1. 感知层（现场仪表与传感器）

功能： “眼睛”和“耳朵”，负责实时采集现场工艺参数和设备状态。

关键仪表：

流量计： 进水流量、出水流量、回流污泥流量、剩余污泥流量、曝气/混合液流量（电磁、超声波、堰槽等）。

液位计/物位计： 进水井/泵房液位、格栅前后液位、沉砂池液位、生化池液位、二沉池泥位/液位、污泥浓缩池/储泥池液位（超声波、雷达、静压式、浮球式等）。

水质分析仪：

 pH计 ：监测水的酸碱度（尤其在进水、生化池、出水）。

 溶解氧仪 ：监测生化池溶解氧浓度（DO），控制曝气关键。

 污泥浓度仪 ：监测混合液悬浮固体浓度（MLSS）、回流污泥浓度（RSS）。

 氧化还原电位仪 ：监测生化池氧化还原电位（ORP），辅助判断反应状态（尤其脱氮除磷）。

 浊度仪/悬浮物仪 ：监测出水浊度/悬浮物。

 COD/氨氮/总磷/总氮在线分析仪 ：监测关键进出水水质指标（根据需要配置位置）。

压力变送器： 监测泵出口压力、鼓风机出口压力、管道压力、过滤器压差。

温度变送器： 监测水温（尤其在厌氧消化池）。

设备状态反馈： 泵、风机、阀门等的运行/停止状态、故障状态、开度反馈（阀门）。

2. 控制层（现场控制单元 - PLC/RTU）

功能： “大脑”和“神经中枢”，负责逻辑控制、数据采集、设备驱动和通讯。

核心设备：

可编程逻辑控制器： 是控制层的核心硬件（如西门子S7-1500、罗克韦尔ControlLogix/CompactLogix、施耐德Modicon M580等）。安装在现场控制柜内。

远程终端单元： 用于分布广泛或偏远站点（如泵站）。

主要任务：

接收来自传感器的实时数据。

执行预设的控制逻辑程序（如泵的启停控制、阀门的开关调节、曝气量控制、加药控制）。

向执行机构（电机、阀门等）发送控制指令。

实现设备连锁和保护（如液位低停泵、液位高报警、设备故障连锁停机）。

与上位监控系统进行数据通讯。

3. 执行层（现场执行机构）

功能： “手”和“脚”，接收控制指令并执行物理动作。

关键设备：

电动/气动阀门： 控制水流、污泥流、空气流、药剂的开关和调节（闸阀、蝶阀、调节阀、堰门等）。

变频器： 调节泵、鼓风机等设备的转速，实现流量/压力的精确控制，节能效果显著。

电机启动器/接触器： 控制泵、风机、搅拌器、刮吸泥机等动力设备的启停。

加药泵/计量泵： 精确投加絮凝剂、助凝剂、碳源、除磷剂、消毒剂等化学品。

曝气设备： 如鼓风机（通过阀门/VFD控制供气量）、曝气头/曝气管（本身是设备，受供气控制）。

4. 监控层（人机界面 - HMI 与 SCADA 系统）

功能： “指挥中心”和“信息窗口”，提供操作员监视、操作、数据记录、报警管理、报表生成等功能。

核心系统：

SCADA系统： 监控与数据采集系统是核心软件平台（如西门子WinCC、罗克韦尔FactoryTalk View、GE iFIX、施耐德EcoStruxure、Wonderware InTouch、KingSCADA、力控等）。运行在中央控制室服务器和操作员站上。

HMI： 人机界面软件，是SCADA系统的重要组成部分，运行在操作员站（工控机/触摸屏）上，提供图形化的工艺流程显示、设备状态指示、参数显示、操作按钮、趋势曲线、报警列表等。

主要功能：

动态显示全厂工艺流程图和设备实时状态。

显示所有关键工艺参数的实时值、历史趋势。

提供远程手动操作设备（启停、开关、设定值调整）的界面。

集中管理、显示、记录、确认和归档所有报警信息。

生成生产报表（班报、日报、月报）、运行日志、能耗报表。

存储长时间的历史数据，用于分析和优化。

用户权限管理（操作员、工程师、管理员）。

5. 通讯网络

功能： “神经网络”，连接所有组成部分，实现数据流通。

网络类型：

现场总线： 连接现场仪表、执行机构与PLC I/O模块（如Profibus PA/DP, Modbus RTU, Foundation Fieldbus, CANopen, DeviceNet）。特点是实时性较高，成本相对低。

工业以太网： 连接PLC、HMI、SCADA服务器、工程师站等（通常采用TCP/IP协议，常用工业协议如Profinet, EtherNet/IP, Modbus TCP, Powerlink）。特点是高速、带宽大，是骨干网络的主流。

无线网络： 用于移动设备接入、远程站点通讯或布线困难区域（如工业WiFi, 4G/5G, LoRa, NB-IoT）。需考虑稳定性、安全性和延迟。

关键设备： 工业交换机、路由器、网关、协议转换器、光纤收发器。

6. 上层管理系统

功能： 用于更高级别的数据分析、决策支持、管理优化。

可能包含：

MES ： 制造执行系统，用于生产调度、质量管理、绩效分析、维护管理。

Historian/Database： 专门的历史数据库，用于存储和海量历史数据的高效查询与分析。

数据挖掘与分析平台： 利用大数据和AI技术，分析运行数据，优化工艺参数，预测设备故障，实现智能运行（如曝气优化、加药优化、节能降耗）。

云平台： 某些系统会将数据上传至云端进行存储、分析或远程访问。

ERP接口： 与企业资源计划系统对接，共享成本、库存、维护计划等信息。

7. 控制系统软件与逻辑

功能： 定义系统行为的“思维”。

核心内容：

PLC编程： 使用IEC 61131-3标准语言（梯形图LAD、功能块图FBD、结构化文本ST、顺序功能图SFC、指令表IL）编写控制逻辑。

控制策略：

单回路控制（PID控制：如DO控制鼓风机/VFD/阀门、液位控制泵）。

串级控制（如根据进水流量和DO设定值综合控制曝气）。

前馈控制（如根据进水流量提前调整加药量）。

比值控制（如根据进水流量按比例控制回流污泥量）。

顺序控制（如格栅清污顺序、脱水机启停顺序）。

高级控制（如模型预测控制MPC、模糊控制）。

HMI/SCADA组态： 绘制工艺画面，定义数据点连接、报警设置、趋势配置、报表模板、用户管理等。

8. 辅助设施

不间断电源： 为关键设备（PLC、服务器、网络设备）提供后备电源，防止断电导致数据丢失或设备失控。

安防系统： 工业防火墙、网络隔离设备（如网闸）、安全软件，保护控制系统免受网络攻击。

防雷接地： 保护系统免受雷击过电压损害。

控制柜/接线箱： 安装PLC、继电器、接线端子等设备，提供物理防护和电气连接。