电镀工业园废水处理系统自动控制方案设计50 - 图文

电镀工业园废水处理自动控制系统

自动控制方案设计方案

第一章 总述

系统总述

环境保护是当今世界各国的头等大事，在中国也毫不另外，随着其各种污染源的产生和不良设备以及工艺污染的逐渐增加。使人类对环境保护的投入越来越大，各种处理工艺的不断应用，各种控制方式的不断提升，尤其对设备的实时监控变得更为重要，在电镀废水控制方面也一样使用现代工艺控制方法。在污水处理系统中它的工艺是最复杂的工艺。鉴此我们根据XXXX实业投资公司承建的电镀工业园污水处理系统工程的在方案设计中进行系统的分析和配置以及综合评估，拟定自动控制系统的简易方案。供一、自动控制方案设计单位参考，故我们根据本工程的具体特点给出以下一、自动控制方案设计方案说明。

1.1 电镀污水自动控制方案概况

（1）电镀污水处理自动控制设计方案名称：电镀污水处理控制系统。简称自动控制系统

（2）本自动控制方案工程地点：惠州市

（3）自动控制方案项目概述：方案目地主要是对电镀工业园的一次设计方案的污水处理工艺、系统自动控制、自动元件选型、系统配置、系统扩充等方面进行详细的说明和更新。 1.2 自动控制方案设计项目内容

自动控制方案设计项目适应范围：本方案适应于电镀工业园的

污水处理系统的数据采集、系统动力控制、数据分析、工艺自动调节、操作系统管理、历史数据保存、报表生成及打印等工作范围。

自动控制方案设计项目内容：解读系统工艺、完善低压电气控制、自动控制图纸、提出合理的系统配置和解决方案。

计算机定时地保存数据。 计算机定时生成日报表。

计算机自动或手动打印适时和日报表。

自动控制方案设计项目目标：通过污水处理自动控制方案控制

系统设计，提高整个污水处理系统的控制、管理水平，减少人力的投入，减少系统投入，更好的为节能控制提供合理的数据依据。 1.3 自动控制方案设计项目系统概述

本控制系统是把本期的污水处理系统中的所有设备的操作模式、运行状态、故障状态、水池水位状况、PH实际数据、流量的实际数据、溶氧、氧化还原电阻（ORP）等相关参数变等具体的实际数据和状态收集整理以及运算，最终输出自动运行控制信号。并且在计算机上面动态显示和保存历史数据。提供简单灵活的操作界面，把动力和控制对象管理变得及其容易。 1.4 自动控制方案设计方案设计原则：

本控制系统采用的如下原则 1.4.1 提高系统的整体使用性能

本次自动控制系统子方案设计在已经满足整个污水处理系统的现

有以及后期所有的设备数据监控和系统扩展需要，但是通过本次方案的完善整体结构定量的减少系统硬件的投入，开发的一套稳定、操作极为简单、数据保存周期长、极低的故障率的应用软件。

1.4.2 完整结合系统工艺

自动控制系统的部件和部件总成满足此系统设备在各个条件下工艺要求，其工艺条件有如下内容：系统一次工艺设计（各个工艺段的工艺建筑结构，各个工艺段的设备功率和台数），系统对现场的特殊安装环境要求以及工艺变化的要求。

1.4.3 自动控制系统的可扩展性

为适应系统变迁和扩容的要求，必须充分考虑以最简单的方法和最低的投入，实现系统的扩展和维护。现场级的控制元件采用现场总线的方法进行和主机的数据通信交换，总线协议采用统一的协议（我们在检验和总体设计保持一致性，采用PROFIBUS的协议。由于此协议稳定和传输速度快的优点，它是目前使用最为广泛的一种现场总线规范）工艺的改变不会影响系统硬件的配置。备用的控制点有足够的余量。本系统一次设计处理量为20000M3/D,相当于市政污水处理量为200000M3/D的处理控制系统的规模。设备的功率小于这样规模的市政污水处理设备。但数量是它的几倍。

1.4.4 自动控制系统设备的易操作和免维护性

本系统的易操作具体表现在：界面友好——画面符合相关的人文理念，只要在计算机上点击相关按钮，即可进入相关的监视和参试设定画面。画面简洁——所有的画面采用中文描述，直观内容表达明朗。

画面应包括：登陆画面、系统管理画面、实时数据画面、状态监视画面、历史数据查询画面、工程师站还具备适时的程序修改和监控软件平台。由于系统采用性价比极高的硬件配置，这样就会保证系统的使用寿命和降低事故率。

第一章： 二次系统设计参考

2.1 设计参考和标准

本系统的设计参考如下标准

电气行业节能设计规范 ——JBJ 20—1992 电气开关、控制和保护装置——GB4728.7-84 电气测量仪表、灯和信号器件——GB4728.8-84 电气安全标准导则——GB/T 16499-1996

电气装置安装工程低压电器施工及验收规范 GB50254－96 电气装置安装工程、电气设备交接试验标准——GB 50150-2006 PLC和计算机的程序和组态 的标准参考IEC关于PLC的梯形图编程一章 。

故障信息报警符合国家移动手机电磁辐射标准。

第二章： 工艺分析和控制点说明

我们根据总体设计提供的实际工艺分配和控制点的说明作如下介绍 2.1 工艺分布

本污水处理系统分为如下的几个部分的工艺段

1：除油废水部分

本部分的工艺结构包括有：除油废水集水井、除油废水调节池、除油废水反应池、除油废水沉淀池、除油废水氧化池、除油废水污泥井、生化处理系统、除油污泥浓缩池、药品添加部分等建筑组成。 其相应的设备有：除油废水集水井提升泵、除油废水调节池提升泵、除油废水反应池NaOH和H2SO4 搅拌器、除油废水反应池PAC 搅拌器、除油废水反应池PAM搅拌器、除油废水反应池综合搅拌器、除油废水沉淀池H2O2和FESO4搅拌器、除油废水沉淀池NaCLO 搅拌器、其药品添加设备在后面药品溶解和添加部分作说明。

其相应的仪表设备有：除油废水集水井液位控制、除油废水调节池液位计、除油废水氧化池PH仪表、除油废水氧化池ORP仪表。 工艺流程为：

药剂 溶药槽 药剂储槽 废水

除油废水集水井 除油废水调节池 除油废水反应池 综合废水调节池 除油废水氧化池 除油污泥井 除油废水沉淀池

污泥浓缩池 污泥 2：含氰废水部分

本部分的工艺结构包括有：含氰废水集水井、含氰废水调节池、含氰废水氧化池、生化处理系统、药品添加部分等建筑组成。

其相应的设备有：含氰废水集水井提升泵、含氰废水调节池提升泵、含氰废水氧化池NaOH和NaCLO 搅拌器、含氰废水氧化池H2SO4和

NaCLO搅拌器、其药品添加设备在后面药品溶解和添加部分作说明。 其相应的仪表设备有：含氰废水集水井液位控制、含氰废水调节池液位计、含氰废水氧化池PH仪表、含氰废水氧化池ORP仪表。

工艺流程为：

药剂 溶药槽 药剂储槽 废水

含氰废水集水井 含氰废水调节池 除油废水氧化池 综合废水后处理 综合废水调节池 3：酸碱废水部分

本部分的工艺结构包括有：综合废水集水井、综合废水调节池、综合废水反应池、综合废水幅流式沉淀池、综合废水混合池、气水反冲滤池、反冲洗清水池、反冲洗废水池、CDMF调节池、CDMF系统、中和放流池、综合废水污泥井、氧化塘系统、综合污泥浓缩池、药品添加部分等建筑组成。

其相应的设备有：综合废水集水井提升泵、综合废水调节池提升泵、综合废水反应池Ca(OH)2搅拌器、综合废水反应池NaOH搅拌器、综合废水反应池PAC 搅拌器、综合废水反应池PAM搅拌器、综合废水反应池综合搅拌器、综合废水混合池Na2S搅拌器、综合废水混合池PAM搅拌器、综合废水反冲滤池风机、综合废水反冲滤池清水水泵、综合废水反冲滤池废水水泵、CDMF调节池提升泵、炭粉投加罐、中和放流

池提升泵、中和放流池回用水泵、中和放流池罗茨风机、其药品添加设备在后面药品溶解和添加部分作说明。

其相应的仪表设备有：综合废水集水井液位控制、综合废水调节池液位计、综合废水反应池PH仪表、综合废水反冲洗废水池液位计、综合废水CDMF调节池液位计、综合废水中和放流池的进水和出水PH仪表、综合废水中和放流池液位计。 工艺流程为： 废水

气水反冲洗池 综合废水混合池 药剂 综合废水集水井 溶药槽 药剂储槽 综合废水调节池 综合废水反应池 回用

中和放流池 CDMF系统 反冲洗清水池 反冲废水水池 综合废水沉淀池反冲CDMF调节 污泥浓缩池 综合污泥井 污泥 4：含铬废水部分

本部分的工艺结构包括有：含铬废水集水井、含铬废水调节池、含铬废水反应池、含铬废水沉淀池、含铬废水污泥井、含铬污泥浓缩池、

药品添加部分等建筑组成。

其相应的设备有：含铬废水集水井提升泵、含铬废水调节池提升泵、含铬废水反应池H2SO4和NaHSO3搅拌器、含铬废水反应池NaHSO3搅拌器、含铬废水反应池Ca(OH)2搅拌器、含铬废水反应池NaOH搅器、含铬废水反应池PAC搅拌器、含铬废水反应池PAM搅拌器、其药品添

药剂 加设备在后面药品溶解和添加部分作说明。 含P废水 P平衡池 pH调节池 反应池1 P处理水池 反应池2 沉淀池 反应池3 絮凝池

5：含镍废水部分

本部分的工艺结构包括有：含镍废水集水井、含镍废水调节池、含镍废水反应池、含镍废水沉淀池、含镍废水污泥井、药品添加部分等建筑组成。

其相应的设备有：含镍废水集水井提升泵、含镍废水调节池提升泵、含镍废水反应池Ca(OH)2搅拌器、含镍废水反应池NaOH搅拌器、含镍废水反应池PAC搅拌器、含镍废水反应池PAM搅拌器、含镍污泥浓缩

含F废水 HF平衡池 2#沉淀池 HF处理水池 1#反应池1 2#絮凝池 最终中和槽 1#反应池2 2#反应池 1#絮凝池 1#沉淀池 池、其药品添加设备在后面药品溶解和添加部分作说明。

其相应的仪表设备有：含镍废水集水井液位控制、含镍废水调节池液位计、含镍废水反应池PH仪表。 工艺流程为： 废水

综合废水后处理 综合废水混合池 含镍污泥井 含镍废水沉淀池药剂 溶药槽 药剂储槽 含镍废水集水井 含镍废水调节池 含镍废水反应池

含镍污泥浓缩污泥 6：络合废水部分

本部分的工艺结构包括有：络合废水集水井、络合废水调节池、络合废水反应池、络合废水沉淀池、络合废水污泥井、药品添加部分等建筑组成。

其相应的设备有：络合废水集水井提升泵、络合废水调节池提升泵、络合废水反应池NaOH和NaCLO搅拌器、络合废水反应池Ca(OH)2搅拌器、络合废水反应池NaOH搅拌器、络合废水反应池PAC搅拌器、络合废水反应池PAM搅拌器、其药品添加设备在后面药品溶解和添加部分作说明。

其相应的仪表设备有：络合废水集水井液位控制、络合废水调节池液位计、络合废水反应池PH仪表、络合废水反应池ORP仪表。

工艺流程为：

药剂 溶药槽 药剂储槽 废水

络合废水集水井 络合废水调节池 络合废水氧化池 综合废水混合池 含镍污泥浓缩络合废水沉淀池 含镍污泥井 络合废水反应池污泥 综合废水后处理 7：事故废水部分

本部分的工艺结构包括有：事故废水集水井、事故废水调节池、事故废水反应池、酸碱废水集水井、含铬废水集水井、药品添加部分等建筑组成。

其相应的设备有：事故废水集水井提升泵、事故废水调节池提升泵、事故废水反应池NaOH和NaCLO搅拌器、事故废水反应池NaOH和NaCLO搅拌器、其药品添加设备在后面药品溶解和添加部分作说明。

其相应的仪表设备有：事故废水集水井液位控制、事故废水调节池液位计、事故废水反应池PH仪表、事故废水反应池ORP仪表。 工艺流程为：

药剂 溶药槽 药剂储槽 废水

事故废水集水井 事故废水调节池 事故废水反应池 综合废水后处理 综合废水集水井 含镍废水后处理 含镍废水集水8：药剂溶解系统和添加系统

本污水处理系统的各个工艺段的药剂溶解和添加系统是分开的，即溶解为一部分，另一部分为添加部分。每个共艺段度设有溶解槽和加药槽。

溶药系统设有：H2SO4储槽、NaHSO3溶药槽、FeSO4溶药槽、Na2S溶药槽、PAC溶药槽、PAM溶药槽、NaOH储槽、Ca(OH)2溶药槽等。 加药系统设有：H2O2储槽、NaCIO储槽、H2SO4加药槽、NaHSO3加药槽、FeSO4加药槽、Na2S加药槽、PAC加药槽、PAM加药槽、NaOH储槽、Ca(OH)2加药槽等。

根据各个工艺段的需要，每一个加药槽都有相应的计量泵来完成相应工艺段的药剂添加工作。

9：污泥压滤系统

本部分的设备由相应的厂商提供，具体的设备工作原来和工艺方法参考厂商提供的相关的资料，这里就不作说明。

2.2 控制点说明

1：除油废水工艺段

根据本工艺段的工艺流程和设备分布其各个控制点的说明如下 除油废水集水池提升泵——根据集水池的液位计提供的实时液位数据进行开启和停止两台提升泵，当液位高于低设定点时，开启一台泵，当液位高于高设定点时开启两台水泵工作，并且系统报警。当液位低于低设定点时停止一台或两台水泵工作。正常为一用一备的工作方式。设备采用手动、自动、停止等方式（其他的工段设备都一样以后就不做详细的说明）。

除油废水调节池提升泵——本设备的启动和停止条件和集水池的提升泵基本上是一样的，在它的出水口设有相应的气动阀，在自动状态下此阀开启条件是：当对应的水泵开启时提前一段时间开启，关闭时等待水泵停止后才关闭。手动时通过手动开关或水泵连锁来完成它的开启和关闭（其他的工段设备都一样以后就不做详细的说明）。

除油废水反应池搅拌器——除油废水反应池共安装有4台搅拌器，所有搅拌器的启动停止与除油废水调节池提升泵形成联动，手动状态下可自由控制其启停。

除油废水反应池H2SO4/NaOH加药泵——除油废水反应池中安装有一套在线pH仪，通过pH设定值来控制加药泵的启停，即是当反应池中废水偏酸性启动NaOH加药泵，当反应池中废水偏碱性启动H2SO4加药泵。但是，加药泵需在除油废水调节池提升泵已经启动的

前提下才可以启动。也就是说，如果除油废水调节池提升泵停止状态下，H2SO4/NaOH加药泵不会启动。

除油废水反应池PAC/PAM加药泵——该加药泵与除油废水调节池提升泵形成联动。

除油废水沉淀池排泥阀——除油废水沉淀池排泥系统设有气动阀，根据设定的排泥时间自动控制阀门的开启与关闭。

除油废水沉淀池刮泥机——刮泥机与除油废水调节池提升泵形成联动，提升泵开启，刮泥机同时开启。

除油废水氧化池搅拌器——该搅拌器与除油废水调节池提升泵形成联动，提升泵开启，搅拌器同时开启

除油废水氧化池FeSO4/H2O2/NaClO加药泵——该加药泵与除油废水调节池提升泵形成联动。同时氧化池首端安装有在线pH计，池末端安装有在线ORP计，通过在线仪表的数据可确定各加药泵的药量大小。

2：含氰废水工艺段

根据本工艺段的工艺流程和设备分布其各个控制点的说明如下 含氰废水集水池提升泵——集水池提升泵控制方式与前同。 含氰废水调节池提升泵——调节池提升泵和泵出口气动阀控制方式与前同。

含氰废水氧化池前段NaOH/NaClO加药泵——NaOH加药泵的启停受氧化池前段安装的在线pH计控制，当氧化池前段废水的pH值低于设定值时自动启动NaOH加药泵，当该pH值超过一定数值时自动

停止该泵的运转。NaClO加药泵的启停受氧化池前段安装的在线ORP计控制，当氧化池前段的氧化还原电位低于设定值时自动启动NaClO加药泵，当该值超过一定数值时自动停止该泵的运转。

含氰废水氧化池后段H2SO4/NaClO加药泵——H2SO4加药泵受氧化池后段安装的在线pH计控制，而NaClO加药泵受氧化池后段安装的在线ORP计控制，控制方式与前同。

3：综合废水工艺段

根据本工艺段的工艺流程和设备分布其各个控制点的说明如下 综合废水集水池提升泵——集水池提升泵控制方式与前同。 综合废水调节池提升泵——调节池提升泵和泵出口气动阀控制方式与前同。

综合废水反应池Ca(OH)2/NaOH加药泵——综合废水反应池中安装有2台在线pH计，第一台pH计控制Ca(OH)2加药泵的启动与停止，第二台pH计控制NaOH加药泵的启动与停止。

综合废水反应池PAC/PAM加药泵——该加药泵与综合废水调节池提升泵形成联动。

综合废水反应池搅拌器——该搅拌器与综合废水调节池提升泵形成联动。

综合废水沉淀池刮泥机——刮泥机与综合废水调节池提升泵形成联动。

综合废水沉淀池排泥阀——综合废水沉淀池排泥系统设有气动阀，根据设定的排泥时间自动控制阀门的开启与关闭。

综合废水混合池Na2S/PAM加药泵——该加药泵的启动停止与综合废水调节池提升泵形成联动。

综合废水混合池搅拌器——混合池中安装有2台搅拌器，该搅拌器的启动停止与综合废水调节池提升泵形成联动。

反冲洗清水池提升泵——清水池中安装有3台提升泵，分别对3个滤池进行反冲洗。提升泵根据设定的反洗时间自动启动和停止。提升泵出口各设有气动阀，在自动状态下此阀开启条件是：当对应的水泵开启时提前一段时间开启，关闭时等待水泵停止后才关闭。手动时通过手动开关或水泵连锁来完成它的开启和关闭。

反冲风机——反冲风机与反冲洗清水池提升泵形成联动。 滤池进水阀——滤池进水阀的运行方式是：当反冲洗清水池提升泵开启时提前一段时间，关闭滤池进水阀；当提升泵停止运行后一段时间，开启滤池进水阀。

滤池反冲洗进水阀/出水阀——滤池反冲洗进水阀/出水阀的运行方式是：当反冲洗清水池提升泵开启时提前一段时间，开启滤池反冲洗进水阀/出水阀；当提升泵停止运行后一段时间，关闭滤池反冲洗进水阀/出水阀。

滤池排气电磁阀——该电磁阀与反冲洗风机形成联动。 反冲洗废水池提升泵——根据反冲洗废水池的液位计提供的实时液位数据进行开启和停止两台提升泵，当液位高于低设定点时，开启一台泵，当液位高于高设定点时开启两台水泵工作，并且系统报警。当液位低于低设定点时停止一台或两台水泵工作。正常为两用一备的

工作方式。设备采用手动、自动、停止等方式。

CDMF调节池提升泵——提升泵根据CDMF调节池液位计提供的实时液位数据进行开启和停止。

中和放流池H2SO4加药泵——中和放流池中安装有2台H2SO4加药泵和2台在线pH计。前一台在线pH计控制前一台加药泵，后一台在线pH计控制后一台加药泵。

中和放流池提升泵——该提升泵的启停可根据放流池中后段安装的在线pH计控制。当在线pH值超过设定值，自动启动该泵。

中和放流池回用泵——回用泵根据放流池中安装的液位计提供的实时液位数据启动和停止。

4：含铬废水工艺段

根据本工艺段的工艺流程和设备分布其各个控制点的说明如下 含铬废水集水池提升泵——集水池提升泵控制方式与前同。 含铬废水调节池提升泵——调节池提升泵和泵出口气动阀控制方式与前同。

含铬废水反应池Ca(OH)2/NaOH加药泵——含铬废水反应池中安装有2台在线pH计，第一台pH计控制Ca(OH)2加药泵的启动与停止，第二台pH计控制NaOH加药泵的启动与停止。

含铬废水反应池PAC/PAM加药泵——该加药泵与含铬废水调节池提升泵形成联动。

含铬废水反应池搅拌器——该搅拌器与含铬废水调节池提升泵形成联动。

含铬废水沉淀池排泥阀——含铬废水沉淀池排泥系统设有气动阀，根据设定的排泥时间自动控制阀门的开启与关闭。

5：含镍废水工艺段

根据本工艺段的工艺流程和设备分布其各个控制点的说明如下 含镍废水集水池提升泵——集水池提升泵控制方式与前同。 含镍废水调节池提升泵——调节池提升泵和泵出口气动阀控制方式与前同。

含镍废水反应池Ca(OH)2/NaOH加药泵——含镍废水反应池中安装有2台在线pH计，第一台pH计控制Ca(OH)2加药泵的启动与停止，第二台pH计控制NaOH加药泵的启动与停止。

含镍废水反应池PAC/PAM加药泵——该加药泵与含镍废水调节池提升泵形成联动。

含镍废水反应池搅拌器——该搅拌器与含镍废水调节池提升泵形成联动。

含镍废水沉淀池排泥阀——含镍废水沉淀池排泥系统设有气动阀，根据设定的排泥时间自动控制阀门的开启与关闭。

6：络合废水工艺段

根据本工艺段的工艺流程和设备分布其各个控制点的说明如下 络合废水集水池提升泵——集水池提升泵控制方式与前同。 络合废水调节池提升泵——调节池提升泵和泵出口气动阀控制方式与前同。

络合废水氧化池NaOH/NaClO加药泵——络合废水氧化池中安装

有1台在线pH计和1台在线ORP计。NaOH加药泵根据设定的pH值启动和停止。当在线pH值低于设定值时自动启动NaOH加药泵，当在线pH值达到某一数值后，停止NaOH加药泵的运行。NaClO加药泵根据设定的氧化还原电位启动和停止。当在线氧化还原电位低于设定值时自动启动NaClO加药泵，当该值升高到某一数值后，自动停止NaClO加药泵的运转。

络合废水反应池Ca(OH)2/NaOH加药泵——络合废水反应池中安装有2台在线pH计，第一台pH计控制Ca(OH)2加药泵的启动与停止，第二台pH计控制NaOH加药泵的启动与停止。

络合废水反应池PAC/Na2S/PAM加药泵——该加药泵与络合废水调节池提升泵形成联动。

络合废水反应池搅拌器——该搅拌器与络合废水调节池提升泵形成联动。

络合废水沉淀池排泥阀——络合废水沉淀池排泥系统设有气动阀，根据设定的排泥时间自动控制阀门的开启与关闭。

7：事故废水工艺段

根据本工艺段的工艺流程和设备分布其各个控制点的说明如下 事故废水集水池提升泵——集水池提升泵控制方式与前同。 事故废水调节池提升泵——调节池提升泵和泵出口气动阀控制方式与前同。

事故废水反应池NaOH/NaClO加药泵——事故废水反应池分为两段，每段均安装有1台在线pH计和1台在线ORP计。每段反应池配

有1台NaOH加药泵和1台NaClO加药泵。NaOH加药泵根据设定的pH值启动和停止。当在线pH值低于设定值时自动启动NaOH加药泵，当在线pH值达到某一数值后，停止NaOH加药泵的运行。NaClO加药泵根据设定的氧化还原电位启动和停止。当在线氧化还原电位低于设定值时自动启动NaClO加药泵，当该值升高到某一数值后，自动停止NaClO加药泵的运转。

事故废水反应池搅拌器——该搅拌器与事故废水调节池提升泵形成联动。

8：污泥处理工艺段

根据本工艺段的工艺流程和设备分布其各个控制点的说明如下 综合污泥井污泥泵——综合污泥井污泥泵根据污泥井中液位计提供的实时数据信号启动和停止。当污泥井中液位高时启动污泥泵，当低液位时自动停止污泥泵。

除油污泥井污泥泵——除油污泥井污泥泵的控制方式与前同。 含铬污泥井污泥泵——含铬污泥井污泥泵的控制方式与前同。 含镍污泥井污泥泵——含镍污泥井污泥泵的控制方式与前同。

第三章： 自动控制系统结构 3．1自动控制系统的网络层结构

本系统采用简易的DCS 结构——上下位机的控制结构

网络自动控制控制系统是一个信号采集、数据处理的控制系统。它本身要求对外部数据采集和处理能力强。本应用系统在自动控制系统领域中属于中等难度的自动控制方案设计规模。本系统结构由两部分组成即上位计算机（它包含计算机硬件和工业组态软件以及开发的网络自动控制软件），设有一个工程师工作站、一个通用的操作员站、工程师站负责数据采集和后续的处理以及历史数据保存等工作。操作员站提供现场工作人员的操作、状态监视、数据设定和报警确认等平台。工程师站计算机（服务器）采用普通的通用计算机即可。操作员站的计算机（客户机）采用双显卡结构方式。另一部分是数据采集和控制用的工业计算机PLC。PLC采用性价比极高的PLC。原有的设计采用一个较大型的模拟屏进行同步显示操作员站的内容。根据现代控制显示元件和实际工作情况我们建议使用一个大型的液晶显示器代替次模拟屏进行系统控制和显示。原因很简单——模拟屏采用的是发光二极管加工而成的。并且它在控制上要添加一个模拟屏控制器，就现在的液晶显示器的使用寿命和发光二极管的使用寿命相比较，不用比较就知道液晶的使用寿命要长于发光二极管的使用寿命。液晶显示器的分辨率也高于发光二极管。图像的清晰度液晶比发光二极管要高得多。整个器件的稳定性和可控性液晶要强的多。物理上的连接液晶也

要方便的多。数据流程和通信及构见（通信结构图）图

操作员站 以太网服务器 工程师站

现场过程离散数据 现场仪表数字数据 工艺分段PLC站 以太网服务器 工艺分段PLC站 以太网服务器

3．2自动控制系统的网络层结构

根据本污水处理系统的实际情况，无论是何种方法进行配置都需要使用两种网络结构。即计算机和PLC之间的通信采用工业以太网的方式进行数据交换。现场级的数据和PLC的CPU之间采用现场总线的方式进行数据读取。动力控制的接触器自动控制有PLC的输出模块直接启动控制，设备运行和故障信号直接输入到PLC的输入模块。 各个设备的自动信号直接输入到PLC的输入模块。

3．3自动控制系统的信号层结构

本系统的信号有两类结构，一类结构是计算机和PLC之间的信息，本信息是工业以太网协议的信息，包括工程师站和PLC之间的数据信息以及操作员站和PLC之间的数据信息，PLC和PLC主机之间的数据交换。另一类结构为：PLC读取现场仪表模拟量信号、PLC读取离散开关量和输出离散开关的信息结构。

3．4自动控制系统的电气元件层结构

本系统的电气元件分动力一类为控制元件层结构，此类结构包括总电源动力配电结构，以及各个电机、电器、执行元件动力回路控制层。另一类为二回路控制层，本层主要是各个设备的回路控制使用的电气元件，也是控制系统的主要逻辑单元层。

第四章： 系统控制要求

我们前面已经讲述过相关的数据采集方法，这里我们根据通信结构图再进行说明。

1：系统控制原理对以太网络通信要求——所谓通信方式的数据采集，它的数据来源就是通过相关的物理连接和所支持的通信协议，通过编制好的软件间断或不间断的接受和发送相关的数据和命令。本网络自动控制系统的通信方式有两种方式（具体的通信方式原理这里不做详细地介绍），系统要求结构简单、稳定、抗干扰能力强、网速高、数据交换及时可靠、严密的硬件和软件防火墙。

2：系统控制对现场总线网络通信要求

主机读写分站数据速度快、格式统一、编程简单、诊断能力强、分站扩展容量大、物理连接可靠、传输介质简单、费用低等。

3：系统控制对仪表数据采集要求

系统要求仪表稳定、模拟输出抗干扰能力强、连接材料简单耐用、工程量刚线形好、效验简单准确、扁差修正系数小，量刚统一、

4：系统控制对低压电气要求

系统要求采用结构紧密、稳定、耐用等低压电气元件。 5：系统控制对执行信号接受的要求

系统对执行信号接受的设备要求：接受信号准确、执行周期短、接受的信号接口为标准的开关量或模拟信号。

6：系统控制对状态反馈信号的要求

系统要求现场设对运行、故障、实际位置等反馈信号输出快速、稳定、信号标准。

7：系统控制对操作员的操作响应要求

系统对操作员操作的响应及时、准确、误判断少、权限级别分明、提示文本明确等

8：系统控制对报警响应和输出要求

系统对相关的设备和操作系统的故障响应要及时准确、提示醒目、历史报警保存和查询方便、保存周期长、输出及时、复位后提示确认等

9：系统控制对历史数据保存要求

系统要定时保存历史数据、历史数据格式通用（比如EXECL、

ACCESS、SQL SEVER等格式）、历史数据查询方便、查询工具多样、定时自动输出日、周、月等报表、累积量准确、

10：系统控制对软件安全等级要求

系统要求任何登陆、调整设定值、修改软件、关键性的画面操作等有完整的一套安全管理机制。即具备一般的操作员、工程师、管理者等相关权限赋值。

11：过程画面要求

画面元素的颜色依照IEC的颜色规范

关于 组态及相关软件的安装和使用这里就不作介绍

画面大小：大于1024*768分辨率 显示方式：全屏 层次深度：<=3层

数据监视界面元素布局： 报警列表界面元素布局：

系统报警界面元素布局：

数据曲线界面元素布局：

历史数据界面元素布局：

设备操作界面元素布局： 设备名称 自 动 起 动 停 止 数值设定界面元素布局： 变量名称 设定值 实际值

第五章： 自动控制方案设计内容

5.1 方案内容介绍

1：分析和评估一次设计的相关内容 我们根据一次设计的指导思想做如下说明： 系统配置

一次设计采用分布工艺段的方式设立一个单独的CPU（CPU为西

门子 S7-300 CPU315-2DP的中型配置）方式进行配置的即：集水井和反应池以及药品输送工艺段为一个CPU、调节池工艺段位一个CPU、氧化、沉淀工艺段为一个CPU、综合处理工艺段为一个CPU。

本配置的特点 ? 数据处理方式

各个CPU同时参加处理才能完成一个工艺分布系统的自动控制任务。即多CPU任务处理方式。

? 程序编制和保存方式

每一个CPU编制和保存一部份程序，最终通过相互协调来完成系统整个自动控制任务。

? 系统维护性

系统软件繁琐极不易维护。 ? 系统数据交换速率

多CPU同时处理数据和交换数据，此方式受外部以太网的速率和器件影响大。速率低。效益低。

? 数据管理

多CPU管理。多数据源。多数据格式。 ? 故障诊断

分CPU系统诊断硬件和软件故障，无统一故障诊断功能，只能靠应用软件进行故障诊断和管理，准确性差，及时性差，同样受网络速率的限制。

? 外部故障分析

无外部故障分析机制，各个CPU间的故障只能通过应用软件进行告知和处理，工程师站和操作站读取各个CPU的故障信息然后加工处理。

? 系统扩展

扩展在各CPU内进行，方便可靠，无统一的地址分配和管理。 ? 数据传输媒介

数据传输媒介多，CPU之间采用工业以太网方式进行，故采用光纤和交换机，接口多。

? 计算机和PLC之间的通信

计算机和PLC的CPU之间采用工业以太网的方式进行通信，这个网络协议同样在交换机中存在。

? 程序处理速率

单击机处理速度中等，连机处理慢而稳定性不佳。

2：正确给出极为理想的系统配置方案

我们根据具体的现场条件和西门子PLC的应用方法和功能作如下说明：

系统配置（具体的配置见材料清单）

本设计设一个主PLC CPU（CPU为西门子 S7-400 CPU414-3的较大型配置），这种CPU自带两个PROFIBUS总线接口，PROFIBUS总线通信速率高达12MBPS每一接口可连接96个标准的DP分站。分布工艺段的根据实际设立一个ET200分站来代替原有的CPU。原有的ET200分站保持不变。即：集水井和反应池以及药品输送工艺段为二个ET200取消一次方案的CPU、调节池工艺段保持现有的ET200、氧化、沉淀工艺段为取消原有CPU保持两个ET200不变、综合处理工艺段取消原有的CPU保持现有ET200不变。

? 数据处理方式

单个CPU完成整个工艺分布系统的自动控制任务。即所有的过程数据由一个CPU处理任务方式。

? 程序编制和保存方式

一个CPU编制和保存所有的程序，不用通过相互协调来完成系统整个自动控制任务。

? 系统维护性

系统软件单一，维护方便。支持不停机添加、删除从站。 ? 系统数据交换速率

一个CPU处理全部的过程数据，此方式不受外部以太网的速率和

器件影响。速率快。效益高。只有和上位计算机进行额外的数据交换。

? 数据管理

单CPU管理。单数据源。单数据格式。本CPU内部元件数量大。 ? 故障诊断

由本CPU系统诊断硬件和软件故障，统一故障诊断功能，不靠应用软件进行故障诊断和管理，准确性好，及时性强，不受网络速率的限制。

? 外部故障分析

完整外部故障分析机制， CPU的故障不通过应用软件进行告知和处理，工程师站和操作站直接读取CPU的故障信息然后加工处理。

? 系统扩展

扩展在CPU的DP口进行，方便可靠，统一的地址分配和管理。连接方便可靠。

? 数据传输媒介

数据传输媒介少，、无CPU之间通信，接口多。 ? 计算机和PLC之间的通信

计算机和PLC的CPU之间采用工业以太网的方式进行通信，整个网络只有着这两者之间采用此方式。

? 程序处理速率

程序处理速度快，过程处理速度快而稳定。 ? 总线接口

总线接口稳定，速度快，读写过程数据无需编制额外的应用程

序。

? 完整的数据

在CPU上存储完整的工程数据，包括符号和程序注释。使服务和维

护工作方便可靠。

? 系统经济性

完整的经济性解决方案。

5．2自动控制方案设计项目功能

该系统具备如下功能

显示各在线采集数据及主要设备的运行工况，并在中央控制室

对主要设备进行急停操作；计算机中央监控系统，计算机负责整个系统的参数设置、监视；所有信号均直接传送或通过通信方式至中控室。

所有设备均能在控制室进行启停操作，控制盘显示状况。 适应强（完全满足本污水处理的数据采集和处理能力） 数据流程简单（数据通过总线到计算机或直接输入到PLC） 结构简单（只有上下位机的系统结构）

数据处理能力强大（由于系统采用计算机的结构，故所有的数据当前或者后续处理只要在计算机中进行。兼容各种数据库，支持脚本生成）

操作简单（大多数情况下只要单击鼠标即可完成操作任务） 安全性高（防止未授权的人员进行非法操作，计算机故障不影响整个系统的运行）

动态的显示各个设备或者工艺段的数据或状态 扩展性强，硬件和软件扩展方便。

软件程序修改方便（网络自动控制设备的增加只要添加部份画面和数据库变量即可）

数据保存方便，周期长。（一般的计算机可保存此类数据长达几年）

网络管理功能强大（本系统的组态软件只要添加相关的选件即

可实现网络浏览和控制）

系统管理方便( 整个系统的管理表现在计算机软件上面，它包括系统登陆管理，操作员管理等权限等管理)

完善的网络通信结构 实时的报警机制

完整的工艺流程仿真包括（工艺结构；池子、井和管道、主要设备单元，泵、鼓风机、驱动器、阀门等，动态显示其工作状态，仪表，变送器，开关，控制器，指示器，适时动态显示各仪表参数，各个工艺分段图、其它需显示的图面）

安全登录和密码保护功能

·操作级别设计有四个等级密码，每个等级的操作人员，必须首先正确输入用户名和密码，系统指示允许进入，否则按非法操作不允许登录。

·管理级密码：持有该密码的人员，可以操作监控系统的所有功能，查询全部数据和信息的实时记录，更改工艺参数设置，以及进行用户管理。

·工程师级密码：持有该密码的人员，可以操作监控系统和查询部分数据和信息的实时记录，以及工艺参数的设定。

·工艺操作人员密码：持有该密码的操作人员，可日常操作监控系统，可查询故障登记和趋势曲线。还可更改工艺参数设置。

·操作员密码：持有该密码的操作人员，仅可日常操作监控系统，可查询故障登记和趋势曲线。

工艺参数设定功能

·功能参数设定有两大类。第一类是连续回路控制中的控制值设定，如PID整定值等。第二类是报警限设定，报警限有单限报警，如高或低。也有二限报警，如高高或低低等。这些都要加于设定和整定，而且要对设定和整定值加于认可。

·对错误设定，超范围设定可加以屏蔽和送出“故障”信息，要求立即改正。

帮助窗口功能

·操作人员可在任何情况下进入帮助窗口，查找相关的帮助信息。 报表打印功能

·自动生成日报表、月报表、年报表。并有灵活、方便的打印方式。

·对各仪表和控制参数的历史数据可以自动生成报表，可以进行预览，并可以自动或手动打印输出。

·自动记录生产设备及工艺控制过程中出现的非正常现象和发生的时间、排除的时间能自动打印报表。

历史数据和趋势曲线显示功能

·具有历史数据及历史趋势曲线显示功能，历史趋势曲线可组合在同一幅画面上显示，以便查找相关量。

设备在计算机界面上的状态显示和操作功能说明：每一个设备的自动和手动，首先是通过转动控制盘上的手自动转换开关来投入到手动和自动允许的状态下的，即计算机上的自动和手动允许。

应用软件的自动和手动操作，当控制盘上的相应的设备开关转至自动位置后，界面即可显示对应设备的自动和计算机的手动操作按钮、操作状态等元素，点击（自动）按钮设备即可投入在工艺自动状态，此时界面只会显示该设备的（手动）按钮，也就是说在这种状态下只允许本设备切换到计算机的手动状态，此时相应的（起动）、（停止）按钮的操作失效（即按钮的事件属性失效），相反此时点击相应的（手动）按钮即可切换到计算机的手动状态下进行计算机的点动操作（即软起动方式），在这种方式下点击（起动）或（停止）按钮即可单机起动或停止该设备。这也就是控制盘和计算机的手动、自动的不同之处。

画面的操作，系统运行后即进入登陆画面，单击登陆按钮输入相关的管理者或操作者的密码后便进入工艺总画面之中。然后根据导航键的文字说明点击即可完成各个功能的画面操作。

数据处理和保存

·数据处理包括基本模拟和数字数据的读和写，读写数据主要

由PLC来完成，数据的深处理由组态软件来完成具体的处理方法这里不就详细说明。

数据保存功能简介如下：

·数据快速归档（此处讲的是组态软件的归档技术参数） ·归档采集类型：周期-连续 ·归档周期系数：1 ·归档周期：1秒钟 ·归档参数：

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