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NA400PLC工程实例分析——污水处理系统

日期：2009-4-21 21:54:11 来源：中国自动化网
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一、概述

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1.1污水处理简介

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1、概况：相关资料显示，美国平均每1万人拥有1座污水处理厂，英国和德国则每7000~8000人就拥有1座污水处理厂，而中国每150万人才拥有一座污水处理厂。所以在中国污水处理是迫切的，而污水处理的市场也呈现出一派蓬勃的景象。

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2、常用的污水处理工艺：污水处理的方法主要有物理、化学、物理化学以及生物等几种。这些方法根据实际情况，可以单一使用，也可以针对不同的污水混合使用。目前，污水处理的方法一般以生物处理方法为主辅以物理处理法和化学处理法。常用的工艺有以下几种：

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（1）传统活性污泥法。最古老的污水处理工艺，关键组成部分为曝气池与沉淀池。污水中的有机物在曝气池停留的过程

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图1

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中，曝气池中的微生物吸附污水中的大部分有机物，并且在曝气池中被氧化成无机物，然后在沉淀池中微生物絮体下沉，经过一段时间后，就可以输出清水，同时为了保持曝气池中污泥的浓度，沉淀池中经过沉淀后的一部分活性泥需要回流到曝气池中。

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该工艺的优点有：有机物去除率高；污泥负荷高；池的容积小；耗电省，运行成本低。

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该工艺的缺点有：普通曝气法占地多，因而建设投资大；仅能满足污水处理标准中的相关指标；容易产生污泥膨胀现象；磷和氮的去除率低。

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（2）A/O法。在传统活性污泥法的基础上发展起来的一种污水处理工艺，其中A代表Anocix（缺氧的），O代表Oxic（好氧的）。A/O法是一种缺氧—好氧生物污水处理工艺。该工艺通过增加好氧池与缺氧池所形成的硝化—反硝化反应系统，很好地处理了污水中的氮含量，具有明显的脱氮效果。但是硝化—反硝化反应系统需要得到很好的控制，这样就对该工艺提出了更高的管理要求，这也形成了该工艺的一大缺点。

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（3）氧化沟法。是活性污泥法的一种变形，属于低负荷、延时曝气活性污泥法。废水和活性污泥的混合液在环状的曝气渠道中不断地循环流动，因此又被称为“循环曝气池”。氧化沟法具有处理工艺及构筑物简单、无初沉淀池和污泥硝化池、有机物去除率较高、脱氮、除磷（沟前增设厌氧池）、剩余污泥少且容易脱水、处理效果稳定等优点，但存在负荷低、占地大、耗电大、运转费用偏高的缺点，适用于中小规模的低负荷污水处理厂。可根据构筑物不同分为：卡鲁塞尔氧化沟法、奥贝尔氧化法和一体化氧化沟法。

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另外还有A2/O法，A/B法， SBR法及UNITANK法，在这里就不详尽介绍，，如需了解详细，请查阅相关专业资料。

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3、污水处理系统控制形式

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（1）DCS系统。是集散控制系统的简称，又称为分布式计算机控制系统，是由计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、通信网络技术等相互渗透形成的。有计算机和现场终端组成，通过网络将现场控制站、检测站和操作站、控制站等连接起来，完成分散控制和集中操作、管理的功能，主要是用于各类生产过程，可提高生产自动化水平和管理水平，其主要特点如下：

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①采用分级分布式控制，减少了系统的信息传输量，使系统应用程序比较简单。

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②实现了真正的分散控制，使系统的危险性分散，可靠性提高。

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③扩展能力较强。

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④软硬件资源丰富，可适应各种要求。

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⑤实时性好，响应快。

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（2）现场总线控制系统。是由DCS和PLC发展而来的，是基于现场总线的自动控制系统。该系统按照公开、规范的通信协议在智能设备与计算机之间进行数据传输和交换，从而实现控制与管理一体化的自动控制系统，其优点如下所示：

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①可利用计算机丰富的软硬件资源。

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②响应快，实时性好。

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③通信协议公开，不同产品可互连。

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（3）PLC系统。可编程逻辑控制器用于处理系统的控制器，实现控制系统的功能要求，也可利用计算机作为上位机，通过网络连接PLC，对生产过程进行实时监控，其特点如下：

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①编程方便、开发周期短、维护容易。

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②通用性强，使用方便。

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③控制能力强。

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④模块化结构，扩展能力强。

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二、系统设计

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1、污水处理系统的工作原理

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（1）控制系统总体框架图：如图2所示，NA400 PLC为核心控制器，通过检测操作板按钮的输入、各类传感器的输入以及相关模拟量的输入，完成相关设备的运行、停止和调速控制。

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图2

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（2）工作过程：在手动状态下，各类设备的控制是根据操作面板的按钮输入来控制，无逻辑限制，即可不根据传感器的状态进行控制。在自动方式下，进行闭环控制，系统根据检测到外部传感器的状态对设备进行启挺控制，其工作过程如图3

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① 接通电源，启动自动控制方式，启动潜水搅拌器和刮泥机。

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② 运行粗、细格栅机，进行间歇运行，即运行一段时间然后停止一段时间，循环运行。

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③ 根据反馈回来的液位差状态控制清污机的运行和停止。

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④ 进水泵房中的潜水泵根据液面的高低进行运行、停止及运行数量的控制。

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⑤ 转碟曝气机根据溶解氧仪反馈的模拟量经PLC运算后进行控制，同时控制分离机的运行和停止。

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⑥ 污泥回流泵的运行和停止根据液面的高低进行控制。

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⑦ 在污泥脱水系统中，离心式脱水机的启动采用顺序控制方式，依次启动其设备。

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图3

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2、硬件系统配置

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（1） PLC选型。根据污水处理系统的电气控制系统的功能要求，以及其复杂程度，从经济性、可靠性等方面考虑，选择NA-400PLC作为污水处理系统的电气控制系统的控制主机。该系统涉及的数字量输入/输出点较多，还需要采集模拟量并利用模拟量控制的功能要求，因此也需要扩展模拟量输入/输出模块。具体配置如表1

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WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网名称 WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网	WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网型号 WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网	plcjs.技.术_网说明 WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)	plcjs.技.术_网数量 WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户) 电源模块 WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)	WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 400PWM4011001 WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网	WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网直流24V电压输入，额定电流：20A 功率：100W WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户	WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户) 1 P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户) CPU WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网	WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户 400CPU401-0301 WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网	WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网高性能CPU，内置2个RS232（标准MODBUS），1个以太网口（标准MODBUS/TCP），程序空间4M ——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户	WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网 1 WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
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WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户) 数字量输入 ——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户	WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网 400DIM4013201 ——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户	WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户) 32点输入24VDC(漏型) WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网	WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户) 1 WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网数字量输出 P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户	WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网 400DOM4011602 P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户	——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户 16点输出继电器 WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)	——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户 2 WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网模拟量输入/输出 WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网	WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网 400AIO4011601 WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)	WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网模拟量输入模块 8通道，电流型；模拟量输出模块 8通道，4~20mA电流 WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)	WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户) 1 WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)