❶ 工業污水處理自動監控技術的應用
工業污水處理自動監控技術是如何應用的？原理是什麼？請看中達咨詢編輯的文章。
隨著現代社會的不斷發展，工業產業也得到較大進步，對社會經濟發展起到很大的推動作用。在工業生產各項工作中，污水處理是比較重要的一項內容，對工業發展及環境保護具有十分重要的作用。在現代工業污水處理中，自動監控技術有著越來越廣泛的應用，使工業污水處理水平及效率得到提高。本文就工業污水處理自動監控技術的應用進行分析，試圖為之提供行之有效的可行性建議。
社會工業的發展雖然對社會經濟的發展起到很大推動作用，但工業生產中產生的污水也在一定程度上污染社會環境。因此，在社會生產中對污水進行科學處理，從而減輕工業污水對環境的污染有著十分重大的社會意義。現代工業生產規模正在不斷擴大，工業污水的產生也越來越來多，運用現在技術手段處理工業污水也就十分必要，目前應用比較廣泛的就是自動監控技術。
1 污水處理自動化監控系統實現原理
通常情況下，工業污水都有著很高的污染性，因而對工業污水進行處理相對而言難度也就比較大，並且對污水處理技術也有著很高的要求，也污水處理整個過程中也耗時比較長。在工業污水處理過程中，應用自動監控處理系統通過分為三個部分進行，即預處理階段、生化處理階段以及沉澱階段。首先，將排出的工業污水置於砂池中，然後對污水進行攪拌，盡可能使砂水之間能夠分離，在砂石沉澱之後，向中和池中進入，之後對其實施酸鹼中和處理，在中和池中處理完之後，將污水提升一級，使其進入厭氧池中，然後對其實施生物分解，處理完之後向調節沉澱池中流入，然後由調節沉澱池向高效生物組合池中進入，化工污水中存在的有機污染物通過微生物作用被氧化分解，從而使工業污水得以凈化，之後將污水進行氣化微處理，從而將有機污染物去除，進入沉澱池內實施固液分離，在分離之後將葯物加入水中進行處理，然後外排掉清水，使分離出污泥凝固，之後將其外運。
2 自動化監控系統及功能的構成
自動化監控系統主要包括兩個部分，即上位機軟體控制系統與下位機軟體控制系統。其中上位機軟體控制系統選擇WinCC6.0P2版本組態軟體當作控制平台將各種相關圖形管理建立。在實際工作過程中，通過平台所建立各個系統畫面，工作人員可實時對污水處理進行監控，能夠隨時對系統運行參數進行觀察，若系統有故障問題出現，平台能夠及時警報提醒。在WinCC監控軟體啟動時，能夠使污水處理的工藝流程圖得到直觀顯示，並且還能夠顯示各個設備實際運行狀態，另外還能夠點擊畫面中相對應按鈕，從而通過畫面的切換對各個儀表、泵以及閥門相關參數進行查閱。在畫面下方中的控制按鈕共有5個，下面分別詳細分析：
（1）報警報表按鈕。通過點擊該按鈕能夠對報警控制項的運動效果圖表進行查看，對於具體報警事件狀態可快速確定。
（2）最新報警按鈕。點擊該按鈕能夠使當前故障報警信息得以顯示。
（3）報警消音按鈕。點擊該按鈕可將現場喇叭報警聲切斷。
（4）PH及流量趨勢圖按鈕。點擊該按鈕可使表格控制項以及數據趨勢控制項運行畫面得到顯示。
（5）返回主畫面按鈕。在點擊該按鈕之後可返回WinCC監控系統的主畫面。
在下位機系統中的軟體主要選擇SIMAT-ICS7-300通用型自動監控技術，該技術優點就是可連接現場儀器以及感測器，從而使數據通信、數據處理以及數據管理得以實現。利用該技術在電路短路或者斷路情況下可保證警報通過感測器發出。另外，利用該技術能夠對污水PH值進行實時穩定地控制。在計量PH方面，下位機系統操作通常如下：
若污水保持適中酸鹼度，則接通PHX7觸電，此時關閉加酸閥及加鹼閥，報警器不報警；若污水表現為強鹼性，則接通PHX6點，此時報警器發出警報，打開加酸閥門；若污水表現為強酸性，則PH值X5接通，報警器警報，打開加鹼閥門。
3 污水處理監控系統的應用效果評價
3.1 污水處理監控系統的應用能夠使圖表參數得以動態顯示
在控制內操作人員可通過計算機對現場中各水罐以及水池中液位情況進行觀察，並且可觀察到水管壓力信息、流量信息以及水泵開停信息，並且可以動畫形式使這些動態信息實施顯示。
3.2 污水處理監控系統的應用可使數據實時顯示
在實際操作中可在數庫中保存記錄信息，並且能夠實現實時顯示，同時可查詢歷史記錄，還能夠進行刪除以及列印操作。
3.3 污水處理監控系統的應用可實現自動報警
在監控變數超出設置報警限制時，系統便能夠自動發出聲音警報，從而對操作人員進行提示。在發現提示之後，操作人員可按下報警確認按鈕，使警報停止，與此同時，根據報警畫面中信息操作人員到現場進行故障排除。另外，報警信息以及報警排除信息均會在報警窗口中記錄。
4 結論
隨著現代自動化技術不斷發展，在工業污水處理中自動監控技術也得到越來越廣泛的應用。在工業污水處理過程中，通過利用自動監控技術能夠使污水處理效率得到很大提高，同時也能夠在很大程度上節省人力物力，在現代工業污水處理中必不可少的幾種技術手段。
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介紹了縣級中小城市污水處理工藝，西門子S7-300 PLC主要特點，污水處理廠的自控要求、PLC的系統硬體配置、軟體設計，和實際運行結果。
可編程式控制制器PLC是實現污水處理廠自動控制的關鍵，縣級中小城市的污水處理廠處理能力一般在10萬m3/d以下，很多是1～5萬立方米/d，監控點數一般不是很多，而選用西門子S7-300 PlC是一種即經濟又切合實際的解決方案，它具有高度模塊化結構，指令集功能強大，能夠滿足多樣化和個性化的需求。
1 污水處理工藝流程
從當前污水處理工藝和技術研究、開發和應用的情況看，由於傳統的活性污泥處理工藝在中小規模的污水處理廠中存在基建投資高、運行費用高以及電耗高等問題，因此，處理水量在10萬立方米/d以下的縣級中小城市的污水處理廠處理工藝一般多採用氧化溝和SBR工藝。西北某縣城污水處理廠日處理污水4萬噸，處理工藝採用的是奧貝爾氧化溝。主要處理：工段有機械處理段、生物處理段、和污泥脫水處理段。機械處理段由粗格柵間、進水泵房、細格柵間、旋流沉砂池組成。生物處理段由厭氧池、氧化溝、迴流及剩餘污泥泵房、二沉池、接觸池等組成，污泥脫水處理段由儲泥池、污泥脫水機房組成。該工藝的流程見圖1。
城市污水管網收集到的污水到了進水泵房，在這里大的固體雜質被格柵機過濾掉，然後較稀的污水被提升泵送到旋流沉砂池，污水由於攪拌機和吸砂機的作用，其中的固體顆粒又被去除。下一道工序是污水先被送到厭氧池，目的是去磷、脫氮，然後流入氧化溝，這里有相應的菌種來分解、凈化污水，氧化溝中的污泥細菌生態系統維持存活的主要條件一個是污水中的有機物雜質，另一個就是氧氣的供應，所以氧化溝上的曝氣轉碟的作用是對污水進行充氧。經過氧化溝處理後的污水在二沉池沉澱後然後在接觸池加氯達標後可直接排放，多餘的污泥被排泥泵送到脫水機房，通過脫水處理，污泥被壓干製成餅，用作肥料。
2 自控系統的硬體選擇
污水處理主要是順序邏輯控制，這正是PLC控制的優勢所在。在眾多的PLC生產廠家中，西門子公司的S7-300 PLC系列產品以其較高的性價比成為眾多用戶的首選。S7-300是模塊化的中小型PLC系統，能滿足中等性能要求的應用，模塊化、無排風扇結構，各種單獨的模塊之間可進行廣泛的組合以用於擴展。介面模塊（IM）用於多機架配置時連接主機架（CR）和擴展機架（ER），S7-300通過分布式的主機架（CR）和二個擴展機架（ER）可以操作多達32個模塊。中央處理單元（CPU）集成有PROFIBUS-DP和MPI通訊介面，多點介面（MPI））用於同時連接編程器、PC機和人機界面等。信號模塊（SM）用於數字量和模擬量的輸入輸出。
3 總體控制要求及功能
污水處理廠自控系統的要求是對污水處理過程進行自動控制和自動調節，使處理後的水質指標達到要求的范圍；在公司中控室發出上傳指令時，將當前時刻運行過程中的主要工作參數（水質參數、流量、液位等）、運行狀態及一定時間段內的主要工藝過程曲線等信息上傳到公司中控室。功能如下：
1）控制操作：在中心控制室能對被控設備進行在線實時控制，如啟停某一設備，調節某些模擬輸出量的大小，在線設置PLC的某些參數等。
2）顯示功能：用圖形實時地顯示各現場被控設備的運行工況，以及各現場的狀態參數。
3）數據管理：依據不同運行參數的變化快慢和重要程度，建立生產歷史資料庫，存儲生產原始數據，供統計分析使用。利用實時資料庫和歷史資料庫中的數據進行比較和分析，得出一些有用的經驗參數，有利於優化氧化溝的准閉環控制，並把一些必要的參數和結果顯示到實時畫面和報表中去。
4）報警功能：當某一模擬量（如電流、壓力、水位等）測量值超過給定范圍或某一開關量（如電機啟停、閥門開關）閥發生變位時，可根據不同的需要發出不同等級的報警。
5）列印功能：可以實現報表和圖形列印以及各種事件和報警實時列印。列印方式可分為：定時列印、事件觸發列印。
4 系統構成及其布局
如果採用常規PLC集中控制方式，將現場信號通過電纜連接到集中控制室內的PLC上，由於工藝線路長、現場控制點分布范圍廣，需要敷設大量的電纜及橋架，且現場環境惡劣、其施工難度非常大。鑒於此，採用了PROFIBUS現場匯流排技術，根據工藝劃分，系統共設了兩個主站、兩個子站、兩個操作員站。採用西門子的S7-300系列PLC，主站採用CPU315-2DP，其帶有一個DP通訊口和一個MPI口。子站採用通用性較好的ET200M遠程模塊，用於現場數據的採集和控制，並藉助PROFIBUS（工業現場匯流排），方便控制網路系統的建立。其自控系統見圖2。
控制系統分為三個級別，即現場級、控制級、管理級。
（1）管理級
管理級集中監控各個分站設備的運行狀態。管理級現場匯流排選擇PROFIBUS-FMS匯流排，兩台安裝組態軟體的冗餘伺服器作為PROFIBUS-FMS現場匯流排的操作員站，安裝在控制室內，可以同時收集現場數據。伺服器採用WinCC組態軟體，並配有伺服器軟體包選項。
（2）控制級和現場級
控制級主要功能是接收管理層設置的參數或命令，對污水處理生產過程進行控制，將現場狀態輸送到管理層。根據本廠工藝流程和總平面布置，結合馬達控制中心MCC的位置和供配電范圍，按照控制對象的區域、設備數量，以就近採集和單元控制為劃分區域的原則，在進水泵房、變電所設兩座現場主站PLC1、PLC2。在加氯間、脫水機房設兩座現場子站，其中加氯間PLC1-1為進水泵房PLC1的DP從站，脫水機房PLC2-1為變電所PLC2的DP從站。現場主站與現場子站之間採用PROFIBUS-DP現場匯流排。現場主站PLC1、PLC2分別由電源模塊PS 307、CPU315-2 DP模塊和通訊模塊CP343-5及相應信號模塊SM組成。現場子站採用ET200M遠程單元，每個ET200M單元均由1個IMl53-2匯流排介面模塊和其它若干數字量、模擬量輸入輸出模塊組成。
進水泵房現場主站PLC1監控范圍為粗格柵、進水泵房、細格柵、沉砂池等，其主要控制對象為粗細格柵間的粗細格柵及進水電動閘門、進水泵房的污水提升泵、沉砂池的排砂裝置和砂水分離等設備，此外，還負責進水水質如pH、SS（濁度測量）等參數的在線檢測。其I/O配置為：DI＝144、DO＝48、A1＝16。
加氯間現場子站PLC1-1監控范圍為加氯間、接觸池，其主要控制對象為加氯消毒等設備，此外其還負責出水水質如：余氯、COD、流量等參數的在線檢測。其I/O配置為：D1＝48、DO＝16、AI＝8。
變電所現場主站PLC2監控范圍為厭氧池、氧化溝、迴流及剩餘污泥泵房、二沉池，主要完成對處理工藝參數的監測控制，如對溶解氧、污泥濃度、pH值、ORP值等參數的測控。對曝氣設備、攪拌設備、排水設備、污泥迴流及剩餘泵、刮泥機等進行操作控制，以滿足對處理出水水質的要求。其I/O配置為：DI＝224、DO＝8O、A1=24。
脫水機房現場子站PLC2-1監控范圍為脫水機房、儲泥池，其主要控制對象為儲泥池的攪拌器、電動閥門，脫水機房的進泥泵、輸送機、濃縮機、加葯系統等設備。其I/O配置為：DI＝48、DO＝16、Al＝8。
5 系統軟體
計算機操作系統採用Microsoft Windows 2000 Professional中文版操作系統。歷史資料庫採用Microsoft SQLServer 2000中文版軟體。上位機監控軟體採用GE公司的iFIX3.5組態軟體來實現。
1）操作系統軟體Windows 2000 Professional中文版操作系統提供了一個快速、高效的多用戶、多任務操作系統環境，是目前使用廣泛的工控操作系統。資料庫伺服器採用Windows2000 server中文版配合Microsoft SQL2000使用，用來保存歷史數據。各工作站均採用Windows 2000 Professional中文版操作系統。
2）iFIX3.5監控軟體實現了對整個系統的開關量、狀態量、電量、模擬量的採集和處理，並顯示在主工作站的界面上；對一些污水處理廠重要的物理量如各個進水泵的電流、頻率、出口壓力等都實時顯示在主上作站的主界面上，便於調度員及時掌握系統的運行情況。
3）資料庫伺服器上安裝Microsoft SQL2000中文版資料庫軟體，用來儲存整個污水廠重要的歷史數據，通過iFIX3.5與Microsoft SQL 2000的通訊來讀取歷史數據。單獨設計一個資料庫伺服器可以避免因為系統局部故障導致歷史數據丟失現象的發生。
4）STEP7可以利用IEC-1131標准中八種編程語言中的6種（STL、LAD、FBD、CFC、SFC和SCL）進行編程、本系統利用STEP7對西門子可編程序控制器進行配置、編程。
6 結束語
用西門子S-300 PLC設計的自控系統在該污水處理廠投入使用以來，運行至今系統穩定、可靠。設備具有調試簡單、操作方便、使用安全、效率高、故障率低，污水處理效果好的特點，提高了勞動生產率，同時由於軟硬體均採用模塊化結構，方便了工程技術人員的安裝、調試和維修。
❺ 水污染控制工程的畢業設計怎麼做
基於S7-400 PLC的控制系統在污水處理中的應用
摘 要：介紹了由Simatic S7-400 PLC、通用變頻器MicroMaster和工控組態軟體WinCC組成的基於ProfiBus-FMS匯流排的分布式控制系統及其在污水處理工廠中的應用。系統採用集中管理、分散控制的方式，上位機負責現場設備的遠程式控制制和監視，控制站負責對具體的工藝、設備、主要被控參數進行控制及採集各種運行數據;上位機與PLC之間組網簡單、運行速度快、通信穩定性強，系統提高了污水處理設備運行效率和管理水平，具有積極的推廣應用價值。
關鍵詞：污水處理;溶解氧;分布式控制系統;ProfiBus;WinCC
長期以來,在我國城市建設快速發展的過程中，由於對環境保護基礎設施建設重視不夠、投入不足，污水直接排入城市水系及相關流域,造成江河湖泊水質和地下水污染,城市水環境污染問題日益突出，污水凈化就成為改善城鎮居民生活環境、提高人民健康水平的主要手段之一。為保證污水處理工藝可靠、順利實施，自動控制系統的設計及控制技術的運用要以可靠性為基礎，綜合考慮控制技術先進性、可擴展性，同時兼顧降低系統造價。
在污水處理控制系統中，除了存在分布區域廣、設備分散、控制點多及控制信息復雜等要求外，同時具有控制輸入和輸出以開關量參數居多，模擬量參數少的特點，而這些都是PLC控制系統的優勢所在，因此，以PLC為主體就成為污水處理廠自動控制系統的主要控制模式[1]。本文將以某市的污水處理廠為例，簡要介紹S7-400 PLC在污水處理控制系統中的應用。
1 系統工藝介紹
某市污水處理廠是省重點工程,近期污水水量為30萬立方米/天，高峰污水量16250立方米/小時，遠期污水水量為40萬立方米/天，採用具有脫氮除磷功能的A/A/O活性污泥法工藝法，污水經二級處理後排入附近河流進行灌溉，污泥採用機械濃縮脫水後外運。同時該工程還預留了污泥消化處理工段，所以對系統的擴展性、開放性及該系統的可持續性，具有相當高的要求。系統工藝流程見圖1。
2 控制系統組成
污水處理採用分布式計算機監控管理方式，由中央控制室的上位計算機管理控制系統、廠區三個現場控制站組成。中央控制室和廠區三個現場控制站之間以一個冗餘的100Mbps光纖工業乙太網組成一個有線數據通信網路系統。各個現場控制站可以獨立運行，在現場進行工藝檢測參數、設備運行工況信號的採集、檢測和控制，並通過該站的人機界面對設備運行操作，同時通過ProfiBus匯流排向中央控制室進行實時傳送，以備工作人員監視;中控室的操作人員通過ProfiBus將必要的控制參數下傳到各個現場控制單元，以調整控制和工藝參數。同時，為備現場操作，每個現場監控單元均有手動/自動按鈕，可實現現場和遠控操作，從而提高了整個系統的可靠性、安全性以及運行的經濟性。另外，污水控制系統還通過Ethernet經廠數據交換機與廠管理網進行互聯，實現企業管控一體化。系統組成結構見圖2。
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這個管道一般就是一根粗線，閥門是簡圖。水泵也有圖塊的。看你想畫成什麼樣子了。