PLC控制系統(tǒng)在廢水處理中的應用范文

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《智能建筑電氣技術雜志》2014年第二期

1廢水處理工藝

廢水處理工藝主要包含：預處理、曝氣生物濾池、深度處理、中水回用、污泥處理及異味處理等，整條廢水處理生產(chǎn)線實現(xiàn)自動運行，通過設置本工房內(nèi)控制室的計算機控制系統(tǒng)對其生產(chǎn)過程中現(xiàn)場的COD值、濁度、溶解氧、液位、流量、壓力及氣動閥門等工藝參數(shù)進行集中顯示和自動控制。

2系統(tǒng)組成及功能

計算機控制系統(tǒng)由工程師站和操作員站、過程控制站、現(xiàn)場儀表閥門等設備三部分組成?？刂葡到y(tǒng)采用了SIMATICS7300控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由高性能的微處理器和分布式的多個系統(tǒng)組件組成，這些系統(tǒng)組件分布在具有開放式結構的通訊網(wǎng)絡上，包括：工程師站、操作員站和過程控制站等。計算機控制系統(tǒng)如圖1所示。工程師站和操作員站的主要功能是對廢水處理生產(chǎn)線中的重要工藝參數(shù)進行顯示、記錄、報警及控制系統(tǒng)軟件組態(tài)及系統(tǒng)維護等。過程控制站主要實現(xiàn)工藝參數(shù)的采集和聯(lián)鎖控制等功能。SIMATICS7300控制系統(tǒng)技術成熟、應用廣泛，在市場上具有較高的占有率，性價比高；系統(tǒng)通訊可靠，即使單臺硬件設備出現(xiàn)故障（包括通訊系統(tǒng)硬件故障）也不會影響其他系統(tǒng)組件之間的通訊；模塊化結構設計、即插即用、自動識別系統(tǒng)硬件、所有插件均可帶電插拔，使得系統(tǒng)操作維護簡單，可實現(xiàn)真正的在線擴展；控制系統(tǒng)中的任何組件通電或掉電都不會影響其他組件的運行；系統(tǒng)允許在線修改軟件，即除被修改的組件外，不會影響其他系統(tǒng)組件，數(shù)據(jù)點的修改僅僅影響被修改的回路，回路的輸出將保持在修改前最后時刻的數(shù)值；開放式的網(wǎng)絡結構和OPC通訊技術，提供控制網(wǎng)與管理網(wǎng)無縫銜接方案，方便實現(xiàn)與企業(yè)管理網(wǎng)的連接；控制系統(tǒng)配備有多種先進控制軟件包，易于實現(xiàn)高級控制策略，達到最佳控制；控制系統(tǒng)現(xiàn)場檢測儀表和設備包括用于檢測COD值、濁度、溶解氧、壓力、流量、液位等工藝參數(shù)的COD在線檢測儀、濁度變送器、溶解氧變送器、壓力變送器、電磁流量變送器、電極式液位變送器以及用于控制BAF池、纖維素過濾器和活性炭吸附柱反洗的氣動閥門和現(xiàn)場電磁閥箱。控制系統(tǒng)現(xiàn)場控制用電設備包括一級提升泵、溶氣泵、二級提升泵、三級提升泵、BAF反洗水泵、四級提升泵、污泥泵、綜合水泵、潛污泵、離心風機、混流風機、PAC加藥泵、PAM加藥泵、Fecl3加藥泵、次氯酸鈉加藥、一級曝氣風機、二級曝氣風機及反洗風機泵等，均采用統(tǒng)一供配電方式?，F(xiàn)場設置電機啟停按鈕盒，電機設備就地啟?？刂啤，F(xiàn)場電機設備的運行狀態(tài)、故障報警信號送至控制室，通過計算機控制系統(tǒng)對現(xiàn)場設備進行監(jiān)視并根據(jù)現(xiàn)場相應的水池液位高、低限報警信號聯(lián)鎖控制電機設備。圖2TEP7編程軟件界面

3系統(tǒng)硬件構成

天津煙廠廢水處理生產(chǎn)線自控系統(tǒng)配置如下：1）系統(tǒng)硬件：采用S7－300系列plc2）CPU：6ES73172EK140AB03）電源模塊：6ES73071EA000A04）I／O量模塊模擬量輸入模塊：6ES73311KF020AB0開關量輸入模塊：6ES73211BL000AA0模擬量輸出模塊：6ES73340CE010AB0開關量輸出模塊：6ES73221BL000AA05）現(xiàn)場工作站IBM服務器（IBMX3200M2／XeonE311030GHz／10G／250G鍵盤、鼠標）22″飛利浦純平彩色顯示器。聯(lián)想服務器（S5400（雙核27）／10G／320G／鍵盤、鼠標）22″飛利浦純平彩色顯示器。6）現(xiàn)場儀表本著安全可靠、技術先進和價格合理的原則，結合儀表的使用場所進行選型，根據(jù)測量介質(zhì)腐蝕性的要求，選用具有防腐性能的現(xiàn)場測量儀表。（1）電磁流量計：法蘭連接，管道安裝，智能型，具有PROFIBUS通訊接口，帶接地環(huán)等安裝附件。測量精度±03％，帶現(xiàn)場字母／數(shù)字顯示表頭，可顯示瞬時流量、累積流量和儀表故障。儀表防護等級IP65／IP68。（2）重要儲池液位的控制采用超聲波液位計，精度為±025％、3mm分辨率或±003％、1mm分辨率。對于集水池、清水池、箱罐等相對次要的液位，兩點式控制采用液位浮球開關，多點式控制采用法蘭式壓力液位變送器，要求測量精度為±05％，并可上傳到上位機連續(xù)顯示。（3）pH在線監(jiān)測儀：一體化pH變送器，傳感器頭帶有防碰撞的設施，提供pH值和測點水溫的4～20mADC信號，并可對pH值進行自動溫度補償。測量范圍－2～14，精度01％，誤差不累積，可用標準液自動進行零點校準。

4軟件設置

4.1STEP7編程軟件使用STEP7軟件對S7300系列PLC進行編程，STEP7包含了自動化項目中從啟動、實施到測試及維護的每一階段所需的全部功能。STEP7是用于SIMATICPLC配置和編程的基本軟件包。它包括功能強大、適用于各種自動化項目的工具。編程軟件界面如圖2所示。主要包括以下組件：1）SIMATICManager：用于集中管理所有工具以及自動化項目數(shù)據(jù)。2）程序編輯器：用于編輯LAD（梯形圖）、FBD（功能塊圖）和ST（結構文本）語言生成用戶程序。3）符號編輯器：用于編輯符號表和配置通信及消息。4）硬件配置：用于配置和參數(shù)化硬件。5）硬件診斷：用于診斷自動化系統(tǒng)的狀態(tài)。

4.2WinCC組態(tài)軟件天津煙廠廢水處理生產(chǎn)線自控系統(tǒng)采用西門子公司研制的WinCCV60組態(tài)軟件，該軟件是一種通用的工業(yè)監(jiān)控軟件，集過程控制設計、現(xiàn)場操作以及工廠資源管理于一體，將一個企業(yè)內(nèi)部的各種生產(chǎn)系統(tǒng)和應用以及信息匯集在一起，實現(xiàn)最優(yōu)化管理。它基于MicrosoftWindowsXP／NT／2000操作系統(tǒng)，用戶在企業(yè)網(wǎng)絡所有層次的各個位置上都可以及時獲得系統(tǒng)的實時信息。采用WinCCV60組態(tài)軟件開發(fā)工業(yè)監(jiān)控工程，可以極大地增強用戶生產(chǎn)線的能力、提高工廠的生產(chǎn)力和效率、提高產(chǎn)品的質(zhì)量、減少成本及原材料的消耗。它適用于從單一設備的生產(chǎn)運營管理和故障診斷，到網(wǎng)絡結構分布式大型集中監(jiān)控管理系統(tǒng)的開發(fā)。WinCCV60組態(tài)軟件結構由工程管理器、工程瀏覽器及運行系統(tǒng)三部分構成。1）工程管理器：工程管理器用于新工程的創(chuàng)建和已有工程的管理，對已有工程進行搜索、添加、備份、恢復以及實現(xiàn)數(shù)據(jù)詞典的導入和導出等功能。2）工程瀏覽器：工程瀏覽器是一個工程開發(fā)設計工具，用于創(chuàng)建監(jiān)控畫面、監(jiān)控的設備及相關變量、動畫鏈接、命令語言以及設定運行系統(tǒng)配置等的系統(tǒng)組態(tài)工具。3）運行系統(tǒng)：工程運行界面，從采集設備中獲得通訊數(shù)據(jù)，并依據(jù)工程瀏覽器的動畫設計顯示動態(tài)畫面，實現(xiàn)人與控制設備的交互操作。WinCCV60組態(tài)軟件是一套32位工控組態(tài)軟件，可穩(wěn)定運行于WindowsXP／NT／2000操作系統(tǒng)，用于快速構造和生成上位機的監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)軟件。集動畫顯示、流程控制、數(shù)據(jù)采集、設備控制與輸出、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸、雙機熱備、報警處理、工程報表、數(shù)據(jù)與曲線等諸多強大功能于一身，并支持眾多數(shù)據(jù)采集與輸出設備，廣泛應用于多種工程領域。為用戶建立全新的過程測控系統(tǒng)提供了一整套解決方案。

5系統(tǒng)設計

5.1動力配電動力配電箱內(nèi)所有饋電回路均在箱門安裝表示低壓斷路器分合閘的信號燈。動力配電箱引出線端子應按照供電設備分組設置。對電機設備的控制分為就地控制和遠傳控制兩種模式，就地控制模式：通過設置在現(xiàn)場按鈕盒的控制按鈕對電機設備進行啟、停控制，并將電機設備的運行狀態(tài)、故障報警信號送至控制系統(tǒng)，在其控制畫面上進行顯示及報警；遠傳控制模式：當系統(tǒng)組態(tài)畫面上電機設備的狀態(tài)顯示為遠傳，通過對畫面中的啟動、停止按鈕的操作，實現(xiàn)對電機設備的啟?？刂疲﹄姍C設備的狀態(tài)進行顯示及報警。設備的PLC控制界面如圖3所示。

5.2自動控制本系統(tǒng)軟件為加電自啟動方式，任意加電開機狀態(tài)下系統(tǒng)自動直接調(diào)用“天津煙廠廢水處理生產(chǎn)線計算機控制系統(tǒng)”并進入廢水處理生產(chǎn)線自控系統(tǒng)流程圖操作窗口進行實時數(shù)據(jù)監(jiān)測。程序運行時可分別通過菜單、功能鍵或鼠標左鍵點擊系統(tǒng)桌面上相應操作按鈕來執(zhí)行相應操作，可大大提高軟件操作工程師正常運行操作時的方便性。本系統(tǒng)軟件包含多個操作窗口，如廢水處理流程操作窗口、參數(shù)設置一覽表操作窗口、設備狀態(tài)一覽表操作窗口、報警記錄操作窗口、參數(shù)歸檔操作窗口等；以及儀表數(shù)值顯示、設備控制操作等多個窗口；操作系統(tǒng)運行過程中操作工程師可通過窗口底部的操作按鈕來執(zhí)行相應的操作以及打開相應操作窗口界面。工藝流程窗口如圖4所示。系統(tǒng)軟件主要包括以下功能：1）系統(tǒng)參數(shù)實時曲線：實時監(jiān)測顯示系統(tǒng)各回路共計8路模擬參量的實時曲線，實時顯示。參數(shù)歷史曲線窗口：允許用戶查詢并打印系統(tǒng)各回路共計8路模擬量參數(shù)歷史存盤數(shù)據(jù)，并具有放大、縮小功能。2）報警畫面窗口：顯示和存儲控制系統(tǒng)運行中的實時報警和歷史事件及報警的數(shù)據(jù)，并設置應答按鈕以便用戶對實時報警數(shù)據(jù)確認，包括：報警時間、用戶應答時間、報警解除時間、參數(shù)報警值、應答報警值、解除報警值、報警回路、報警變量名。具有打印功能。3）參數(shù)設定一覽表畫面窗口：顯示和調(diào)整控制系統(tǒng)運行中需要設定的操作數(shù)據(jù)，以滿足工藝生產(chǎn)的需要，例如：BAF池反洗時間設定，一級提升泵定時切換的時間設定等。4）設備狀態(tài)一覽表畫面窗口：主要用于對控制系統(tǒng)運行中各個設備的運行狀態(tài)和重要的工藝數(shù)據(jù)的監(jiān)視，用以判斷系統(tǒng)是否運行良好，設備狀態(tài)是否正常。5）PID控制的設置：綜合水泵定壓控制。6）綜合水泵出口總管壓力聯(lián)鎖控制變頻器：對控制回路PID進行相應參數(shù)設置，可實時設定比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)以調(diào)節(jié)該系統(tǒng)壓力回路的自動運行狀態(tài)，并實時反饋各參數(shù)的狀態(tài)值。

6結束語

本廢水處理生產(chǎn)線采用計算機監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)全廠的集中管理、分散控制的一體化管控，完成整條生產(chǎn)線的過程控制、工藝流程顯示、設備運行狀態(tài)的檢測及故障報警，構成國內(nèi)較先進的人機界面一體化控制系統(tǒng)，達到節(jié)省生產(chǎn)成本，降低生產(chǎn)損耗，減少儀表維護的工作量，盡可能避免跑、冒、滴、漏等現(xiàn)象的發(fā)生，加強對工藝參數(shù)檢測和對生產(chǎn)控制的準確性，提高生產(chǎn)自動控制水平的目的，滿足廢水處理排放標準，實現(xiàn)中水回用，做到水資源的綜合治理。

作者：閔鵬單位：中國五洲工程設計集團有限公司