1、设备监控系统
      用来完成对污水处理厂整个工艺流程所必须的数据采集，顺序控制，时间控制，回路调节和安全保护联锁。系统具有自动控制功能，可由现场的PLC程序对现场设备实施自动控制；也可以由操作员在中控室监控计算机上经安全认证后，通过键盘或鼠标来控制设备的运行。每个设备也都具有现场手动的功能。

 

粗格栅

A．工艺参数检测
      在粗格栅设置1套超声波液位差计，所测数据为：粗格栅前后液位差数值。此信号以1～5VDC的标准信号送入PLC1系统，并设有现场液晶数字显示。

      B．设备控制
      粗格栅的设备控制包括2台三索钢丝绳牵引式格栅除污机和1台粗格栅螺旋压榨机。
      粗格栅的操作方式分就地手动、时间控制和液位差控制三种方式。
      当粗格栅除污机1#控制箱上的控制转换开关置于“就地手动”时，可通过操作箱上的“启动”/“停止”按钮来控制粗格栅除污机1#启动和停止，并将其状态信号传送到PLC1。
      当粗格栅除污机1#控制箱上的控制转换开关置于“时间控制”时，PLC1按照预先设定的时间（通过监控计算机或操作终端设定）来控制粗格栅除污机1#间隔动作。
      当粗格栅除污机1#控制箱上的控制转换开关置于“液位差控制”时，当粗格栅除污机前后的液位差大于PLC1的设定值（通过监控计算机或操作终端设定），PLC1输出粗格栅除污机1#启动信号，粗格栅除污机1#立即启动。如果液位仍然增加到最后液位时，粗格栅除污机1#继续工作并且给出一个报警信号。当液位差回到正常值时，粗格栅除污机1#按照正常顺序工作。另外，在粗格栅除污机1#控制箱上设有“紧急停机”按钮。当此按钮按下时，在任何操作方式下，粗格栅除污机1#都停止运行。
      当粗格栅除污机2#控制箱上的控制转换开关置于“就地手动”时，可通过操作箱上的“启动”/“停止”按钮来控制粗格栅除污机2#启动和停止，并将其状态信号传送到PLC1。
      当粗格栅除污机2#控制箱上的控制转换开关置于“时间控制”时，PLC1按照预先设定的时间（通过监控计算机或操作终端设定）来控制粗格栅除污机2#间隔动作。
      当粗格栅除污机2#控制箱上的控制转换开关置于“液位差控制”时，当粗格栅除污机前后的液位差大于PLC1的设定值（通过监控计算机或操作终端设定），PLC1输出粗格栅除污机2#启动信号，粗格栅除污机2#立即启动。如果液位仍然增加到最后液位时，粗格栅除污机2#继续工作并且给出一个报警信号。当液位差回到正常值时，粗格栅除污机2#按照正常顺序工作。另外，在粗格栅除污机2#控制箱上设有“紧急停机”按钮。当此按钮按下时，在任何操作方式下，粗格栅除污机2#都停止运行。
      粗格栅螺旋压榨机的控制分为就地手动和自动控制。
      当粗格栅螺旋压榨机操作箱上的控制按钮置于“就地手动”时，通过操作其操作箱上的“启动”/“停止”按钮来控制螺旋压榨机的启停，并将其状态信号送到PLC1。
      当粗格栅螺旋压榨机操作箱上的控制按钮置于“自动控制”时，PLC1通过和粗格栅除污机的连锁来控制螺旋压榨机的启动和停止。螺旋压榨机应该首先启动，一段时间（操作终端或监控计算机设定）后格栅除污机才能启动，停止的循序正好相反。另外，在螺旋压榨机操作箱上设有“紧急停机”按钮，当按下此按钮时，在任何操作方式下，螺旋压榨机立即停止运行。

 

进水泵
      A．工艺参数检测
      设置一套超声波液位测量表，所测数据为：进水泵房液位，一套COD在线检测仪，所测数据：有机化合物的含量。此信号以4～20mA的标准信号送入PLC1系统，并设有现场液晶数字显示。

      B．设备控制：
      进水泵的控制方式根据水位对潜水泵进行起停控制，当水池位为-6.5m时运行1台水泵，当水池位为-6.0m时运行2台水泵，当水池位为-5.5m时运行3台水泵，当水池位为-5m时运行4台水泵，当水池位为-7.0m时水泵停止运行，采用4用1备，轮换工作，轮换时间为168h。

 

细格栅

A．工艺参数检测
      在细格栅设置1套超声波液位差计、一套酸度及温度计、一套电导率测量仪、三套溶解氧分析仪，所测数据为：细格栅前后液位差数值、处理厂进水的酸度和温度数值、处理厂进水的电导率数值、处理厂进水的溶解氧数值、处理厂进水的SS数值。这些信号均以1-5VDC的标准信号送入PLC系统。并设有现场液晶数字显示。

      B. 设备控制
      细格栅的设备控制包括2台回转式格栅除污机和2台细格栅螺旋压榨机。
      细格栅的操作方式分就地手动、时间控制和液位差控制三种方式。
      当细格栅除污机1#控制箱上的控制转换开关置于“就地手动”时，可通过操作箱上的“启动”/“停止”按钮来控制细格栅除污机1#启动和停止，并将其状态信号传送到PLC1。
      当细格栅除污机1#控制箱上的控制转换开关置于“时间控制”时，PLC1按照预先设定的时间（通过监控计算机或操作终端设定）来控制细格栅除污机1#间隔动作。
      当细格栅除污机1#控制箱上的控制转换开关置于“液位差控制”时，当细格栅除污机前后的液位差大于PLC1的设定值（通过监控计算机或操作终端设定），PLC1输出细格栅除污机1#启动信号，细格栅除污机1#立即启动。如果液位仍然增加到最后液位时，细格栅除污机1#继续工作并且给出一个报警信号。当液位差回到正常值时，细格栅除污机1#按照正常顺序工作。另外，在细格栅除污机1#控制箱上设有“紧急停机”按钮。当此按钮按下时，在任何操作方式下，细格栅除污机1#都停止运行。
      当细格栅除污机2#控制箱上的控制转换开关置于“就地手动”时，可通过操作箱上的“启动”/“停止”按钮来控制细格栅除污机2#启动和停止，并将其状态信号传送到PLC1。
      当细格栅除污机2#控制箱上的控制转换开关置于“时间控制”时，PLC1按照预先设定的时间（通过监控计算机或操作终端设定）来控制细格栅除污机2#间隔动作。
当细格栅除污机2#控制箱上的控制转换开关置于“液位差控制”时，当细格栅除污机前后的液位差大于PLC1的设定值（通过监控计算机或操作终端设定），PLC1输出细格栅除污机2#启动信号，细格栅除污机2#立即启动。如果液位仍然增加到最后液位时，细格栅除污机2#继续工作并且给出一个报警信号。当液位差回到正常值时，细格栅除污机2#按照正常顺序工作。另外，在细格栅除污机2#控制箱上设有“紧急停机”按钮。当此按钮按下时，在任何操作方式下，细格栅除污机2#都停止运行。
      细格栅螺旋输送机的控制分为就地手动和自动控制。
      当细格栅螺旋输送机操作箱上的控制按钮置于“就地手动”时，通过操作其操作箱上的“启动”/“停止”按钮来控制螺旋输送机的启停，并将其状态信号送到PLC1。
      当细格栅螺旋输送机操作箱上的控制按钮置于“自动控制”时，PLC1通过和细格栅除污机的连锁来控制螺旋输送机的启动和停止。螺旋输送机应该首先启动，一段时间（操作终端或监控计算机设定）后格栅除污机才能启动，停止的循序正好相反。另外，在螺旋输送机操作箱上设有“紧急停机”按钮，当按下此按钮时，在任何操作方式下，螺旋输送机立即停止运行。

 

旋流沉砂池
      旋流沉砂池的控制设备包括鼓风机、搅拌机、电动阀门、砂水分离器。其操作方式分为“就地手动”和“自动操作”。
      当旋流沉砂池1#控制箱上的操作方式选择开关置于“就地手动”时，通过其控制箱上的操作按钮来控制其启动和停止。
      当旋流沉砂池1#控制箱上的操作方式选择开关置于“自动操作”时，PLC控制系统完成鼓风机和沙水分离器的定时连锁控制。
      当旋流沉砂池2#控制箱上的操作方式选择开关置于“就地手动”时，通过其控制箱上的操作按钮来控制其启动和停止。
      当旋流沉砂池2#控制箱上的操作方式选择开关置于“自动操作”时，PLC控制系统完成鼓风机和沙水分离器的定时连锁控制。

 

沉淀池和配水井
      沉淀池设备的控制包括2台全桥式周边传动刮吸泥机，其操作方式分为“就地手动”和“自动操作”。
      当刮吸泥机操作箱上的操作方式选择开关置于“就地手动”时，通过其操作箱上的“启动”/“停止”按钮来控制刮吸泥机的启停。
      当操作箱上的选择开关置于“自动操作”时，PLC控制系统根据工艺要求自动完成刮吸泥机的启停。

 

曝气池和鼓风机房
      生物池和鼓风机房的控制设备包括：8台低速水下搅拌器，3台单级离心鼓风机，4台潜水回流泵及管式曝气管。
      A．工艺参数检测
      在曝气池和鼓风机房设置一套压力变送器，一套气体流量计、 一套溶体氧分析仪、二套酸度及温度仪 ，所测数据为：鼓风机出口总管压力、进入曝气池的空气流量、曝气池的溶解氧数值、曝气池酸度和温度数值。这些信号均以1～5VDC的标准信号送入PLC系统，并设有现场液晶数字显示。

      B．设备控制
      8台低速水下搅拌器的控制方式为“就地手动”和“自动操作”。
      当低速水下搅拌器箱上的选择开关置于“手动操作”时，通过其相应的操作箱上的“启动”/“停止”按钮控制水下搅拌器的启停。
      当低速水下搅拌器箱上的选择开关置于“自动操作”时，PLC根据和鼓风机系统PLC的联锁，自动控制8台水下搅拌器的动作。
      当鼓风机系统（成套）的采用就地操作时，由鼓风机PLC提供手动操作，而其选择自动操作时，由PLC1根据工艺，依据生物池溶解氧的含量控制鼓风机导叶，进而完成对鼓风机出风量的控制。氧溶解的连锁值可在PLC操作终端和监控计算机上设定。

 

污泥回流泵 
      在污泥回流泵房内有3台泵（2用1备）其开泵时间及泵的数量由PLC系统进行控制。 PLC与泵的启动/停止信号联锁。PLC显示每台泵的“启动、停止、故障”信号。
      在泵房后的剩余污泥电动阀由PLC控制其定时开停，当检测二沉池内的泥位高于限定值，电动阀则连续运行，直至池内的泥位达到正常时剩余污泥电动阀恢复定时开停状态。

 

紫外消毒池
      设置两台浊紫外消毒机、一台潜水泵 

 

出水计量槽 
      设置一套超声波液位计，一套COD在线检测仪

 

配电系统
      对配电房内的断路器、自动重合器、自动分断器、总电流、总电压、总功率、总无功电能消耗、变压器的油温、瓦斯保护、过负荷进行检测。

 

2、监控画面
      厂级显示：包含整个供水系统的运行状态总貌，显示出主设备的状态、有关参数以及控制回路中过程变量与设定值的偏差。可以采用一次击键即能调出用于监控的其它显示画面。若任一监控回路出现报警，用改变颜色的方式进行提示。
      功能组显示：包含过程输入变量、报警条件、输出值、设定值、回路标号、缩写的文字标题、控制方式、报警值等。功能组显示画面包含所有调节回路及顺控回路。
      细节显示：细节显示可观察以某一回路为基础的所有信息，细节显示画面所包含的每一回路的有关信息，其细节可与用户协商。
      标准画面显示：包含报警显示、趋势显示、成组显示、棒图显示等。
      其它显示：包含帮助显示、系统状态显示等。
报表打印：使用用户指定的格式将所有历史记录制成打印表格。报表包含交接班记录、日报、月报、操作记录、设备运行记录等。
      历史数据的存储和检索：对重要的过程数据和计算数据进行在线存储，并可保存至少48小时，当发生事故时可以立即调出相应的趋势画面。用户可定期将这些数据转存成历史数据。用户可以根据数据的组号、测点号、测点名称、时间间距等任一项目来检索所存储的历史数据。

 

3、工业电视监视系统
      连续监视厂前区、粗格栅及进水泵房、细格栅间、旋转沉淀池、生物池、鼓风机房、沉淀池、污泥脱水机房设备运行状态。

 

4、污水处理I/O点表设计
      本厂房监控系统的现场I/O点设计，有以下三部分系统：进水泵房控制站（粗格栅、进水泵房、细格栅、沉沙池、初沉池等）、鼓风机房控制站（鼓风机房、A/O生化池、回流污泥泵井、配电站等）、脱水机房控制站（脱水机房、二沉池、消毒槽、计量槽等），设备I/O点配置要求如下（含20%的余量）：
进水泵房控制系统：
DI：共67点
DO：共46点
AI：共16点
AO：共6点
 鼓风机房控制系统：
DI：共146点
DO：共84点
AI：共26点
AO：共14点
脱水机房控制系统：
DI：共84点
DO：共43点
AI：共11点
AO：共5点

 

5、电力系统监控设计
      高压配电系统包括有：进线配电回路、母联回路和馈出配电回路，有关系统监控信息如下：
回路遥测信息（AI）：各进线和馈出等所有回路的电气参数，包括三相电压、电流、频率、功率因数、有功、无功功率和电度。
      回路遥信信息（DI）：各进线、馈出和母联开关、接地开关状态、抽屉操作柜位置和本地远程切换开关状态，过流、速断保护等故障信息。
      回路遥控信息（D0）：控制各进线、馈出和母联开关闭合操作。
      高压保护信息（可选）：包括有进线回路电网故障时的电压、电流波形（故障录波），回路保护动作的时间和事件记录，电网谐波分量。便于分析供电电网波动、雷击时，电网电压参数。
      针对以上要求，现有的电力监控系统只是部分配电回路局部实现了信息采集功能，系统改造方案推荐采用以配电回路为独立监控对象的智能回路采集仪结构，实现高压配电系统的集中监控和数据采集。

    （1）电力系统特性说明
      电力系统的特殊性主要表现为回路特性和参数特性，具体为：
      回路特性：电力系统按电压等级区分，包括有220KV/110KV/35KV/10KV/ 0.4KV，系统是由许多结构完全一致的电气回路组成，首先依据各回路的电压等级不同，电气回路有不同的监控要求，同一电压等级的回路又因其负荷大小（主要指低压回路0.4KV）也存在不同的监控要求；将以上要求规范化，可以看出电力监控对象是由一定类型的标准的监控回路组成。
      参数特性：电力系统每一个监控回路的监控参数非常多，包括电压、电流、功率、频率、有功功率、电度以及无功参数等，传统方案采用变送器+采集设备配置,监控系统投资大、接线复杂。但考虑到同一回路所有电气参数之间的特殊性，它们之间存在一个内在的关联本质，只需高速采集系统的电压、电流信号，该回路的所有电气参数均可通过计算得到。这就是电力系统的参数特性,基于电力监控回路的参数特征，应运而生的交流采样系统即电力智能监测仪包括有美国的AAP系列和瑞士DAE系列等众多品牌，使电力监控系统的结构发生了革命性的变化，可靠性高、最小分散至每个单一回路的系统是电力监控系统的最新结构特征。

     （2）智能电力采集仪
       一般智能监测仪：能适应三相三线和三相四线回路接线方法，同时测量并本地显示电压、电流、有功、无功、频率、功率因数和电度，系统检测精度电压、电流0.2%，其它参数为1%，标准RS485通讯接口。
      回路智能监测仪（RTU）：在具备上面检测基础上，考虑电力对象的回路特性，配有开关量输入输出功能（4入2出），称之为智能回路电力监测仪，可完全按回路数量配备监测仪表。
智能遥信、遥测、遥控模块：多路（16路）遥信和遥测输入或六路遥控输出，具有标准RS485通讯接口，方便和智能监测仪连接在统一现场总线，辅助系统采集其它环境和单回路电流变量。
SOE遥信模块：32路遥信量输入，开关变位具备带时间记录的SOE功能。
PLC集中采集系统：为通用集中采集设备，可辅助电力智能采集仪，组成性能价格比优越的电力监控系统。

 

（3）高压配电监控系统设计
      高压配电系统的最大特征是，配电回路少（相对于低压配电回路），回路监控信息量大，应该说采用回路监测仪（RTU）实现集中监控为最佳方案。

系统具体实施时，只要在每台高压配电柜内安装一台智能回路监测仪，通过对现有高压配电柜内二次接线的改造，正确连接PT、CT和遥信、遥控信号，利用回路监测仪自带RS485通讯接口与中央计算机连接通讯。
另外，RS485通讯总线最大通讯距离和设备数分别为1200m和32台，具体设计实施应控制在1000m和25台左右，确保系统循环通讯周期和扩展能力。 

 

6、动力网络监控总图

水利控制说明:

水利枢纽工程节制闸液压系统的构成，同步误差的形成， 以及基于s7—300型PLC系统的硬件组成和软件设计方法。

主要组成： 液压启闭机：液压同步：PLC；系统

重要组成部分，其中节制闸为二孔一联整体式结构，单孔净宽12米，闸

项高程10．3米，底板高程一1．O米。节制闸闸门采用露顶式实腹钢粱平面钢

闸门， 门底高程一1．O米， 门顶高程9．O米。门宽12．66米。启闭机采用倒挂

式液压启闭机。

根据液压启闭机运行实践表明：单吊点闸门启闭技术已非常成熟，而

双侧传动的液压启闭机的同步控制，仍然是水利水电技术研究方面的一个

重要课题。在各设计院和制造厂的努力下，尽管大部分闸门的同步控制是

成功的，但也有一部分双吊点闸门， 尤其是大中型宽跨度的液压启闭机双

缸同步问题未获得根本解决，从而导致闸门倾斜卡死，甚至吊点拉脱，造

成闸门失事。而我们九曲河枢纽工程的节制闸就是采用双吊点且为大中型

宽跨度的液压启闭机系统，其双缸同步控制系统必须得到根本解决，我们

引入了可编程序控制器(PLC)作为控制核心，保证了闸门能够长期平稳

的运行。

1同费氓麓的形成

在水利工程中使用的液压启闭机同工程机械相比有其特殊性。首先液

压启闭机所操作的不是自由悬挂的重物，而是沿着导向门槽作上下移动或

者是绕着支铰作旋转运动的闸门。因此闸门作为牵引构件上的载荷，不仅

取决于闸门重量，还在很大程度上取决于运行阻力的大小。而且这些阻力

又是不稳定的，因为它与水封和支撑行走机构摩擦表面的状态密切相关，

如内外水位差，泥沙淤积，建筑垃圾和各种漂浮物落入门槽，以及埋没部

件结冰等都会使运行阻力大大增加。此外，在水中操作闸门，载荷的大

小还随着闸门的开度而变化的动水压力有关。这些载荷的变化使双缸承受

负载不同，根据压力— — 流量关系，承载大的液压缸比承载小的液压缸速

度慢。

同时，从系统本身来讲，下列因素也是造成不同步的原因。两油缸不

是安装在同一闸墩上，这就产生了安装几何误差。双缸运动副摩擦力不

同，由于双缸的制造精度不同，安装时的运动副摩擦力也不相等，摩擦力

大的液压缸运行慢：液压系统的内外泄露和压缩不可能相等；油管长度和

弯头数目的不同将造成双缸沿程阻力的不相等；长时间运行使液压缸的工

作特性发生变化，而两缸的工作特性变化不可能相同等等。

2系统构成

解决双吊点液压启闭机系统不同步问题就是在上述因素对系统影响不

可避免的情况下，如何利用PLC来实时控制液压启闭机双缸同步精度。如

图所示为液压系统原理图。该系统采用二台型号为YYB2255—4， 功率为

37KW的异步电动机带动变量液压泵为系统供油，且液压泵电机组采用一用

一备工作方式。

2．1硬件设计

主要包括下位机和上位机的硬件，共同构成～个小型控制系统。如图

1。

下位机和上位机之间通过MPI协议进行数据传输，PLc中央机架和扩展

机架之间通过IM360和IM361接口模块进行连接。

由于特殊的工艺特点，经充分论证选择了SIEMENS公司的SIMATICS7—

300系列PLC作为控制核心。s7—300系列是模块化小型PLC系统。能满足中

等性能的要求：主要有以下特点：触摸操作屏$7-300站

图 1

1)大范围的各种功能模块，可以满足和适应自动控制任务。

2)简单实用的分散式结构和多界面网络功能。

3)控制灵活，可靠性高，方便用户。

4)CUP处理速度快，集成功能强。

5)当控制任务增加时，模块扩展方便灵活。

液压启闭机系统输入信号主要有手动／自动／远程控制开关量的输入，

系统压力传感器的输入，油泵电压输入，开度传感器的输入，超差信号的

输入及报警信号的输入等。既有模拟量的输入又有开关量的输入。根据液

压启闭机系统的控制要求和被控制器的特点，可充分利用s7—300的系统资

源，s7—300可编程控制器的硬件配置如下：

1)电源模块：PS307，通过背板总线向各模块供电，输入电压为

120／230V／AC，可提供输出24V／DC电源。

2)CPU3l3一lAD03，64kb-E作存储器， 负载存储器集成96kbRAM，最

大可以扩展512kb，MPI接口可以与OP7／DP操作面板进行通讯主要用来执行

用户程序，控制i／o模块和与上位机通讯。

3)SM321数字量输入模块：16点输入。

4)SM321模拟量输入模块：8通道隔离输入。

5)SM322模拟量输出模块。

6)SM322数字量输出模块：16点输出，24V／DC。

7)SM338型智能计数模块；8通道，用于通用计数和测量任务，可实

现超差检测，并具有比较功能以及故障中断处理功能

8)cP通讯处理模块，可以实现PPI通讯Pp

9)OP7／DP键盘显示及触摸屏，一个RS232通讯接口可以与PLC，计算

机，打印机连接，一个RS485接口可与PLC计算机连接。

在控制系统的输入电路中，由压力变送器检测到实时液压系统的系统

压力，输出4-20mA的压力信号，经过IC7转换为0—5V的电压信号，送入到

2)事件处理子程序

事件处理子程序包括正常停机子程序， 安全停机子程序，紧急停机子

程序， 自动启动子程序，手动启动子程序，检修启动予程序， 纠偏计算子

程序，继电器控制子程序，定时中断程序等。继电器控制器子程序主要完

成油泵的运转和停止控制，通过纠偏计算子程序不断计算两个液压缸是否

同步，当纠偏量不为零时，对系统进行纠偏，对速度快的油缸停止供油，

当油缸同步时再同时供油。在定时中断程序中，要实现内外水位的监测与

比较，当水位差达到设定值时， 自动启动子程序启动。

3)硬件中断程序

由于选用了具有中断能力的数字量和模拟量输入模块，所以当硬件

检测到现场信号发生时(发生故障)，便自动执行硬件中断处理程序块

(OB40)根据故障等级，在OB40中执行正常停机， 安全停机或紧急停机，

从而保证故障及时得到处理。

4)安全保护设计

为保证整个液压启闭系统的安全，可靠运行，安全保护环节应该在软

件和硬件两方面进行，油泵电机的硬件安全设计按照faile—safe原则进行

设计，即当控制系统失效时，为保证油泵电机的安全，岛后一级的保护措

旎是安全链机械保护。安全链主要有一个类似与门的双路输入多路输出继

电器构成控制核心。安全链回路由DC24V供电，经多个闭合触点组成。这

些组成安全链的常闭触点包括紧急停机，压力超上限开关，压力超下限开

关。

安全链的多个触点均为常闭触点，只要其中一个触点断开，安全链就

将失效，切除所有执行机构的电源，所有执行机构将全部停止工作。必须

在故障排除以后，给安全链复位，系统才能正常工作。

3结束语

实践证明，将PLc引入液压启闭系统，成功解决了双缸同步的问题，

且控制方便，可靠性高， 结构简单， 易于实现计算机直接控制。