、变送器、自动化仪表检测出来并转化为4-20mA电流信号。由PLC通过各种模块接口采样电信号。模拟量控制信号由PLC控制单元模件输出以后以4-20mA电流形式送到执行机构，控制执行机构的动作。
（2）无线通讯
为了克服传统的通讯方式现场施工工程量非常大，费用较高而且维护起来很不容易的缺点，我们采取了无线通讯方式，它具有可靠性高，节省电缆，扩展性强，维护方便等优点。该系统无线通讯采用全数字无线数传电台MDS2710A构建无线通信主设备。该系统的PLC l接在主站上，其他四套PLC分别接在MDS2710A从站上，PLC1采用对其他四个从站PLC轮流访问，通过指令来实现数据交换。结构如图2所示：
3.软件设计
（1）上位机组态
在上位机上使用WINCC软件设计标准的人机界面.WINCC（Windows Control Center）是SIEMENS公司全集成自动化（TIA）的监控组态软件，为操作人员提供多个动态运行监视画面、报警记录、过程数据归档和报表打印任务。主要显示的画面有系统登陆画面、菜单画面、总貌画面、组画面、单点显示画面、报警总貌画面、趋势组画面、单点趋势画面、流程画面和操作指导画面. 用户对一些重要的模拟量输入参数如流量、温度、压力等进行实时报警。当处于监控下的任何一个变量超出预设的安全值时，报警灯就会立即闪烁，在操作员现行操作画面上给予提示。为了将下位机读取的数据在上位机上实时显示出来。在WINCC的图形编辑器中，可组态WINCC用户归档表单元，它将允许在运行系统中以表格形式显示用户归档中的在线数据.根据该污水处理厂的实际需要，可创建PH值、溶解氧、液位归档。
（2）PLC编程
通过STEP7，用户可以进行系统配置和程序的编写，调试，完成PLC硬件组态、控制PLC的运行状态和I/O通道的状态等。通常用户程序由组织块（0B）、功能块（FB、FC）和数据块（DB）构成。其中OB用于控制程序的运行.是下位机软件系统的总控模块。可以在OB中编写实时数据采集程序也可以编写液位、温度、流量的应用程序.FB、FC是用户子程序，DB是用于存取数据的存储区，该系统中它是WINCC与STEP7程序的数据接口点。下位机软件模块结构如图3所示。
（3）Smith预估控制算法
经过消毒池的出水量按照比例进行加氯具有惯性大、纯滞后时
间长。当有较大纯时滞时。当控制作用产生后，在时间范围内，被
控参数完全没有响应。若测量变送环节存在延时，就会降低系统的
穩定性。并且纯时延会导致被控参数的偏差值增加，系统动态控制
精度下降，所以我们采用Smith预估算法来解决闭环系统中存在的
大时延问题。Smith预估控制的实质就是并联一个补偿装置G0（S）（I
-e-r8），补偿后控制系统的特征方程式I+GC（S）GO（S）=0中不含纯滞后系统的动态品质，补偿后的系统性能完全不受纯滞后的影响。
4.结束语
实践证明，该污水处理厂的自动控制系统是合理的，设备是先
进的，在通讯网络上还采用了无线通讯方式，既节约了成本又提高
了可靠性.自投入运行以来，大大提高了该污水处理厂的自动化水
平，提高了污水处理的质量。提高了经济效益.相信随着自动控制
产品功能的不断增强，各种资源的更充分利用，将会出现更优秀的
污水处理方案。
参考文献：
[1]宋延民，贸方亮，等.污水处理系统的电气控制.电气传动，
1997，37（3）：32-33.
[2]石晓敏，贾敏智，苗娜.PLC在污水处理厂自动控制系统中的应[J].化学，2005（12）：95-97.
[3]王芳.污水处理厂自动控制系统的建立[J].机械工程与自动化，2010（06）：203-204.