安秋瑾

Appliance of PLC 300 in wastewater-disposal engineering

The PLC-300 handles the engineering application in the dirty waters

　　摘要  針對污水處理廠自動化、信息化管理水平偏低，有待采用計算機技術、自動控制技術、信息等新技術改進，實現污水處理廠遠程集中監測、監控系統.闡述了污水處理廠遠程監控系統的結構體系、污水處理廠現場控制對象及設計、監控中心設計、監控中心和各污水處理廠通信設計、開發工具及監控軟件設計等技術及要求。

　　關鍵詞　污水處理廠　遠程監控系統　計算機技術　

　　一、前言

　　我國目前已建成投入生產運行的污水處理廠，自動控制監測技術，大致有幾種情況：一種情況是建立中央控制室，中控室雙機熱備系統通過通信介質（如雙絞線、光纖等）連接廠內各PLC控制子站，各PLC控制子站控制現場的儀器儀表執行機構，從而達到監測控制的目的；第二種情況是在各污水處理廠直接通過各PLC子站控制各現場的儀器儀表；第三種情況是由于建廠時間較早或經費投入不足，廠內沒有控制系統。無論何種情況，由于采用的設備和技術參差不齊，給污水處理廠的生產運行、管理受到不同程度的影響，影響出水水質，有待于采用新的自動控制技術對污水處理廠自動控制系統進行改造、改建、甚至重建，以滿足污水處理廠生產運行的需要；同時國家宏觀經濟建設政策明確提出，要廣泛推廣科學技術在各行各業的應用，用計算機信息技術、通信技術等高科技技術，提升改造傳統產業，朝著生產過程自動化、管理信息化、高質量、高效率、節能的方向發展。污水處理行業亦不例外，需要采用計算機信息、通信、自動控制等高科技技術，結合污水處理行業各種處理工藝，提升改造傳統污水處理廠的生產、管理等工作；其次，計算機軟件技術、通信技術、自動控制技術、各種傳感器、智能儀器儀表的飛速發展，也為污水處理行業生產、管理自動化、信息化提供了強有力的技術和產品支持。

　　可編程控制器（PLC）以其高可靠性優良的性能價格比、使用方法等特點在工業領域得到了廣泛的應用。其使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復雜的自動化控制。包括各種機床、機械、電力設施、民用設施、環境保護設備等。隨著PLC及其網絡（PLC網絡）技術的迅速發展，其應用已不僅限于現場控制測量級，而且已深入到生產監控及生產管理級。西門子公司的S7-200、S7-300系列可編程控制器具有極高的性能價格比，高可靠性（用戶原程序和預設值可儲存在CPU內部的EEPROM，保證了數據安全性），強勁的通訊能力（支持PPI,MPI,Profibus等多種通訊協議），符合VDE,UL,CSA、FM標準和船級社船用電氣認證，其模塊化的設計擴展靈活并方便拆卸維修，在水處理控制系統中具有很高的應用價值，以下介紹了西門子S7-200,S7-300系列可編程控制器在水處理控制系統中的實際應用。

　　二、控制方式

　　本系統是天津石化對污水處理的一個新建項目。中水回用系統總處理能力達400t/d,脫鹽處理384t/d，由微濾、RO反滲透水處理裝置組成。微濾包括6組，每組10個微濾模塊，共計60個模塊。RO反滲透包括加藥、RO膜件、沖冼系統。根據工藝程控要求及中水處理廠以設備運行狀態監控及儀表檢測為主，模擬量回路調節為輔的特點，在控制方案中采用了Siemen SIMATIC s7-300PLC+PROFIBUS+PC即采用上位設置監控計算機、下位控制站為可編程控制器（PLC）并以高速數據總線連接的集中監視、分散控制系統結構。自控系統的控制別設置為三層：第一層為現場手動控制，在各電氣站點設置現場手動控制箱，可單獨啟停各測試設備及執行機構。第二層為PLC邏輯聯動控制，由PLC根據現場測試設備采集的數椐及系統設備運行邏輯關系，自動控制各站點內的電氣設備運行狀態。第三層為中央控制計算機監測，修改PLC控制參數，上位機點動控制，實現實時監控。系統控制圖如下：

　　手動控制及自動控制可以分別通過機房或中央控制室的”手自動轉換開關進行切換，這樣的控制方式能最大限度地保證污水處理裝置安全操作的需要。

　　中央控制計算機能對整個系統的污水處理過程進行實時監控與控制，隨時跟蹤接收PLC的數據信號，能對各種類型模擬量進行巡回檢測，對主要工藝流程進行動態模擬，趨勢分析，制表打印，繪制曲線；對主要數據永久性保存，且在CRT上顯示整個工藝流程或局部環節的直觀動態彩色畫面，動態顯示工藝流程各主要部件的運行狀態。

　　三、系統配置：

　　SIMATIC S7-300可編程控制器模塊化設計結構，使各種獨立的模塊之間可以進行廣泛的組合，易于擴展。中央處理單元選用CPU315-2DP 2塊，它具有大型的程序存儲容量，并有PROFIBUS-DP主/從接口，可以配制成分布的自動化結構，易于今后的系統擴展。智能化的診斷功能連續監控系統工作是否正常，并記錄錯誤和特殊系統事件。

　　接口模塊采用IM153,共8塊，用于多機架配置中主機架和擴展機架之間的連接，可擴展8個機架，各機架之間的最大距離為10米。

　　信號模塊：數字量輸入模塊31塊、輸出模塊27塊，模擬量輸入模塊10塊。監測各閥門的當前狀態，電機運行情況，控制閥門和電機的動作，檢測微濾總管設流量,濁度、PH值和各單路產水濁度；RO反滲進水電導率和濁水,入口污水流量和出口達標凈水流量等。

　　本系統采用最先進的現場總線技術（PROFIBUS），它可將現場所有的分布式自動化設備，包括自動化智能儀表、傳感器、執行機構和變送器。傳輸速率高達12Mbit/S,通過使ET200上的IM153接口模塊與控制器互連，滿足對現場信號的采集、指令的發送和控制器的通訊。通過公共總線直接構成網絡，其最大優點是：

　　1)盡管現場的儀表、傳感器、執行機構總數多至數百點，也只需要鋪設一根通訊電纜就能將所有的測點數據送到目的地。這就大大地減輕布線工作量，降低線纜成本，便于安裝和便于維修保養。

　　2）在過程控制中具有更高的可靠性和透明性，更快的數據交換速度，即使距離遠至數十米，所有信息也能在毫秒級時間內傳送到目的地。

　　3）實現開放式現場總線后，系統內所有自動化設備(PLC機、PC機、人-機接口系統以及傳感器和執行機構)都可以繹經過統一的總線進行數據交換和通信。
4）、連，多及擴展性能超群,可通過SIMATIC網絡能將企業管理網，污水處理控制層,現場自動化設備天衣縫地集成為一個網絡系統，今后如需要增加現場測點或控制點,可直接掛接在總線上，也不必更原來的系統結構及布線框架。

　　供配電系統：總配電柜（一級供電），微濾子站控制柜（二級供電）,RO子站控制柜（二級供電）,儀表盤，現場控制盤（三級供電）.

　　四：監控軟件

　　本系統的監控軟件是WINCC是基于WINNT/WIN 2000平臺的系統軟件，運用WINCC V5.0組態，主要是對污水處理廠數據進行集中采集觀察和監視的任務；監控生產作業過程，包括顯示控制過程畫面和實時數據，顯示系統總體框圖；繪制重要參數的變化趨勢圖；顯示重要設備的工作狀態；歷史數據的統計分析和存儲；輔助管理日常生產業務，提供決策參考。

　　圖形系統：用于圖形顯示和操作，在系統中主要控制的系統有微濾系統和反滲透系統，模擬量參數表、曲線、流量累積。主要控制的功能有泵的操作、電動門監視操作、連鎖回路監視、電動執行器監視操作、參數顯示。

　　報警系統：主要用于過程信號報警與事件信息的采集和顯示。生產過程中的檢測量超標時，系統自動報警顯示，并通過報警打印機打印輸出，形成記錄文件；生產過程中的自動狀態下的控制設備發出故障信號或失去控制時，系統自動報警顯示，并通過報警打印機打印輸出，形成記錄文件；報警數據自動存儲以備事后分析。

　　過程歸檔：主要對報警、測量值和用戶數據進行歸檔管理，測量值歸檔是對采集的過程值進行整理后用于顯示和存檔，用戶可自行定義顯示的數據格式。報警歸檔記錄了報警信號的時間、類別、報警名稱和級別 。

　　報表系統：主要是將控制過程中紀錄的數據進行打印輸出，水網報表系統可打印報警信息報表、測量值歸檔報表二種類型報表。報警信息報表和測量值紀錄報表可隨時打印，測量值歸檔報表每天自動打印一次。

　　五、應用心得

　　 控制站的冗余配置增加了系統的可靠性，很好的保證了生產過程的連續運行。圖形化的編程方便、直觀提高了編程人員的工作效率。通過對 CFC功能圖的在線監測可以很容易判斷出故障點，極大的方便了維護人員對故障點的查找。WINCC組態功能強大，可完成生產過程可視化的全部要求。美中不足的是在程序設計時對閥門開度控制的不夠嚴密，運行時曾發生過程中斷時，操作人員發出復位指令導致閥門復不了位，鑒于此，我們修改了程序。由于程序是以反饋信號為基礎的，沖洗時震動較大，閥門的限位開關反饋信號的準確度在無人操作時自己就很需要，查其原因就是震動導致閥門運行到不了位引起反饋信號丟失所至，所以維護人員要定期維護閥門的限位開關。

　　六、結束語

　　從水廠的運行情況來看，設備的動作可靠，自動調節已經全部投入使用，證明了這套控制系統在實際生產中具有較強的可用性和較高的安全性，還值的推廣。