原溪自来水公司二水厂气水反冲滤池

前言：

过滤是净水处理工艺中确保水质和水量的最重要处理环节。V型滤池因具有过滤周期长、滤层含污能力高、出水水质好、反冲洗效果好、反冲水量少的优点而在制水工艺中得到了广泛地运用。

1 设计概述

1.1设计原则

按技术标书，气水反冲滤池自动控制系统设计遵循“集中管理、分散控制、资源共享”的原则；污水处理厂仪表选用遵循“工艺必须、计量达标、实用有效、免维护”的原则。除此之外，应考虑以下几方面：

产品成熟性：选用成熟的技术，可靠的设备是我们这个设计方案的立足点。注重选用成熟、先进、可靠，同时又能及时供货和便于日常维护的设备。测量仪表尽可能采用国内先进，质量可靠，性能稳定的产品，同时对于目前尚未达到气水反冲滤池生产要求的仪表采用国外先进的高品质的产品。

技术先进性：设备配置和方案设计时，注重现在及将来技术发展要求，兼顾性能与价格之间的矛盾，在满足高效生产、安全生产的前提下，保证新购设备的先进性。

设计规范性：在方案设计、设备选型、图纸设计、软件设计、系统调试中，遵循行业规范，因为这一原则将给系统运行、维护、管理以及升级带来许多便利。

系统扩展性：本设计方案为系统将来升级预留接口，以满足未来污水处理厂扩建的需要。

1.2设计目标

系统必需具备保证污水处理厂生产的稳定和高效，减轻劳动强度，改善操作环境，同时实现污水厂现代化管理的要求功能。在设计中要考虑系统操作、管理水平的先进性，同时要考虑高新技术应用的合理性、经济性。

2 总体设计

2.1总体设计综述

系统设计基于气水反冲滤池工艺，并充分利用现代计算机技术，采用技术先进、成熟、具有开放性结构、易于扩充、易于与其它系统集成。本系统用可编程控制器（PLC）及现场自动化仪表组成的检测控制系统——现场控制站，对污水处理厂各过程进行分散控制；再用网络和监控计算机把分散控制的现场控制站集成在一起组成中央控制系统，对全厂实

行集中管理，资源共享。这样就保证了整个系统能够高效、安全地运行。

根据招标书及图纸、文件，控制系统具备以下三种控制方式：手动模式、遥控模式、自动模式。

手动模式：通过现场控制或主控制台MCC（Main Control Console）上的按钮实现对设备的起停操作。

远程控制：操作人员通过操作面板或中心控制系统操作站的监控画面通过鼠标或键盘来控制现场设备。

自动方式：设备的运行完全由各PLC根据气水反冲滤池的工艺参数及工况来完成对设备的起停控制，而不需要人工参与。

自控系统完成如下功能：

（1）采集全厂各过程的工艺参数，电气参数和工艺设备运行状态信息，根据采集到的信息，对运行情况进行分析，建立各类数据库对主要工艺参数作出趋势曲线分析比较后找出最佳运行规律，通过故障分析，改进管理方法，保证出水水质。

（2）计算机的显示器可显示全厂的动态流程图，各工段工艺流程图，带有动态参数显示，记录趋势曲线，自动生成各类报表，并定时打印。

（3）控制系统设远程自动，远程控制，现场手动三种控制方式，系统可以完成在线分析，诊断故障和故障报警，操作员可以通过人机对话的方式，对全厂主要电动设备进行远传控制，实现自动控制。

2.2自控系统组成

根据建设项目实际情况，分布式控制系统，根据气水反冲滤池生产工艺流程，整个自控系统分三层，第一层为现场自动化层，主要由PLC，检测仪表，电控设备等组成。第二层为中心控制管理层，主要有工控机，上位机软件组成。第三层为厂部生产管理层，主要有计算机终端，输入/输出设备等组成。

气水反冲滤池站（PLC300）

2.3 硬件介绍

2．3.1 PLC

PLC控制系统采用的是西门子所生产的SIMATIC S7-300。

CPU模块：

CPU模块选用S7 300-CPU314,此产品作为处理单元，对二进制和浮点数运算具有较高的处理能力。

I/O模块：

I/O模块选择S7 300系统的SM I/O模块, SM I/O产品系列具有大量的数字量和模拟量I/O,以满足各种应用的需要。

模拟量I/O模块可执行所要求的A/D，D/A转换分辨率达16位以上。模拟量I/O可由用户组态，这样当I/O通讯被中断时可以进入所希望的故障——响应状态。该特点提供了故障情况的一种安全反馈/响应。

数字量I/O模块具有数字量I/O电路，可用于ON/OFF传感器如按钮，限位开关的连接，也可用于和ON/OFF启动器如电动机启动器、指示灯和报警器的连接。数字I/O模块的输出直接由相应的处理器数据位的状态来控制，输入则直接按相应处理器数据位的状态。每个模块占用一个槽位，安装于DIN安装导轨中；更换模块不需重新接线；在模块前还有状态指示，可提示输入或输出故障并将故障报告给处理器；

通信模块：

通信模块选用CP 341-1.此模块能讲SIMTIC S7-300连接到工业以太网-10/100兆位/秒全/半双工传输，可使RJ45连接，可对传输协议TCP与UDP实现多协议运行，可调节的keep Alive功能。

电源模块：

全新的S7导轨设计电源，为CPU和外围电路提供可靠电源，单个模块可提供2~10A 的直流24V输出，也可并联冗余扩充系统容量同事进一步提高系统可靠性。紧凑的设计节省更多的空间，110V AC或者220V AC输入自适应，转换为24V DC。

2.3.2传输介质

为了提高全厂通讯系统的可靠性和实时性，本系统传输介质采用多模可直埋光缆。它它遵从IEC802.3/4标准。

多模光缆具有以下特性：

●采用多模光缆连接,保证通信的可靠性

●自适应通信速率（100/10MBPS）。

●通信距离最大可达10Km

双绞线电缆（以下称“双绞线”）是将一对或一对以上的双绞线封装在一个绝缘外套中而形成的一条传输介质，是目前局域网最常用到的一种布线材料。

双绞线分为非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP）两大类。局域网中非屏蔽双绞线分为三类、四类、五类和超五类四种。屏蔽双绞线分为三类和五类两种。控制层与设备层的传输介质采用五类非屏蔽双绞线，因为无论对于模拟数据还是对于数字数据，都是最适用的传输介质。

它具有以下特性：

（1）物理特性：由按规则螺旋结构排列的四根绝缘线组成。一对线可以作为一条通信线路，各个线对螺旋排列的目的是使各线对之间的电磁干扰最小。

（2）传输特性：局域网中常用到的双绞线一般都是非屏蔽的五类4对（即8根导线）的电缆线。这些双绞线的传输速率都能达到1000Mbps。

（3）连通性：可以用于点-点连接，也可以用于多点连接。

（4）地理范围：最大网线长度为100m，如果要加大网络的范围，在两段双绞线之间可安装中继器，最多可安装4个中继器。如安装4个中继器连接5个网段，则最大传输范围可达500m。

（5）抗干扰性：为了降低信号的干扰程度，电缆中的每一对双绞线一般是由两根绝缘铜导线相互扭绕而成，提高了抗干扰性能。

（6）价格：低于其他传输介质，并且安装、维护方便。

2.4软件

整个系统由下列几类主要软件组成：

STEP7编程系统软件，用于S7-300、S7-400系列可编程控制器；

开发版WinCC 6.2

运行版WinCC 6.2