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自來水廠污水處理自動控制系統(tǒng)解決方案

發(fā)布日期：2017-09-16 08:55 瀏覽次數：

自來水廠污水處理自動控制系統(tǒng)

自來水生產過程中，沉淀池排泥、濾池沖洗等工藝會產生大量污水。過去，通常對這些污水做直接排放處理。隨著環(huán)保要求的提高，以及水資源成本的不斷增加，越來越越多的水廠建立了污水處理系統(tǒng)，對生產過程產生的污水進行回收利用。根據康卓科技了解我國目前超過半數的城市自來水廠的污水處理都依賴于觀察法，依靠工人手動調節(jié)，很難實現完全自動化處理。污水處理不能完全自動化，一方面降低了污水處理的效率，造成了水資源不能充分利用；另一方面也容易對自來水廠供水的水質造成影響。

鑒于此，南京康卓環(huán)境科技有限公司研發(fā)設計了一套污水處理的自動化處理技術，以PLC技術為載體設計基于以太網的遠程自動化處理控制系統(tǒng)，以期能夠實現污水處理的全過程自動化，并各大城市自來水污水處理中廣泛應用。

基于以太網的污水自動處理系統(tǒng)總體設計

1.1 系統(tǒng)功能

基于以太網的自來水廠污水自動處理控制系統(tǒng)，其主要功能包含以下幾個方面。

1.1.1 污水處理工藝監(jiān)測

污水處理是一套復雜的工藝過程，要實現污水處理質量達標，就必須要對各個工藝環(huán)節(jié)進行監(jiān)測，例如對含泥量、加藥量、脫水機運行等工藝過程的監(jiān)測。

1.1.2 設備運行狀態(tài)監(jiān)測

污水處理需要眾多機電裝備的運行，需要整個自動控制系統(tǒng)能夠自動監(jiān)測設備運行狀態(tài)，包括設備的環(huán)境參數和運行狀態(tài)參數。

1.1.3 遠程聯網管理

包括遠程聯網調度機電設備的運行、遠程聯網控制污水處理工藝以及遠程聯網監(jiān)測污水處理水質等全過程自動化管理。

1.1.4 系統(tǒng)故障管理

自來水污水處理自動控制管理系統(tǒng)應當具備一定的智能性，當系統(tǒng)發(fā)生故障時，能夠自動實現故障定位，并給出可能的故障原因以及故障解決建議。

1.1.5 數據管理

污水處理自動控制系統(tǒng)要能夠自動記錄污水處理的相關數據，包括原料的耗用情況，水質的檢測數據，以及各個機電設備的運行功率、投人和產出數據等。

1.1.6 安全管理

污水自動控制系統(tǒng)支持安全預警機制，當設備出現異常時能夠自動報警，并切斷系統(tǒng)的運行，保證生產車間的安全運行。

1.2 網絡拓撲結構

網絡的拓撲結構有很多種，選擇合適的網絡拓撲結構，對于污水自動處理控制系統(tǒng)的聯網運行的可靠性具有重要影響。目前主要有以下幾種拓撲結構：

1.2.1 總線型

總線型網絡拓撲結構簡單靈活，組網成本低；但是總線型結構網絡故障診斷較為困難。

1.2.2 網型

網型拓撲結構的容錯性較好，可靠性非常高，但是組網成本非常高昂，后期管理維護成本較高。

1.2.3 環(huán)型

環(huán)型網絡結構結構簡單，組網成本低，同時后期維護成本較低，對組網空間距離不敏感。

綜上所述，自來水廠污水處理控制系統(tǒng)適合采用環(huán)型網絡拓撲結構構建遠程自動控制系統(tǒng)，并且遠程控制實時性較好，易于后期功能的擴展升級。

污水處理自動控制管理系統(tǒng)的設計與實現

2.1 系統(tǒng)運行模式

基于以太網的遠程自動控制系統(tǒng)，目前主要有兩種系統(tǒng)模式，分別是B/S模式和C/S模式。

2.1.1 B/S模式

所謂B/S模式，就是瀏覽器/服務器模式，這種模式無需開發(fā)專用人機交互軟件，借助于瀏覽器實現人機交互，但是服務器負荷較大。

2.1.2 C/S模式

所謂C/S模式，就是客戶端器/服務器模式，需要專門設計的人機交互軟件，開發(fā)工作量較大，但是大大減輕了服務器的負荷，系統(tǒng)的穩(wěn)定性有所提高。

鑒于上述兩種系統(tǒng)模式各有優(yōu)缺點，本自動化控制系統(tǒng)采用兩種模式的結合模式，即系統(tǒng)前端借助瀏覽器實現人機交互，以此減輕整個系統(tǒng)的開發(fā)工作量；同時系統(tǒng)后臺增加一臺服務器，用于程序的響應與控制，將數據集中在另一臺服務器上，這樣既可以減輕服務器的負荷，同時又提高了系統(tǒng)的健壯性，提高了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性。

2.2 系統(tǒng)硬件電氣設計

基于PLC的污水自動處理控制系統(tǒng)，較主要的硬件就是PLC，這里選用以可靠性高出名的西門子S7-200系列PLC，核心CPU選用S7-224，該CPU具有14個數字量輸入和10個數字量輸出，能夠滿足中小型污水處理的應用需求。

除了選擇PLC外，還需要設計配電柜，選擇熔斷器、空氣開關等電氣設備，將配電柜安置在污水處理設備車間內，通過環(huán)型以太網組網的設計，實現底層機電設備與控制器的聯網。

關于主電路的設計，應當考慮到污水處理的日產量，以及實際的電機數量、水泵數量進行合理設計。通常主電氣回路使用交流接觸器KM1、KM2、KM3分別接回流泵、風機和進水泵，以此構成污水處理的閉環(huán)控制。

2.3 系統(tǒng)架構設計

污水處理自動控制系統(tǒng)的架構，主要從以下三個層次進行架構設計。

2.3.1 傳感器檢測層

傳感器檢測主要布置在較低層，也就是直接利用傳感器檢測污水處理設備的工作狀態(tài)參數以及環(huán)境參數，利用傳感器采集到的數據對污水處理的相關數據進行計算，實現對污水處理工藝的自動化監(jiān)測。

2.3.2 網絡傳輸層

傳感器將采集到的監(jiān)測數據，利用環(huán)型以太網進行傳輸，傳輸給PLC控制器。環(huán)型以太網采用光纖結構布置，在提高網絡通信實時性的同時也能夠提高網絡系統(tǒng)性能的穩(wěn)定性。

2.3.3 PLC控制器

PLC控制器的主要任務是接收來自底層傳感器傳輸的監(jiān)測數據，通過對數據的分類分析和計算整理，將相關數據信息發(fā)送給頂層--數據信息管理層。

2.3.4 數據信息管理層

數據信息管理層主要是通過基于Windows系統(tǒng)開發(fā)的可視化人機交互界面實現數據信息的顯示、存儲、分析和打印等需求；另一方面，當數據出現異?；蛘邫C電設備出現故障時，該控制中心也能夠發(fā)出報警，同時依靠專家系統(tǒng)給出故障診斷結論和建議。

以康卓科技施工的某水廠污水處理系統(tǒng)為例，其結構如下：系統(tǒng)設一PLC主站和遠程10子站，采用施耐德Quantum系列PLC，現場設操作員站負責所有設備的監(jiān)控。PLC主站通過光纖冗余MB+環(huán)網連接至控制主網。PLC主站、遠程IO子站以及現場單元之間通過MB+協議實現通訊，如圖2所示。