一、前言

　　我國目前已建成投入生產(chǎn)運行的污水處理廠，自動控制監(jiān)測技術(shù)，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(tǒng)通過通信介質(zhì)（如雙絞線、光纖等）連接廠內(nèi)各PLC控制子站，各PLC控制子站控制現(xiàn)場的儀器儀表執(zhí)行機構(gòu)，從而達到監(jiān)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(xiàn)場的儀器儀表；第三種情況是由于建廠時間較早或經(jīng)費投入不足，廠內(nèi)沒有控制系統(tǒng)。無論何種情況，由于采用的設(shè)備和技術(shù)參差不齊，給污水處理廠的生產(chǎn)運行、管理受到不同程度的影響，影響出水水質(zhì)，有待于采用新的自動控制技術(shù)對污水處理廠自動控制系統(tǒng)進行改造、改建、甚至重建，以滿足污水處理廠生產(chǎn)運行的需要；同時國家宏觀經(jīng)濟建設(shè)政策明確提出，要廣泛推廣科學技術(shù)在各行各業(yè)的應用，用計算機信息技術(shù)、通信技術(shù)等高科技技術(shù)，提升改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，朝著生產(chǎn)過程自動化、管理信息化、高質(zhì)量、高效率、節(jié)能的方向發(fā)展。污水處理行業(yè)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(shù)，結(jié)合污水處理行業(yè)各種處理工藝，提升改造傳統(tǒng)污水處理廠的生產(chǎn)、管理等工作；其次，計算機軟件技術(shù)、通信技術(shù)、自動控制技術(shù)、各種傳感器、智能儀器儀表的飛速發(fā)展，也為污水處理行業(yè)生產(chǎn)、管理自動化、信息化提供了強有力的技術(shù)和產(chǎn)品支持。

　　可編程控制器（PLC）以其高可靠性優(yōu)良的性能價格比、使用方法等特點在工業(yè)領(lǐng)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(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護設(shè)備等。隨著PLC及其網(wǎng)絡（PLC網(wǎng)絡）技術(shù)的迅速發(fā)展，其應用已不僅限于現(xiàn)場控制測量級，而且已深入到生產(chǎn)監(jiān)控及生產(chǎn)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(shè)值可儲存在CPU內(nèi)部的EEPROM，保證了數(shù)據(jù)安全性），強勁的通訊能力（支持PPI,MPI,Profibus等多種通訊協(xié)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(shè)計擴展靈活并方便拆卸維修，在水處理控制系統(tǒng)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(tǒng)中的實際應用。

　　二、控制方式

　　本系統(tǒng)是天津石化對污水處理的一個新建項目。中水回用系統(tǒng)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(tǒng)。根據(jù)工藝程控要求及中水處理廠以設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控及儀表檢測為主，模擬量回路調(diào)節(jié)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(shè)置監(jiān)控計算機、下位控制站為可編程控制器（PLC）并以高速數(shù)據(jù)總線連接的集中監(jiān)視、分散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。自控系統(tǒng)的控制別設(shè)置為三層：第一層為現(xiàn)場手動控制，在各電氣站點設(shè)置現(xiàn)場手動控制箱，可單獨啟停各測試設(shè)備及執(zhí)行機構(gòu)。第二層為PLC邏輯聯(lián)動控制，由PLC根據(jù)現(xiàn)場測試設(shè)備采集的數(shù)椐及系統(tǒng)設(shè)備運行邏輯關(guān)系，自動控制各站點內(nèi)的電氣設(shè)備運行狀態(tài)。第三層為中央控制計算機監(jiān)測，修改PLC控制參數(shù)，上位機點動控制，實現(xiàn)實時監(jiān)控。系統(tǒng)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(zhuǎn)換開關(guān)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(tǒng)的污水處理過程進行實時監(jiān)控與控制，隨時跟蹤接收PLC的數(shù)據(jù)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(tài)模擬，趨勢分析，制表打印，繪制曲線；對主要數(shù)據(jù)永久性保存，且在CRT上顯示整個工藝流程或局部環(huán)節(jié)的直觀動態(tài)彩色畫面，動態(tài)顯示工藝流程各主要部件的運行狀態(tài)。

　　三、系統(tǒng)配置：

　　SIMATIC S7-300可編程控制器模塊化設(shè)計結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，易于今后的系統(tǒng)擴展。智能化的診斷功能連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)工作是否正常，并記錄錯誤和特殊系統(tǒng)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(shù)字量輸入模塊31塊、輸出模塊27塊，模擬量輸入模塊10塊。監(jiān)測各閥門的當前狀態(tài)，電機運行情況，控制閥門和電機的動作，檢測微濾總管設(shè)流量,濁度、PH值和各單路產(chǎn)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(tǒng)采用最先進的現(xiàn)場總線技術(shù)（PROFIBUS），它可將現(xiàn)場所有的分布式自動化設(shè)備，包括自動化智能儀表、傳感器、執(zhí)行機構(gòu)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(xiàn)場信號的采集、指令的發(fā)送和控制器的通訊。通過公共總線直接構(gòu)成網(wǎng)絡，其最大優(yōu)點是：

　　1)盡管現(xiàn)場的儀表、傳感器、執(zhí)行機構(gòu)總數(shù)多至數(shù)百點，也只需要鋪設(shè)一根通訊電纜就能將所有的測點數(shù)據(jù)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(yǎng)。

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

　　3）實現(xiàn)開放式現(xiàn)場總線后，系統(tǒng)內(nèi)所有自動化設(shè)備(PLC機、PC機、人-機接口系統(tǒng)以及傳感器和執(zhí)行機構(gòu))都可以繹經(jīng)過統(tǒng)一的總線進行數(shù)據(jù)交換和通信。

        4）、連，多及擴展性能超群,可通過SIMATIC網(wǎng)絡能將企業(yè)管理網(wǎng)，污水處理控制層,現(xiàn)場自動化設(shè)備天衣縫地集成為一個網(wǎng)絡系統(tǒng)，今后如需要增加現(xiàn)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(tǒng)結(jié)構(gòu)及布線框架。

　　供配電系統(tǒng)：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(xiàn)場控制盤（三級供電）.

　　四：監(jiān)控軟件

　　本系統(tǒng)的監(jiān)控軟件是WINCC是基于WINNT/WIN 2000平臺的系統(tǒng)軟件，運用WINCC V5.0組態(tài)，主要是對污水處理廠數(shù)據(jù)進行集中采集觀察和監(jiān)視的任務；監(jiān)控生產(chǎn)作業(yè)過程，包括顯示控制過程畫面和實時數(shù)據(jù)，顯示系統(tǒng)總體框圖；繪制重要參數(shù)的變化趨勢圖；顯示重要設(shè)備的工作狀態(tài)；歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析和存儲；輔助管理日常生產(chǎn)業(yè)務，提供決策參考。

　　圖形系統(tǒng)：用于圖形顯示和操作，在系統(tǒng)中主要控制的系統(tǒng)有微濾系統(tǒng)和反滲透系統(tǒng)，模擬量參數(shù)表、曲線、流量累積。主要控制的功能有泵的操作、電動門監(jiān)視操作、連鎖回路監(jiān)視、電動執(zhí)行器監(jiān)視操作、參數(shù)顯示。

　　報警系統(tǒng)：主要用于過程信號報警與事件信息的采集和顯示。生產(chǎn)過程中的檢測量超標時，系統(tǒng)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(chǎn)過程中的自動狀態(tài)下的控制設(shè)備發(fā)出故障信號或失去控制時，系統(tǒng)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(tǒng)：主要是將控制過程中紀錄的數(shù)據(jù)進行打印輸出，水網(wǎng)報表系統(tǒng)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(tǒng)的可靠性，很好的保證了生產(chǎn)過程的連續(xù)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(jiān)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(tài)功能強大，可完成生產(chǎn)過程可視化的全部要求。美中不足的是在程序設(shè)計時對閥門開度控制的不夠嚴密，運行時曾發(fā)生過程中斷時，操作人員發(fā)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(chǔ)的，沖洗時震動較大，閥門的限位開關(guān)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(guān)。

　　六、結(jié)束語

　　從水廠的運行情況來看，設(shè)備的動作可靠，自動調(diào)節(jié)已經(jīng)全部投入使用，證明了這套控制系統(tǒng)在實際生產(chǎn)中具有較強的可用性和較高的安全性，還值的推廣。
 
 

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