旋轉(zhuǎn)管式膜污水處理PIC控制系統(tǒng)方案

1、 .PAGE62 / NUMPAGES62第一章 緒 論1.1應(yīng)用PLC技術(shù)處理污水的背景地球雖然有70.8的面積為水所覆蓋，但淡水資源卻極其有限，人類真正能夠利用的是江河湖泊以與地下水中的一部分，僅占地球總水量的0.26，而且分布不均。20世紀(jì)50年代以后，全球人口急劇增長，工業(yè)發(fā)展迅速。全球水資源狀況迅速惡化，“水危機(jī)”日趨嚴(yán)重。一方面，人類對水資源的需求以驚人的速度擴(kuò)大；另一方面，日益嚴(yán)重的水污染蠶食大量可供消費(fèi)的水資源。全世界每天約有200噸垃圾倒進(jìn)河流、湖泊和小溪，每升廢水會污染8升淡水；所有流經(jīng)亞洲城市的河流均被污染；美國40的水資源流域被加工食品廢料、金屬、肥料和殺蟲劑污染；歐洲

2、55條河流中僅有5條水質(zhì)差強(qiáng)人意。20世紀(jì)，世界人口增加了兩倍，而人類用水增加了5倍。世界上許多國家正面臨水資源危機(jī)：12億人用水短缺，30億人缺乏用水衛(wèi)生設(shè)施1。我國更是個缺水的國家，人均水資源占有量只為世界人均水資源占有量的1/4。 而且我國的水資源在時空和地域上分布不均勻，更加重了缺水的實(shí)際情況。因此近些年來，我國的城市水資源情況進(jìn)一步緊，許多城市嚴(yán)重缺水。與此同時，水資源的污染日益嚴(yán)重，也因此許多城市都規(guī)劃和建設(shè)了污水處理廠，來改變目前水資源緊缺且污染的現(xiàn)狀。我國城市污水處理事業(yè)是在80 年代初逐步發(fā)展起來的，經(jīng)過幾十年的發(fā)展已經(jīng)初具規(guī)模，但是，與國外同期的城市污水處理廠相比，我國的污

3、水處理事業(yè)則呈現(xiàn)出效率低、自動化程度低、能耗高且運(yùn)行費(fèi)用高等缺點(diǎn)。隨著全球水資源供應(yīng)的緊和對自動化要求的增加，我國的污水處理廠無疑向著高度自動化和無人職守的方向發(fā)展。目前由于PLC 在穩(wěn)定性和高度自動化程度不斷加強(qiáng)，使PLC 成為在城市自動化污水處理方面的首選。應(yīng)用PLC 技術(shù)處理污水的意義污水處理是能源密集(energy intensity)型的綜合技術(shù)。一段時期以來,由于能耗大、運(yùn)行費(fèi)用高等一系列的不便，在一定程度上阻礙了我國城市污水處理廠的建設(shè),建成的一些處理廠也因能耗原因處于停產(chǎn)和半停產(chǎn)狀態(tài)。在今后相當(dāng)長的一段時期,能耗問題將成為城市污水處理的瓶頸。能否解決污水廠的能耗問題，合理進(jìn)行能

4、源分配，已成為決定污水處理廠運(yùn)行效益好壞的關(guān)鍵因素。能耗是否較低，也是未來新的污水處理廠可行性分析的決定性因素，開發(fā)能效較高的污水處理技術(shù)，合理設(shè)計(jì)與運(yùn)行污水處理廠，必將是未來污水處理廠設(shè)計(jì)和運(yùn)行的必由之路。1.2國外污水處理自控系統(tǒng)的發(fā)展形勢1.2.1國外污水處理自控系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r國外的一些發(fā)達(dá)國家，如美國、日本、德國等國，由于這些國家經(jīng)濟(jì)十分發(fā)達(dá)，并較早地實(shí)現(xiàn)了工業(yè)現(xiàn)代化。由于工業(yè)的高度發(fā)展，因此環(huán)境污染問題特別是水資源污染的嚴(yán)重性也較早的體現(xiàn)出來，同時也得到了國家政府的重視，因此投入了大量的人力、物力進(jìn)行污水處理的研究。這些國家在研究污水處理新理論和新工藝的同時，也重視污水處理自控系統(tǒng)的

5、研究。同時有些國家也開始重視污水的凈化回收利用問題，列如以色列的污水回收率達(dá)到了90%。污水回用是一項(xiàng)很有發(fā)展工程，不僅能解決污水污染問題還能創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價值。由于控制技術(shù)的飛躍發(fā)展，國外的污水很早就實(shí)現(xiàn)了污水廠的網(wǎng)絡(luò)控制，如DCS、FCS系統(tǒng)。同時國外較早的將SCADA技術(shù)引入到給水排水工程中，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。國外還注重污水處理中的PLC的開發(fā)，如AB公司的SLC系列、Siemens的S7系列等。國外也重視儀表的研究，國外污水處理自控系統(tǒng)主要存在以下特點(diǎn)：（1）采用集散控制系統(tǒng)DCS和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS。按照廠區(qū)的自身情況和工藝來劃分若干個控制站，站與站之間可以平級關(guān)系也可以使

6、上下級關(guān)系，站與站之間一般獨(dú)立運(yùn)行。（2）大量采用在線監(jiān)測的水質(zhì)分析儀表，對全廠的水質(zhì)實(shí)行監(jiān)測，并由上位機(jī)記錄下來，提高了測量精度。（3）生產(chǎn)過程中不同程度上采用了智能控制，可以根據(jù)水質(zhì)和水源的變化自動的調(diào)整相應(yīng)的控制方式。1.2.2國污水處理自控系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r我國是一個以農(nóng)業(yè)為主的國家，因此工業(yè)發(fā)展較晚，污染問題不是很嚴(yán)重，解放初期由于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)剛剛起步，當(dāng)時的污水污染程度很低，且提倡污水進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉，特別是北方缺水地區(qū)將污水灌溉利用作為經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推廣，所以全國僅有幾個城市建設(shè)了污水處理廠，致使污水處理技術(shù)處于落后的狀態(tài)。與國外相比，我國污水處理自動化控制起步較晚，七十年代開始采用熱工儀表，實(shí)

7、行集中巡檢；八十年代應(yīng)用分析儀表和DCS系統(tǒng)；到九十年代，隨著一大批利用國際貸款的大型污水處理廠得建成投產(chǎn)，我國污水控制系統(tǒng)的自動化水平才有了很大提高。從國外引進(jìn)污水廠的自動控制系統(tǒng)和各種新工藝、新設(shè)備?？梢哉f我國污水處理自動化的現(xiàn)狀是：手動與自動皆備，自制與引用并舉。我國的污水處理自控系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：（1）對于新建的污水處理廠，引進(jìn)了計(jì)算機(jī)分散控制系統(tǒng)，手動與自動并存的控制方式。大部分以前建設(shè)的污水廠自動化程度仍然很低，仍采用人工巡檢的方式。（2）國產(chǎn)儀表的穩(wěn)定性還沒有達(dá)到要求，所以大部分采用進(jìn)口的儀表，但是由于進(jìn)口的價格昂貴，所以應(yīng)用并不是很廣泛。（3）各個控制站之間完全獨(dú)立，無信息的交換

8、。并且各個控制單元由于其部資源的限制，只是實(shí)現(xiàn)了簡單的時間控制和邏輯控制。1.3設(shè)計(jì)的主要研究容論述了污水處理工藝與污水處理系統(tǒng)的組成和PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要包括以下容：1、介紹了旋轉(zhuǎn)流管式膜微濾污水處理的基本容，包括污水處理的發(fā)展、現(xiàn)狀以與污水處理的工藝流程；2、介紹了PLC的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，并對污水處理控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析3、具體分析設(shè)計(jì)污水處理的硬件系統(tǒng)4、具體分析設(shè)計(jì)污水處理的軟件系統(tǒng)第二章 污水來源與污水處理的概述2.1污水來源概述按污水來源分類，污水處理一般分為生產(chǎn)污水處理和生活污水處理。生產(chǎn)污水包括工業(yè)污水、農(nóng)業(yè)污水以與醫(yī)療污水等，而生活污水就是日常生活產(chǎn)生的污水,是指各種

9、形式的無機(jī)物和有機(jī)物的復(fù)雜混合物，包括：漂浮和懸浮的大小固體顆粒；膠狀和凝膠狀擴(kuò)散物；純?nèi)芤骸?按污水的性質(zhì)來分，水的污染有兩類：一類是自然污染；另一類是人為污染。當(dāng)前對水體危害較大的是人為污染。水污染可根據(jù)污染雜質(zhì)的不同而主要分為化學(xué)性污染、物理性污染和生物性污染三大類。污染物主要有：未經(jīng)處理而排放的工業(yè)廢水；未經(jīng)處理而排放的生活污水；大量使用化肥、農(nóng)藥、除草劑的農(nóng)田污水；堆放在河邊的工業(yè)廢棄物和生活垃圾；水土流失；礦山污水2。污水處理成本能耗基本都是高能耗、低效率。目前城市生活污水排放已是我國城市水的主要污染源，城市生活污水處理是當(dāng)前和今后城市節(jié)水和城市水環(huán)境保護(hù)工作的重中之重，這就要求我

10、們要把處理生活污水設(shè)施的建設(shè)作為城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要容來抓，而且是急不可待的事情。2.2 污水處理概述2.2.1污水處理行業(yè)發(fā)展地球雖然有70.8的面積為水所覆蓋，但淡水資源卻極其有限，人類真正能夠利用的是江河湖泊以與地下水中的一部分，僅占地球總水量的0.26，而且分布不均。全世界每天約有200噸垃圾倒進(jìn)河流、湖泊和小溪，每升廢水會污染8升淡水；所有流經(jīng)亞洲城市的河流均被污染；美國40的水資源流域被加工食品廢料、金屬、肥料和殺蟲劑污染；歐洲55條河流中僅有5條水質(zhì)差強(qiáng)人意。20世紀(jì)，世界人口增加了兩倍，而人類用水增加了5倍。世界上許多國家正面臨水資源危機(jī)：12億人用水短缺，30億人缺乏用水衛(wèi)生設(shè)

11、施3。2007年，中國水污染治理投資達(dá)到3387.6億元，比上年增加32%，占當(dāng)年GDP的1.36%。中國水環(huán)境質(zhì)量總體保持穩(wěn)定。2007年，共取締一級水源保護(hù)區(qū)排污口942個，停建二級水源保護(hù)區(qū)可能造成污染的建設(shè)項(xiàng)目1294個，限期治理931個。截至2008年10月，全國設(shè)市城市、縣與部分重點(diǎn)建制鎮(zhèn)共建成污水處理廠1459座，日處理能力8553萬噸（36個大城市共建成288座，日處理能力為3497萬噸），分別比“十五”末期增加60.5%和42.6%，全國設(shè)市城市污水處理率已由2005年的52%增加到2007年的63%；在建城鎮(zhèn)污水處理項(xiàng)目1033個，設(shè)計(jì)日處理能力約3595萬噸。2008年1

12、至10月，全國已投入運(yùn)行的城鎮(zhèn)污水處理廠累計(jì)處理污水達(dá)190億噸，運(yùn)行負(fù)荷率達(dá)到76%，同比分別增長了21%和約3個百分點(diǎn)4。因此中國應(yīng)完善污水處理的政策法規(guī)，建立監(jiān)管體制，創(chuàng)建合理的污水處理收費(fèi)體系，扶植國環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展，推進(jìn)污水處理行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化和市場化。污水處理行業(yè)是一個產(chǎn)業(yè)，發(fā)展前景十分廣闊。中國將在“十一五”期間投資3000億元以推進(jìn)城市污水處理和利用，中國污水處理行業(yè)由此迎來高速發(fā)展期。2.2.2 污水處理中的幾個常見指標(biāo)1、BOD（biochemical oxygen demand）：即“生化需氧量”或“生化耗氧量”，又稱生物需氧量，是水中有機(jī)物含量的一個間接指標(biāo)。一般指在1L污水或

13、待測水樣中所含有的一部分易氧化的有機(jī)物，當(dāng)微生物對其氧化、分解時，所消耗的水中的溶解氧毫克數(shù)（其單位為mg/L）。BOD的測定條件一般規(guī)定在20下5晝夜，故常用BOD5符號表示。2、COD（chemical oxygen demand）：即化學(xué)需氧量，是表示水體中有機(jī)物含量的簡便的間接指標(biāo)，指1L污水中所含有的有機(jī)物在用強(qiáng)氧化劑將它氧化后，所消耗氧的毫克數(shù)（單位為mg/L）。常用的化學(xué)氧化劑有K2Cr2O7或KMnO4。其中常用K2Cr2O7，由此測得的COD用“COD Cr”表示。3、TOD：即總需氧量，指污水中能被氧化的物質(zhì)（主要是有機(jī)物）在高溫下燃燒變成穩(wěn)定氧化物時所需的氧量。4、DO：

14、即溶解氧量，指溶于水體中的分子態(tài)氧，是評價水質(zhì)優(yōu)劣的重要指標(biāo)。5、SS：即懸浮物含量，指污水中不溶性固態(tài)物質(zhì)的含量。6、TOC：即總有機(jī)碳含量，指水體所含有機(jī)物的全部有機(jī)碳的量?？赏ㄟ^把水樣中的所有有機(jī)物全部氧化成CO2和H2O，然后測定生產(chǎn)CO2的量來計(jì)算5。2.2.3 污水處理的方法污水處理的方法有物理法、化學(xué)法和生物法。各種方法都有其特點(diǎn)，可以相互配合、相互補(bǔ)充。目前應(yīng)用最廣的是生物學(xué)方法，其優(yōu)點(diǎn)是效率高、費(fèi)用低、簡單方便。污水處理按程度可分為一級處理、二級處理和三級處理。一級處理也稱為預(yù)處理，主要通過格柵等過濾器除去粗固體；二級處理稱為常規(guī)處理，主要去除可溶性的有機(jī)物，方法包括生物方法

15、、化學(xué)方法和物理方法；三級處理稱為高級處理，主要是除氮、磷和其他無機(jī)物，還包括出水的氯化消毒，也有生物、物理、化學(xué)方法。（1）一級處理主要去除污水中呈懸浮狀態(tài)的固體污染物質(zhì)，物理處理法大部分只能完成一級處理的要求。經(jīng)過一級處理的污水，BOD一般可去除30%左右，達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)。一級處理屬于二級處理的預(yù)處理。（2）二級處理主要去除污水中呈膠體和溶解狀態(tài)的有機(jī)污染物質(zhì)（BOD，COD物質(zhì)），去除率可達(dá)90%以上，使有機(jī)污染物達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。（3）三級處理進(jìn)一步處理難降解的有機(jī)物、氮和磷等能夠?qū)е滤w富營養(yǎng)化的可溶性無機(jī)物等。主要方法有生物脫氮除磷法，混凝沉淀法，砂率法，活性炭吸附法，離子交換法和電滲

16、分析法等。2.3我國的水資源現(xiàn)狀和污水處理現(xiàn)狀與存在的問題2.3.1我國的水資源現(xiàn)狀改革開放以來，我國城市化也進(jìn)入快速發(fā)展時期，城市數(shù)量由1978年的193個增加到2001年的664個，城鎮(zhèn)人口由17，245萬人增加到48，064萬人。上世紀(jì)90年代后，我國城市化速度進(jìn)一步加快，目前城市化水平達(dá)到37%左右。城市數(shù)量與規(guī)模的迅速增加與擴(kuò)，帶來了嚴(yán)重的城市生活污水和垃圾污染問題。近10年來，我國城市生活污水排放量每年以5%的速度遞增，在1999年首次超過工業(yè)污水排放量，2001年城市生活污水排放量221億噸，占全國污水排放總量的53.2%.與此同時，我國城市生活污水處理設(shè)施嚴(yán)重滯后和不足6。 據(jù)

17、統(tǒng)計(jì)：目前全國年排污量約為350億m3,但城市污水集中處理率僅為15，全國超過80的城市污水未經(jīng)任何有效的收集處理就直接排放到附近的水體，使得原本具有泄洪和美化景觀作用的河渠變成了天然污水渠。特別是在全國2200座縣城與19200個建制鎮(zhèn)中，污水排放量約占污水排放總量的一半以上，但這些中小城市（鎮(zhèn)）的污水處理能力都明顯低于全國平均水平7。 照此發(fā)展下去，城市的水環(huán)境將每況愈下。并進(jìn)一步的加劇了水資源的短缺。即使在我國水資源比較豐富的南方地區(qū)，由于水體污染，水質(zhì)型缺水也處于相當(dāng)嚴(yán)峻地步。而且隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展與人口城市化的加速，城鎮(zhèn)污水量將愈來愈大，水環(huán)境污染也會日益加重。2.3.2我國水資源存

18、在的問題（1）供需矛盾日益加劇 首先是農(nóng)業(yè)干旱缺水。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和氣候的變化，中國農(nóng)業(yè)，特別是北方地區(qū)農(nóng)業(yè)干旱缺水狀況加重。目前，全國灌溉區(qū)每年就缺水300億立方米左右。上世紀(jì)90年代年均農(nóng)田受旱面積2667萬公頃，干旱缺水成為影響農(nóng)業(yè)發(fā)展和糧食安全的主要制約因素；全國農(nóng)村有2000多萬人口和數(shù)千萬頭牲畜飲水困難，1/4人口的飲用水不符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。 其次是城市缺水。中國城市缺水現(xiàn)象始于70年代，以后逐年擴(kuò)大，特別是改革開放以來，城市缺水愈來愈嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在全國663個建制市中，有400個城市供水不足，其中110個嚴(yán)重缺水，年缺水約100億立方米，每年影響工業(yè)產(chǎn)值約2000億元8。 （2）用

19、水效率不高 目前，全國農(nóng)業(yè)灌溉年用水量約3800億立方米，占全國總用水量近70。全國農(nóng)業(yè)灌溉用水利用系數(shù)只有0.30.4左右。發(fā)達(dá)國家早在4050年代就開始采用節(jié)水灌溉，現(xiàn)在，很多國家實(shí)現(xiàn)了輸水渠道防滲化、管道化，大田噴灌、滴灌化，灌溉科學(xué)化、自動化，灌溉水的利用系數(shù)達(dá)到0.70.8。 其次，工業(yè)用水浪費(fèi)也十分嚴(yán)重。目前我國工業(yè)萬元產(chǎn)值用水量約80億立方米，是發(fā)達(dá)國家的1020倍；我國水的重復(fù)利用率為40左右，而發(fā)達(dá)國家為7585。中國城市生活用水浪費(fèi)也十分嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國多數(shù)城市自來水管網(wǎng)僅跑、冒、滴、漏損失率為15%-20。 （3）水環(huán)境惡化 2000年污水排放總量620億噸，約80%未

20、經(jīng)任何處理直接排入江河湖庫，90%以上的城市地表水體，97%的城市地下含水層受到污染。由于部分地區(qū)地下水開采量超過補(bǔ)給量，全國已出現(xiàn)地下水超采區(qū)164片，總面積18萬平方公里，并引發(fā)了地面沉降、海水入侵等一系列生態(tài)問題。 （4）水資源缺乏合理配置 華北地區(qū)水資源開發(fā)程度已經(jīng)很高，缺水對生態(tài)環(huán)境己造成了影響。目前黃河斷流日益嚴(yán)重，卻每年調(diào)出90億立方米水量接濟(jì)淮河與海河，因此，對水資源的合理配置和布局，區(qū)域間的水資源的調(diào)配要依靠包括調(diào)水工程在的統(tǒng)一規(guī)劃和合理布局。 綜合上述，中國水資源總量并不豐富，地區(qū)分布不均，年分配集中，北方部分地區(qū)水資源開發(fā)利用已經(jīng)超過資源環(huán)境的承載能力，全國圍水資源可持續(xù)

21、利用問題已經(jīng)成為國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的主要制約因素。 2.3.3我國污水處理的現(xiàn)狀與存在的問題我國的污水處理事業(yè)的實(shí)際情況是污水處理率低，很多老工業(yè)區(qū)的排水管網(wǎng)甚至不成系統(tǒng)。污水處理能力增長緩慢和污水處理率低是造成我國水環(huán)境污染的主要原因，由此導(dǎo)致了水環(huán)境的持續(xù)惡化，并嚴(yán)重的制約了我國經(jīng)濟(jì)與社會的發(fā)展。我國污水處理能力增長緩慢的主要原因可以歸結(jié)為以下三個方面： 1、污水處理技術(shù)落后 城市污水處理技術(shù)是城市污水處理設(shè)施能否高效運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵；長期以來，我國的污水處理技術(shù)都是沿襲了歐美國家近百年來的路線和處理技術(shù)，在吸收、消化國外技術(shù)的同時也形成了自己的技術(shù)，城市污水處理技術(shù)有了很大的發(fā)展，但是我國現(xiàn)階

22、段采用的污水處理技術(shù)與同期國外的技術(shù)水平相比依然還很落后，始終存在效率低、能耗高、維修率高、自動化程度低等缺點(diǎn)，從而影響它們在污水處理廠投標(biāo)中的競爭力。 2、資金短缺，投資力度不夠 城市污水處理系統(tǒng)是城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，也是防止水污染、改善城市水環(huán)境質(zhì)量和工業(yè)發(fā)展的重要手段，為發(fā)展我國的污水處理，使水環(huán)境污染得到有效的控制。資金是個根本問題。 即使修建了污水處理廠，其高昂的運(yùn)行維護(hù)管理費(fèi)用也是污水處理率低，水體污染嚴(yán)重的主要原因之一。據(jù)清華大學(xué)紫光顧問公司調(diào)查：我國污水處理設(shè)備運(yùn)行狀況是1/3運(yùn)行正常、1/3不正常、1/3處于閑置狀態(tài)，污水處理廠的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)率只能達(dá)到50%，我國污水的實(shí)際處

23、理率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于污水處理設(shè)施的處理能力9。3、管理水平低隨著我國城市化進(jìn)程的加快，中小城市的發(fā)展十分迅速，全國19200多個建制鎮(zhèn)絕大多數(shù)都沒有污水處理設(shè)施。目前，中小城市的污水排放量約占全國污水排放總量的一半以上，隨著未來50年小城鎮(zhèn)建設(shè)的快速發(fā)展，生活污水和工業(yè)廢水的排放量將會數(shù)倍、甚至十幾倍的增加，勢必加劇水環(huán)境的惡化。中小城市和大城市在水系上是相通的，而且往往處于大城市的上游，中小城鎮(zhèn)的污水治理工作做不好，大城市污水處理率即使達(dá)到一個很高的水平，水環(huán)境的質(zhì)量也不會有明顯改善。因此，要改善我國水環(huán)境被污染和繼續(xù)惡化的狀況，保護(hù)我國緊缺的水資源，除了要刻不容緩地對大城市的城市污水進(jìn)行處理外，中

24、小城市污水也應(yīng)該引起足夠的重視10。由于這些中小城市和大城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、排水體制、基礎(chǔ)資料、融資渠道等有很大的不同，因此不可能也不應(yīng)該把大城市的污水治理工藝、技術(shù)裝備等搬用到中小城市的污水處理廠中去11。就目前的發(fā)展?fàn)顩r來看，在中小城市污水處理方面，尚缺乏適合我國實(shí)際國情的污水處理技術(shù)和設(shè)備，缺乏資金和管理經(jīng)驗(yàn)。因此，探索和發(fā)展適合我國國情的中小城市污水處理工藝，掌握一批在中小城市具有代表性的污染源的治理技術(shù)和城市污水處理技術(shù)，就勢在必行。第三章 污水處理的工藝技術(shù)的現(xiàn)狀3.1污水處理的工藝技術(shù)現(xiàn)狀自我國第一座采用活性污泥工藝的城市污水處理廠1921年在建成以來，污水處理事業(yè)在我國得到了迅速

25、的發(fā)展，污水處理工藝也是層出不窮。目前我國所采用的污水處理工藝類型主要有以下幾種：傳統(tǒng)活性污泥處理工藝、AB工藝、A/O與A2/O工藝、水解好氧工藝、氧化溝工藝、SBR與其變型工藝、曝氣生物濾池工藝、生物接觸氧化工藝與土地處理工藝。3.1.1 傳統(tǒng)活性污泥處理工藝我國20世紀(jì)80年代與其以前建設(shè)的污水處理廠，由于當(dāng)時沒有對出水氮磷含量的要求，生物處理工藝主要采用傳統(tǒng)活性污泥工藝與其改良工藝，其主要功能是大幅度去除污水中呈膠體態(tài)和溶解態(tài)的有機(jī)污染物，使經(jīng)處理的污水BOD達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，而對污水中氮磷的去除率非常低。同時，水體富營養(yǎng)化問題在我國已日益嚴(yán)重，為適應(yīng)國家對氮磷的排放要求，保護(hù)水環(huán)境，一些

26、采用傳統(tǒng)活性污泥處理工藝的污水廠已對現(xiàn)有工藝進(jìn)行改造，增設(shè)了除磷脫氮功能。3.1.2 AB工藝我國在20世紀(jì)80年代相繼開展了對AB工藝的特性、運(yùn)行機(jī)理與處理過程的穩(wěn)定性的研究，并將其用于工程實(shí)際，且得到了一定規(guī)模的應(yīng)用，如海泊河污水處理廠、污水處理廠、污水處理廠等。AB工藝具有抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、對pH值變化和有毒物質(zhì)具有明顯緩沖作用、可分期建設(shè)的特點(diǎn)。但其對低濃度城市污水的處理效果較差，并且此工藝產(chǎn)泥量大，目前污水處理廠普遍面臨的一個問題是污泥的處理處置難，因此限制了AB工藝的發(fā)展應(yīng)用。3.1.3A/O與A2/O工藝20世紀(jì)80年代末90年代初，A/O工藝、A2/O工藝因其較好的除磷脫氮效果

27、而逐漸應(yīng)用于城市污水處理之中，并且成為主流。在此階段，氮磷污染物控制與去除技術(shù)的研究與相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用成為水環(huán)境污染控制日益緊迫的重要課題。A/O工藝包括A/O除磷工藝和A/O脫氮工藝，它們對磷、氮的去除率分別達(dá)到90%以上和80%左右；而A2/O工藝不能同時高效除磷脫氮。20世紀(jì)90年代以來，隨著具有脫氮除磷功能污水處理工藝的研究應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)A2/O工藝本身存在的缺陷，即硝化菌、反硝化菌和聚磷菌在有機(jī)負(fù)荷、泥齡以與碳源需求上存在著矛盾和競爭，很難在同一系統(tǒng)中同時獲得氮、磷的高效去除，阻礙著生物除磷脫氮技術(shù)的應(yīng)用，因此為解決這些工藝矛盾，研究者們進(jìn)行了大量研究來進(jìn)行工藝改進(jìn)，開發(fā)出倒置A2/O、U

28、CT、AA2/O等工藝，尤其對倒置A2/O進(jìn)行了大量研究，現(xiàn)已完成了對其原理與特點(diǎn)、運(yùn)行參數(shù)的研究，并通過生產(chǎn)試驗(yàn)研究，現(xiàn)已有部分污水廠已采用該工藝并取得了良好的運(yùn)行效果，如北城污水廠、團(tuán)島污水廠、村河污水處理廠等。3.1.4氧化溝工藝20世紀(jì)90年代中期，氧化溝工藝因其良好的脫氮效果且無需沉淀池開始被推廣，此時期建設(shè)的大型污水處理項(xiàng)目基本上采用氧化溝工藝。近幾年來，國對各種類型氧化溝的除磷脫氮的效果、設(shè)計(jì)、充氧設(shè)備與運(yùn)行控制等方面進(jìn)行了大量的研究。對多種氧化溝都進(jìn)行了一定的革新，如Carrousel氧化溝由第一代的普通Carrousel氧化溝發(fā)展為具有脫氮除磷功能的Carrousel2000

29、型氧化溝，后又發(fā)展為第三代的Carrousel3000型氧化溝。國許多污水處理廠使用的情況證明，氧化溝工藝是一種工藝流程簡單、管理方便、投資省、運(yùn)行費(fèi)用低、工藝穩(wěn)定性高的污水處理技術(shù)，目前國較多采用的氧化溝主要有Orbal氧化溝、Carrousel氧化溝、T型氧化溝、DE型氧化溝、一體化氧化溝等12。3.1.5SBR與其變型工藝近年來，隨著工業(yè)和自動化控制技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是監(jiān)控技術(shù)的自動化程度以與污水處理廠自動化管理要求的日益提高，為SBR進(jìn)一步的研究和應(yīng)用，提供了有利的條件。我國于80年代中期開始對SBR進(jìn)行研究，目前，對SBR自控系統(tǒng)、潷水器等設(shè)備的研究開發(fā)，對SBR系統(tǒng)脫氮除磷的研究

30、都為SBR工藝在我國的應(yīng)用創(chuàng)造了條件，市市政工程設(shè)計(jì)研究院、水工業(yè)工程設(shè)備開發(fā)的DATIAT工藝在經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)的成功應(yīng)用以與同濟(jì)大學(xué)開發(fā)出的MSBR在鹽田污水處理廠的成功應(yīng)用，表明了我國對SBR工藝的研究已達(dá)到了日臻成熟的階段，目前，我國對SBR工藝的應(yīng)用很廣泛，主要有CASS、CAST、UNITANK、ICEAS、DATIAT、MSBR等。3.1.6生物接觸氧化工藝生物接觸氧化法具有能耗低、剩余污泥量少、出水水質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)。近年來，性能更為優(yōu)越、運(yùn)行更加可靠的新型生物填料的開發(fā)，使此工藝的應(yīng)用在國更為迅速，如殷家堡污水凈化廠，古交鎮(zhèn)城底污水處理廠，成古交中心污水處理廠等。地區(qū)最早建成的生物接

31、觸氧化法污水處理廠至今已連續(xù)運(yùn)行了十幾年，積累了較豐富的運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，市市政工程設(shè)計(jì)研究院編制了生物接觸氧化法設(shè)計(jì)規(guī)，使此工藝更加規(guī)化、標(biāo)準(zhǔn)化，因此生物接觸氧化工藝得到了全面廣泛的推廣和應(yīng)用13。3.2膜和膜分離技術(shù)的分類與特點(diǎn)3.2.1膜的定義和分類膜可以是固態(tài)的， 也可以是液態(tài)的；膜的結(jié)構(gòu)可能是均質(zhì)的，也可能是非均質(zhì)的；膜可以是中性的，也可以是帶電的；膜傳遞過程可以是主動傳遞過程，也可以是被動傳遞過程。膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)決定了分離機(jī)理，從而也決定了其應(yīng)用。按膜結(jié)構(gòu)分類可分為對稱膜和不對稱膜。按化學(xué)組成分類可分為有機(jī)材料類和無機(jī)材料類?，F(xiàn)代膜分離技術(shù)是一種仿生技術(shù)。分離的根本原理在于膜具有選擇透過

32、性。膜分離法是用天然或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化學(xué)位差為推動力，對雙組分或多組分的溶質(zhì)和溶劑進(jìn)行分離、分級、提純和富集的方法，可用于液相和氣相。對于液相分離，可用于水溶液體系、非水溶液體系、水溶膠體系以與含有其他微粒的水溶液體系。膜可以是固相、液相、甚至是氣相的。用各種天然或人工材料制造出來的膜品種繁多，在物理、化學(xué)、生物性質(zhì)上呈現(xiàn)出各種各樣的特性。隨著我國膜科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，相應(yīng)的學(xué)術(shù)、技術(shù)團(tuán)體也相繼成立。她們的成立為規(guī)膜行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)、促進(jìn)膜行業(yè)的發(fā)展起著舉足輕重的作用。半個世紀(jì)以來，膜分離完成了從實(shí)驗(yàn)室到大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的轉(zhuǎn)變，成為一項(xiàng)高效節(jié)能的新型分離技術(shù)。1925年以來，差不多每十

33、年就有一項(xiàng)新的膜過程在工業(yè)上得到應(yīng)用14。 按分離機(jī)理分類，膜大致可分為多孔膜、無孔膜和載體膜。多孔膜在處理溶液時根據(jù)顆粒大小進(jìn)行分離，主要用于超濾和微濾。無孔膜利用分離體系中各組分溶解度或擴(kuò)散系數(shù)的差異進(jìn)行分離，主要用于氣體分離、透析、蒸汽滲透等過程。載體膜是通過載體分子對某一組分高度專一的親和性來實(shí)現(xiàn)不同組分間的分離的，通過膜的組分可以是氣體、液體、離子或非離子。按幾何形狀分類，有平板式、管式、毛細(xì)管式和中空纖維式、卷式膜。后三種皆為管狀膜，直徑大于10mm的為管式膜；直徑在0.5-10mm之間的是毛細(xì)管式膜；直徑小于0.5mm的為中空纖維膜。管狀膜直徑越小，則單位體積里的膜面積越大。其中

34、卷式膜的應(yīng)用很廣泛。圖3.1為卷式膜的結(jié)構(gòu)15。圖3.1 卷式膜結(jié)構(gòu)3.2.2膜分離技術(shù)的分類所有分離過程都是利用在某種環(huán)境中混合物各組分性質(zhì)的差異進(jìn)行分離。膜分離過程是以選擇性透過膜為分離介質(zhì)，在兩側(cè)加以某種推動力時，原料側(cè)組分選擇性地透過膜，從而達(dá)到分離或提純的目的。根據(jù)膜的種類可分為反滲透和納濾、超濾、微濾、透析、電滲析等16。1）反滲透和納濾反滲透已成為海水淡化最經(jīng)濟(jì)的技術(shù)，也是苦咸水淡化的主要手段，它已成為超純水和純水制備的優(yōu)選技術(shù)；另外在各種料液的分離、純化和濃縮以與廢液的再生回用方面都發(fā)揮了重大作用。a.反滲透原理當(dāng)用一個半透性膜分離兩種不同濃度的溶液時，膜僅允許溶劑分子通過。由

35、于濃溶液中溶劑的化學(xué)勢低于它在稀溶液中的化學(xué)勢，稀溶液中的溶劑分子自發(fā)地透過半透膜向濃溶液中遷移。b.反滲透膜與納濾膜由于反滲透膜與納濾膜多種多樣，主要有平板不對稱膜、不對稱平板復(fù)合膜、管式不對稱膜、中空纖維不對稱膜、中空纖維復(fù)合膜等。目前平板不對稱膜和中空纖維膜占據(jù)了市場絕大部分的份額。c.反滲透與納濾工藝流程反滲透與納濾工藝流程通常包括前處理工藝、膜分離工藝和后處理工藝三部分。為減少料液在膜分離過程中對膜的污染和化學(xué)損傷，必須對料液進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理。在實(shí)際生產(chǎn)中對溶液的分離有不同的要求，必須選用合適的膜和組件形式，應(yīng)該通過計(jì)算確定組件的排列和操作條件。d.反滲透與納濾應(yīng)用反滲透應(yīng)用領(lǐng)域可分

36、為兩大類：水純化和溶質(zhì)濃縮。主要用于水的純化，如海水和苦咸水脫鹽制飲用水，以與制備半導(dǎo)體工業(yè)、醫(yī)藥、化學(xué)工業(yè)中所需的超純水。反滲透是利用高壓泵將待處理的水增壓后借助半透膜的選擇性將水中的雜質(zhì)去除，得到純度較高的水。反滲透的示意圖如圖3.2所示。圖3.2 反滲透示意圖納濾膜對Na+和Cl-單價離子的截留率較低，實(shí)踐證明納濾可以代替沉淀、pH調(diào)節(jié)和蒸發(fā)等過程，達(dá)到產(chǎn)品純化和濃縮的目的，是一新的高效節(jié)能的過程。此外納濾在有機(jī)小分子與鹽的分離與濃縮、去除無脂奶粉的異味等方面得到了廣泛的應(yīng)用。2）超濾超濾膜多為不對稱結(jié)構(gòu)，由一層極薄、具有一定尺寸孔徑的表皮層和一層較厚、具有海綿狀或指定結(jié)構(gòu)的多孔層組成。

37、前者起分離作用，后者起支撐作用。在超濾膜分離過程中，膜的孔徑大小和膜表面的化學(xué)性質(zhì)等將分別起著不同的分離作用。一般情況下，超濾膜的性能指標(biāo)有滲透通量和截留率。超濾膜的耐壓性、耐清洗性、耐溫性等性能對于工業(yè)應(yīng)用是非常重要的。目前商品化的有機(jī)材質(zhì)的超濾膜都是采用相轉(zhuǎn)化法制得的。3）微濾微濾（MF）是一種與常規(guī)的粗濾十分相似的膜過程。微孔濾膜具有比較整齊、均勻的多孔結(jié)構(gòu)，孔徑圍0.05-10um，使過濾從一般只有比較粗造的相對性質(zhì)過度到精密的絕對性質(zhì)，主要用于對懸浮液和乳液進(jìn)行截留。a.微濾原理微濾又稱為精過濾，其基本原理屬于篩網(wǎng)狀過濾，在靜壓差作用下，小于膜孔的粒子通過濾膜，大于膜孔的粒子則被截留

38、到膜表面，使大小不同的組分得以分離，操作壓力為0.7-7kPa。除此以外，還有膜表面層的吸附截留和架橋截留，以與膜部的網(wǎng)絡(luò)中截留。b.微濾操作工藝微濾有兩種操作工藝：死端過濾、錯流過濾。在死端過濾時，溶劑和小于膜孔的溶質(zhì)在壓力驅(qū)動下透過膜，大于膜孔的顆粒被截留，通常堆積在膜表面上。死端過濾是間隙式的，必須周期性地停下來清洗膜表面的污染層或更換膜。在泵的推動下料液平行于膜面流動，與死端過濾不同的是料液流經(jīng)膜面時產(chǎn)生的剪切力把膜表面上的滯留的顆粒帶走，從而使污染層保持在一個較薄的水平。c.微濾膜的應(yīng)用微濾是所有膜過程中應(yīng)用最普遍、銷售額最大的一項(xiàng)技術(shù)。工業(yè)上，微濾主要用于將大于0.1um的粒子與溶

39、液分開的場合，它的最大市場是制藥行業(yè)的除菌過濾和電子工業(yè)用高純水的制備。其最新的應(yīng)用領(lǐng)域是生物技術(shù)和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域技術(shù)。4）滲析滲析；也是透析，是溶質(zhì)自身濃度梯度作用下膜的上游傳下下游的過程。由于分子大小與溶解度不同，使得不同溶質(zhì)的擴(kuò)散速率不同，從而實(shí)現(xiàn)分離。a.傳質(zhì)理論原料液和透析掖流向通常是逆向的，也可以是同向的。若溶劑與溶液中其他組分之間不存在耦合作用，則在滲透壓的作用下溶劑從低濃度側(cè)流向高濃度側(cè)；若原料液側(cè)壓力高于滲透壓側(cè)，則溶劑從原料液側(cè)流向滲透壓側(cè)。b.滲析膜透析主要用于從高分子量物質(zhì)中分離出低分子量組分，基于不同組分物化性質(zhì)和分子尺寸的差異，導(dǎo)致其在膜的擴(kuò)散速率不同而實(shí)現(xiàn)分離的。5

40、）電滲析電滲析是在直流電場作用下，以電位差為推動力，利用離子交換膜的選擇透過性，把電解質(zhì)從溶液中分離出來，從而實(shí)現(xiàn)溶液的濃縮、淡化、精制和提純。a.電滲析的基本原理在陰極和陽極之間交替排列一系列陰離子交換膜和陽離子交換膜。陰離子交換膜能使陰離子透過，陽離子交換膜能使陽離子透過。b.離子交換膜目前離子交換膜的種類很多，常用的膜按功能分有陰離子交換膜和陽離子交換膜。強(qiáng)酸性陽膜屬于陽離子交換膜，中等酸性陽膜、弱酸性陽膜、強(qiáng)堿性陰膜屬于陰離子交換膜。c.電滲析的應(yīng)用目前電滲析已是一種相當(dāng)成熟的膜分離技術(shù)，主要用途是苦咸水淡化、生產(chǎn)飲用水、濃縮海水制鹽以與體系中脫除電解質(zhì)。3.2.3膜分離技術(shù)的特點(diǎn)1、

41、膜分離過程不發(fā)生相變化，與有相變化的分離法和其他分離法相比，能耗要低。因此膜分離技術(shù)又稱省能技術(shù)。2、膜分離過程是在常溫下進(jìn)行，因而特別適用于對熱敏感的物質(zhì)，如果汁、酶、藥品等的分離、分級、濃縮與富集。3、膜分離技術(shù)不僅適用于有機(jī)物和無機(jī)物，從病毒、細(xì)菌到微粒的廣泛分離的圍，而且還適用于許多特殊溶液體系的分離，如溶液分子與無機(jī)鹽的分離、一些共沸物或近沸點(diǎn)物系的分離等。4、由于只是用壓力作為膜分離的推動力，因此分離裝置簡單，操作容易，易自控、維修。5、膜分離效率高，設(shè)備體積小，占地少，適用圍廣。6、膜分離是可分離相對分子量為幾千甚至幾百物質(zhì)的高效分離過程17。3.3組態(tài)軟件介紹3.3.1組態(tài)軟件

42、產(chǎn)生的背景“組態(tài)”的概念是伴隨著集散型控制系統(tǒng)（Distributed Control System簡稱DCS）的出現(xiàn)才開始被廣大的生產(chǎn)過程自動化技術(shù)人員所熟知的。在工業(yè)控制技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用過程中，PC（包括工控機(jī)）相比以前的專用系統(tǒng)具有的優(yōu)勢日趨明顯。這些優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：PC技術(shù)保持了較快的發(fā)展速度，各種相關(guān)技術(shù)已臻成熟；由PC構(gòu)建的工業(yè)控制系統(tǒng)具有相對較低的擁有成本；PC的軟件資源和硬件資豐富，軟件之間的互操作性強(qiáng)；基于PC的控制系統(tǒng)易于學(xué)習(xí)和使用，可以容易地得到技術(shù)方面的支持。在PC技術(shù)向工業(yè)控制領(lǐng)域的滲透中，組態(tài)軟件占據(jù)著非常特殊而且重要的地位。組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的

43、專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件應(yīng)該能支持各種工控設(shè)備和常見的通信協(xié)議，并且通常應(yīng)提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功能。對應(yīng)于原有的HMI（人機(jī)接口軟件，Human Machine Interface）的概念，組態(tài)軟件應(yīng)該是一個使用戶能快速建立自己的HMI的軟件工具，或開發(fā)環(huán)境。在組態(tài)軟件出現(xiàn)之前，工控領(lǐng)域的用戶通過手工或委托第三方編寫HMI應(yīng)用，開發(fā)時間長，效率低，可靠性差；或者購買專用的工控系統(tǒng)，通常是封閉的系統(tǒng)，選擇余地小，往往不能滿足需求，很難與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，升級和增

44、加功能都受到嚴(yán)重的限制。組態(tài)軟件的出現(xiàn)，把用戶從這些困境中解脫出來，可以利用組態(tài)軟件的功能，構(gòu)建一套最適合自己的應(yīng)用系統(tǒng)。隨著它的快速發(fā)展，實(shí)時數(shù)據(jù)庫、實(shí)時控制、SCADA、通訊與聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)接口、對I/O設(shè)備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要容，隨著技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)控組態(tài)軟件將會不斷被賦予新的容18。3.3.2組態(tài)軟件在我國的發(fā)展與國外主要產(chǎn)品介紹組態(tài)軟件產(chǎn)品于80年代初出現(xiàn)，并在80年代末期進(jìn)入我國。但在90年代中期之前，組態(tài)軟件在我國的應(yīng)用并不普與。其原因，有以下三點(diǎn)：（1）國用戶還缺乏對組態(tài)軟件的認(rèn)識，項(xiàng)目中沒有組態(tài)軟件的預(yù)算，或?qū)幵竿度肴肆ξ锪︶槍唧w項(xiàng)目做長周期的繁冗的上位機(jī)的編程開發(fā)，而

45、不采用組態(tài)軟件。（2）在很長時間里，國用戶的軟件意識還不強(qiáng)，面對價格不菲的進(jìn)口軟件，很少有用戶愿意去購買正版。（3）當(dāng)時國的工業(yè)自動化和信息技術(shù)應(yīng)用的水平還不高，組態(tài)軟件提供了對大規(guī)模應(yīng)用、大量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、監(jiān)控、處理并可以將處理的結(jié)果生成管理所需的數(shù)據(jù)，這些需求并未完全形成。 隨著工業(yè)控制系統(tǒng)應(yīng)用的深入，在面臨規(guī)模更大、控制更復(fù)雜的控制系統(tǒng)時，人們逐漸意識到原有的上位機(jī)編程的開發(fā)方式。對項(xiàng)目來說是費(fèi)時費(fèi)力、得不償失的，同時，MIS（管理信息系統(tǒng)，Management Information System）和CIMS（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，Computer Integrated Manufact

46、uring System）的大量應(yīng)用，要求工業(yè)現(xiàn)場為企業(yè)的生產(chǎn)、經(jīng)營、決策提供更詳細(xì)和深入的數(shù)據(jù)，以便優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營中的各個環(huán)節(jié)。因此，在1995年以后，組態(tài)軟件在國的應(yīng)用逐漸得到了普與。下面就對幾種組態(tài)軟件分別進(jìn)行介紹。（1）InTouch：Wonderware的InTouch軟件是最早進(jìn)入我國的組態(tài)軟件。在80年代末、90年代初，基于Windows3.1的InTouch軟件曾讓我們耳目一新，并且InTouch提供了豐富的圖庫。但是，早期的InTouch軟件采用方式與驅(qū)動程序通信，性能較差，最新的InTouch7.0版已經(jīng)完全基于32位的Windows平臺，并且提供了OPC支持。（2）Fi

47、x：Intellution公司以Fix組態(tài)軟件起家，1995年被愛默生收購，現(xiàn)在是愛默生集團(tuán)的全資子公司，F(xiàn)ix6.軟件提供工控人員熟悉的概念和操作界面，并提供完備的驅(qū)動程序（需單獨(dú)購買）。Intellution將自己最新的產(chǎn)品系列命名為iFiX，在iFiX中，Intellution提供了強(qiáng)大的組態(tài)功能，但新版本與以往的6.版本并不完全兼容。原有的Script語言改為VBA（Visual Basic For Application），并且在部集成了微軟的VBA開發(fā)環(huán)境。遺憾的是，Intellution并沒有提供6.1版腳本語言到VBA的轉(zhuǎn)換工具。在iFiX中，Intellution的產(chǎn)品與Mi

48、crosoft的操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了緊密的集成。Intellution也是OPC（OLE for Process Control）組織的發(fā)起成員之一。iFiX的OPC組件和驅(qū)動程序同樣需要單獨(dú)購買。（3）Citech：CiT公司的Citech也是較早進(jìn)入中國市場的產(chǎn)品。Citech具有簡潔的操作方式，但其操作方式更多的是面向程序員，而不是工控用戶。Citech提供了類似語言的腳本語言進(jìn)行二次開發(fā)，但與iFix不同的是，Citech的腳本語言并非是面向?qū)ο蟮?，而是類似于語言，這無疑為用戶進(jìn)行二次開發(fā)增加了難度。（4）WinCC：Simens的WinCC也是一套完備的組態(tài)開發(fā)環(huán)境，Simens提供

49、類語言的腳本，包括一個調(diào)試環(huán)境。WinCC嵌OPC支持，并可對分布式系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)。但WinCC的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，用戶最好經(jīng)過Simens的培訓(xùn)以掌握WinCC的應(yīng)用。（5）組態(tài)王：組態(tài)王是國第一家較有影響的組態(tài)軟件開發(fā)公司（更早的品牌多數(shù)已經(jīng)湮滅）。組態(tài)王提供了資源管理器式的操作主界面，并且提供了以漢字作為關(guān)鍵字的腳本語言支持。組態(tài)王也提供多種硬件驅(qū)動程序。（6）Controx（開物）：華富計(jì)算機(jī)公司的Controx2000是全32位的組態(tài)開發(fā)平臺，為工控用戶提供了強(qiáng)大的實(shí)時曲線、歷史曲線、報(bào)警、數(shù)據(jù)報(bào)表與報(bào)告功能。作為國最早加入OPC組織的軟件開發(fā)商，Controx建OPC支持，并提供數(shù)十種高性

50、能驅(qū)動程序。提供面向?qū)ο蟮哪_本語言編譯器，支持ActiveX組件和插件的即插即用，并支持通過ODBC連接外部數(shù)據(jù)庫。Controx同時提供網(wǎng)絡(luò)支持和WevServer功能。3.4組態(tài)軟件的功能特點(diǎn)發(fā)展方向目前看到的所有組態(tài)軟件都能完成類似的功能：比如，幾乎所有運(yùn)行于32位Windows平臺的組態(tài)軟件都采用類似資源瀏覽器的窗口結(jié)構(gòu)，并且對工業(yè)控制系統(tǒng)中的各種資源（設(shè)備、標(biāo)簽量、畫面等）進(jìn)行配置和編輯；都提供多種數(shù)據(jù)驅(qū)動程序；都使用腳本語言提供二次開發(fā)的功能，等等。但是，從技術(shù)上說，各種組態(tài)軟件提供實(shí)現(xiàn)這些功能的方法卻各不一樣。從這些不同之處，以與PC技術(shù)發(fā)展的趨勢，可以看出組態(tài)軟件未來發(fā)展的方向

51、19。3.4.1數(shù)據(jù)采集的方式大多數(shù)組態(tài)軟件提供多種數(shù)據(jù)采集程序，用戶可以進(jìn)行配置。然而，在這種情況下，驅(qū)動程序只能由組態(tài)軟件開發(fā)商提供，或者由用戶按照某種組態(tài)軟件的接口規(guī)編寫，這為用戶提出了過高的要求。由OPC基金組織提出的OPC規(guī)基于微軟的OLE/DCOM技術(shù)，提供了在分布式系統(tǒng)下，軟件組件交互和共享數(shù)據(jù)的完整的解決方案。在支持OPC的系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的提供者作為服務(wù)器（Server），數(shù)據(jù)請求者作為客戶（Client），服務(wù)器和客戶之間通過DCOM接口進(jìn)行通信，而無需知道對方部實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)。由于COM技術(shù)是在二進(jìn)制代碼級實(shí)現(xiàn)的，所以服務(wù)器和客戶可以由不同的廠商提供。在實(shí)際應(yīng)用中，作為服務(wù)器的數(shù)

52、據(jù)采集程序往往由硬件設(shè)備制造商隨硬件提供，可以發(fā)揮硬件的全部效能，而作為客戶的組態(tài)軟件可以通過OPC與各廠家的驅(qū)動程序無縫連接，故從根本上解決了以前采用專用格式驅(qū)動程序總是滯后于硬件更新的問題。同時，組態(tài)軟件同樣可以作為服務(wù)器為其他的應(yīng)用系統(tǒng)（如MIS等）提供數(shù)據(jù)。OPC現(xiàn)在已經(jīng)得到了包括Interllution、Simens、GE、ABB等國外知名廠商的支持。隨著支持OPC的組態(tài)軟件和硬件設(shè)備的普與，使用OPC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集必將成為組態(tài)中更合理的選擇。3.4.2腳本的功能腳本語言是擴(kuò)充組態(tài)系統(tǒng)功能的重要手段。因此，大多數(shù)組態(tài)軟件提供了腳本語言的支持。具體的實(shí)現(xiàn)方式可分為三種：一是置的類C/Ba

53、sic語言；二是采用微軟的VBA的編程語言；三是有少數(shù)組態(tài)軟件采用面向?qū)ο蟮哪_本語言。類C/Basic語言要求用戶使用類似高級語言的語句書寫腳本，使用系統(tǒng)提供的函數(shù)調(diào)用組合完成各種系統(tǒng)功能。應(yīng)該指明的是，多數(shù)采用這種方式的國組態(tài)軟件，對腳本的支持并不完善，許多組態(tài)軟件只提供IFTHENELSE的語句結(jié)構(gòu)，不提供循環(huán)控制語句，為書寫腳本程序帶來了一定的困難。微軟的VBA是一種相對完備的開發(fā)環(huán)境，采用VBA的組態(tài)軟件通常使用微軟的VBA環(huán)境和組件技術(shù)，把組態(tài)系統(tǒng)中的對象以組件方式實(shí)現(xiàn)，使用VBA的程序?qū)@些對象進(jìn)行訪問。由于VisualBasic是解釋執(zhí)行的，所以VBA程序的一些語法錯誤可能到執(zhí)行

54、時才能發(fā)現(xiàn)。而面向?qū)ο蟮哪_本語言提供了對象訪問機(jī)制，對系統(tǒng)中的對象可以通過其屬性和方法進(jìn)行訪問，比較容易學(xué)習(xí)、掌握和擴(kuò)展，但實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜。 3.4.3組態(tài)軟件的控制功能隨著以工業(yè)PC為核心的自動控制集成系統(tǒng)技術(shù)的日趨完善和工程技術(shù)人員的使用組態(tài)軟件水平的不斷提高，用戶對組態(tài)軟件的要求已不像過去那樣主要側(cè)重于畫面，而是要考慮一些實(shí)質(zhì)性的應(yīng)用功能，如軟件PLC，先進(jìn)過程控制策略等。PLC產(chǎn)品是基于PC機(jī)開放結(jié)構(gòu)的控制裝置，它具有硬PLC在功能、可靠性、速度、故障查找等方面的特點(diǎn)，利用軟件技術(shù)可將標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)PC轉(zhuǎn)換成全功能的PLC過程控制器。軟PLC綜合了計(jì)算機(jī)和PLC的開關(guān)量控制、模擬量控制、數(shù)學(xué)

55、運(yùn)算、數(shù)值處理、通信網(wǎng)絡(luò)等功能，通過一個多任務(wù)控制核，提供了強(qiáng)大的指令集、快速而準(zhǔn)確的掃描周期、可靠的操作和可連接各種/系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)的開放式結(jié)構(gòu)。所以可以這樣說，軟PLC提供了與硬PLC同樣的功能，而同時具備了PC環(huán)境的各種優(yōu)點(diǎn)。目前，國際上影響比較大的產(chǎn)品有：法國CJ International公司的ISaGRAF軟件包、PCSoft International公司的WinPLC、美國Wizdom Control Intellution公司的Paradym-31、美國Moore Process Automation Solutions公司ProcessSuite、美國Wonder ware C

56、ontrols公司的InControl、SoftPLC公司的SoftPLC等。國推出軟PLC產(chǎn)品的組態(tài)軟件還不見有，國組態(tài)軟件要想全面超過國外的競爭對手，就必須搞創(chuàng)新，推出類似功能的產(chǎn)品。第四章 PLC介紹與設(shè)計(jì)方案的確定4.1PLC的介紹可編程控制器(Programmable Logic Controller)簡稱PLC或PC，在現(xiàn)代工業(yè)控制中占有重要地位。PLC是從早期的繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來的。自1836年繼電器問世，人們就開始用導(dǎo)線將它同開關(guān)器件巧妙地連接，構(gòu)成用途各異的邏輯控制或順序控制。上世紀(jì)60年代末，它不斷吸收微計(jì)算機(jī)技術(shù)使之功能不斷增強(qiáng)，逐漸適合復(fù)雜的控制任務(wù)。隨著微電子

57、技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)的飛速發(fā)展、微處理器的出現(xiàn)，以與流程加工行業(yè)（如汽車制造業(yè)）對生產(chǎn)流程迅速、頻繁變更的需求，PLC技術(shù)出現(xiàn)并快速發(fā)展。 目前，PLC在小型化、大型化、大容量、強(qiáng)功能等方面有了質(zhì)的飛躍，使早期的PLC從最初的邏輯控制、順序控制，發(fā)展成為具有邏輯判斷、定時、計(jì)數(shù)、記憶和算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信與PID回路調(diào)節(jié)等功能的現(xiàn)代PLC。但是，仍然沿用著順序掃描、程序控制等基本模式與CPU+通信+I/O的基本結(jié)構(gòu)。 PLC之所以有生命力，在于它更加適合工業(yè)現(xiàn)場和市場的要求：高可靠性、強(qiáng)抗各種干擾的能力、編程安裝使用簡便、低價格長壽命。它的輸入輸出端更接近現(xiàn)場設(shè)備，不需添加太

58、多的中間部件或需要更多的接口，這樣節(jié)省了用戶時間和成本。PLC的下端(輸入端)為繼電器、晶體管和晶閘管等控制部件，而上端一般是面向用戶的微型計(jì)算機(jī)。人們在應(yīng)用它時，可以不必進(jìn)行計(jì)算機(jī)方面的專門培訓(xùn)，就能對可編程控制器進(jìn)行操作與編程。長期以來，PLC始終處于工業(yè)控制自動化領(lǐng)域的主戰(zhàn)場，為各種各樣的自動化控制設(shè)備提供非?？煽康目刂品桨福cDCS和工業(yè)PC形成了三足鼎立之勢。同時，PLC也承受著來自其它技術(shù)產(chǎn)品的沖擊，尤其是工業(yè)PC所帶來的沖擊。目前，全世界PLC生產(chǎn)廠家約200家，生產(chǎn)300多種產(chǎn)品。國PLC市場仍以國外產(chǎn)品為主，如Siemens、Modicon、A-B、OMRON、三菱、GE的產(chǎn)

59、品。經(jīng)過多年的發(fā)展，國PLC生產(chǎn)廠家約有三十家，但都沒有形成頗具規(guī)模的生產(chǎn)能力和名牌產(chǎn)品，可以說PLC在我國尚未形成制造產(chǎn)業(yè)化。在PLC應(yīng)用方面，我國是很活躍的，應(yīng)用的行業(yè)也很廣。2000年P(guān)LC的國市場銷量為20萬套（其中進(jìn)口占90%左右），約35億元人民幣，年增長率約為12%。預(yù)計(jì)到2005年全國PLC需求量將達(dá)到25萬套左右，約45億元人民幣。PLC市場也反映了全世界制造業(yè)的狀況，2000后大幅度下滑。但是，盡管全球經(jīng)濟(jì)下滑，PLC市場將會復(fù)，估計(jì)全球PLC市場在2000年為76億美元，到2005年底將回到76億美元，并繼續(xù)略微增長。微型化、網(wǎng)絡(luò)化、PC化和開放性是PLC未來發(fā)展的主要方

60、向。在基于PLC自動化的早期，PLC體積大而且價格昂貴。但在最近幾年，微型PLC（小于32 I/O）已經(jīng)出現(xiàn)，價格只有幾百歐元。隨著軟PLC（Soft PLC）控制組態(tài)軟件的進(jìn)一步完善和發(fā)展，安裝有軟PLC組態(tài)軟件和PC-based控制的市場份額將逐步得到增長。當(dāng)前，過程控制領(lǐng)域最大的發(fā)展趨勢之一就是Ethernet技術(shù)的擴(kuò)展，PLC也不例外?，F(xiàn)在越來越多的PLC供應(yīng)商開始提供Ethernet接口?？梢韵嘈牛琍LC將繼續(xù)向開放式控制系統(tǒng)方向轉(zhuǎn)移，尤其是基于工業(yè)PC的控制系統(tǒng)。4.2 PLC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析4.2.1 PLC的結(jié)構(gòu)PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)