PLC控制系统在废水处理中的应用范文

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《智能建筑电气技术杂志》2014年第二期

1废水处理工艺

废水处理工艺主要包含：预处理、曝气生物滤池、深度处理、中水回用、污泥处理及异味处理等，整条废水处理生产线实现自动运行，通过设置本工房内控制室的计算机控制系统对其生产过程中现场的COD值、浊度、溶解氧、液位、流量、压力及气动阀门等工艺参数进行集中显示和自动控制。

2系统组成及功能

计算机控制系统由工程师站和操作员站、过程控制站、现场仪表阀门等设备三部分组成。控制系统采用了SIMATICS7300控制系统，该系统由高性能的微处理器和分布式的多个系统组件组成，这些系统组件分布在具有开放式结构的通讯网络上，包括：工程师站、操作员站和过程控制站等。计算机控制系统如图1所示。工程师站和操作员站的主要功能是对废水处理生产线中的重要工艺参数进行显示、记录、报警及控制系统软件组态及系统维护等。过程控制站主要实现工艺参数的采集和联锁控制等功能。SIMATICS7300控制系统技术成熟、应用广泛，在市场上具有较高的占有率，性价比高；系统通讯可靠，即使单台硬件设备出现故障（包括通讯系统硬件故障）也不会影响其他系统组件之间的通讯；模块化结构设计、即插即用、自动识别系统硬件、所有插件均可带电插拔，使得系统操作维护简单，可实现真正的在线扩展；控制系统中的任何组件通电或掉电都不会影响其他组件的运行；系统允许在线修改软件，即除被修改的组件外，不会影响其他系统组件，数据点的修改仅仅影响被修改的回路，回路的输出将保持在修改前最后时刻的数值；开放式的网络结构和OPC通讯技术，提供控制网与管理网无缝衔接方案，方便实现与企业管理网的连接；控制系统配备有多种先进控制软件包，易于实现高级控制策略，达到最佳控制；控制系统现场检测仪表和设备包括用于检测COD值、浊度、溶解氧、压力、流量、液位等工艺参数的COD在线检测仪、浊度变送器、溶解氧变送器、压力变送器、电磁流量变送器、电极式液位变送器以及用于控制BAF池、纤维素过滤器和活性炭吸附柱反洗的气动阀门和现场电磁阀箱。控制系统现场控制用电设备包括一级提升泵、溶气泵、二级提升泵、三级提升泵、BAF反洗水泵、四级提升泵、污泥泵、综合水泵、潜污泵、离心风机、混流风机、PAC加药泵、PAM加药泵、Fecl3加药泵、次氯酸钠加药、一级曝气风机、二级曝气风机及反洗风机泵等，均采用统一供配电方式。现场设置电机启停按钮盒，电机设备就地启停控制。现场电机设备的运行状态、故障报警信号送至控制室，通过计算机控制系统对现场设备进行监视并根据现场相应的水池液位高、低限报警信号联锁控制电机设备。图2TEP7编程软件界面

3系统硬件构成

天津烟厂废水处理生产线自控系统配置如下：1）系统硬件：采用S7－300系列plc2）CPU：6ES73172EK140AB03）电源模块：6ES73071EA000A04）I／O量模块模拟量输入模块：6ES73311KF020AB0开关量输入模块：6ES73211BL000AA0模拟量输出模块：6ES73340CE010AB0开关量输出模块：6ES73221BL000AA05）现场工作站IBM服务器（IBMX3200M2／XeonE311030GHz／10G／250G键盘、鼠标）22″飞利浦纯平彩色显示器。联想服务器（S5400（双核27）／10G／320G／键盘、鼠标）22″飞利浦纯平彩色显示器。6）现场仪表本着安全可靠、技术先进和价格合理的原则，结合仪表的使用场所进行选型，根据测量介质腐蚀性的要求，选用具有防腐性能的现场测量仪表。（1）电磁流量计：法兰连接，管道安装，智能型，具有PROFIBUS通讯接口，带接地环等安装附件。测量精度±03％，带现场字母／数字显示表头，可显示瞬时流量、累积流量和仪表故障。仪表防护等级IP65／IP68。（2）重要储池液位的控制采用超声波液位计，精度为±025％、3mm分辨率或±003％、1mm分辨率。对于集水池、清水池、箱罐等相对次要的液位，两点式控制采用液位浮球开关，多点式控制采用法兰式压力液位变送器，要求测量精度为±05％，并可上传到上位机连续显示。（3）pH在线监测仪：一体化pH变送器，传感器头带有防碰撞的设施，提供pH值和测点水温的4～20mADC信号，并可对pH值进行自动温度补偿。测量范围－2～14，精度01％，误差不累积，可用标准液自动进行零点校准。

4软件设置

4.1STEP7编程软件使用STEP7软件对S7300系列PLC进行编程，STEP7包含了自动化项目中从启动、实施到测试及维护的每一阶段所需的全部功能。STEP7是用于SIMATICPLC配置和编程的基本软件包。它包括功能强大、适用于各种自动化项目的工具。编程软件界面如图2所示。主要包括以下组件：1）SIMATICManager：用于集中管理所有工具以及自动化项目数据。2）程序编辑器：用于编辑LAD（梯形图）、FBD（功能块图）和ST（结构文本）语言生成用户程序。3）符号编辑器：用于编辑符号表和配置通信及消息。4）硬件配置：用于配置和参数化硬件。5）硬件诊断：用于诊断自动化系统的状态。

4.2WinCC组态软件天津烟厂废水处理生产线自控系统采用西门子公司研制的WinCCV60组态软件，该软件是一种通用的工业监控软件，集过程控制设计、现场操作以及工厂资源管理于一体，将一个企业内部的各种生产系统和应用以及信息汇集在一起，实现最优化管理。它基于MicrosoftWindowsXP／NT／2000操作系统，用户在企业网络所有层次的各个位置上都可以及时获得系统的实时信息。采用WinCCV60组态软件开发工业监控工程，可以极大地增强用户生产线的能力、提高工厂的生产力和效率、提高产品的质量、减少成本及原材料的消耗。它适用于从单一设备的生产运营管理和故障诊断，到网络结构分布式大型集中监控管理系统的开发。WinCCV60组态软件结构由工程管理器、工程浏览器及运行系统三部分构成。1）工程管理器：工程管理器用于新工程的创建和已有工程的管理，对已有工程进行搜索、添加、备份、恢复以及实现数据词典的导入和导出等功能。2）工程浏览器：工程浏览器是一个工程开发设计工具，用于创建监控画面、监控的设备及相关变量、动画链接、命令语言以及设定运行系统配置等的系统组态工具。3）运行系统：工程运行界面，从采集设备中获得通讯数据，并依据工程浏览器的动画设计显示动态画面，实现人与控制设备的交互操作。WinCCV60组态软件是一套32位工控组态软件，可稳定运行于WindowsXP／NT／2000操作系统，用于快速构造和生成上位机的监控系统组态软件。集动画显示、流程控制、数据采集、设备控制与输出、网络数据传输、双机热备、报警处理、工程报表、数据与曲线等诸多强大功能于一身，并支持众多数据采集与输出设备，广泛应用于多种工程领域。为用户建立全新的过程测控系统提供了一整套解决方案。

5系统设计

5.1动力配电动力配电箱内所有馈电回路均在箱门安装表示低压断路器分合闸的信号灯。动力配电箱引出线端子应按照供电设备分组设置。对电机设备的控制分为就地控制和远传控制两种模式，就地控制模式：通过设置在现场按钮盒的控制按钮对电机设备进行启、停控制，并将电机设备的运行状态、故障报警信号送至控制系统，在其控制画面上进行显示及报警；远传控制模式：当系统组态画面上电机设备的状态显示为远传，通过对画面中的启动、停止按钮的操作，实现对电机设备的启停控制，并对电机设备的状态进行显示及报警。设备的PLC控制界面如图3所示。

5.2自动控制本系统软件为加电自启动方式，任意加电开机状态下系统自动直接调用“天津烟厂废水处理生产线计算机控制系统”并进入废水处理生产线自控系统流程图操作窗口进行实时数据监测。程序运行时可分别通过菜单、功能键或鼠标左键点击系统桌面上相应操作按钮来执行相应操作，可大大提高软件操作工程师正常运行操作时的方便性。本系统软件包含多个操作窗口，如废水处理流程操作窗口、参数设置一览表操作窗口、设备状态一览表操作窗口、报警记录操作窗口、参数归档操作窗口等；以及仪表数值显示、设备控制操作等多个窗口；操作系统运行过程中操作工程师可通过窗口底部的操作按钮来执行相应的操作以及打开相应操作窗口界面。工艺流程窗口如图4所示。系统软件主要包括以下功能：1）系统参数实时曲线：实时监测显示系统各回路共计8路模拟参量的实时曲线，实时显示。参数历史曲线窗口：允许用户查询并打印系统各回路共计8路模拟量参数历史存盘数据，并具有放大、缩小功能。2）报警画面窗口：显示和存储控制系统运行中的实时报警和历史事件及报警的数据，并设置应答按钮以便用户对实时报警数据确认，包括：报警时间、用户应答时间、报警解除时间、参数报警值、应答报警值、解除报警值、报警回路、报警变量名。具有打印功能。3）参数设定一览表画面窗口：显示和调整控制系统运行中需要设定的操作数据，以满足工艺生产的需要，例如：BAF池反洗时间设定，一级提升泵定时切换的时间设定等。4）设备状态一览表画面窗口：主要用于对控制系统运行中各个设备的运行状态和重要的工艺数据的监视，用以判断系统是否运行良好，设备状态是否正常。5）PID控制的设置：综合水泵定压控制。6）综合水泵出口总管压力联锁控制变频器：对控制回路PID进行相应参数设置，可实时设定比例系数、积分系数、微分系数以调节该系统压力回路的自动运行状态，并实时反馈各参数的状态值。

6结束语

本废水处理生产线采用计算机监控系统，能够实现全厂的集中管理、分散控制的一体化管控，完成整条生产线的过程控制、工艺流程显示、设备运行状态的检测及故障报警，构成国内较先进的人机界面一体化控制系统，达到节省生产成本，降低生产损耗，减少仪表维护的工作量，尽可能避免跑、冒、滴、漏等现象的发生，加强对工艺参数检测和对生产控制的准确性，提高生产自动控制水平的目的，满足废水处理排放标准，实现中水回用，做到水资源的综合治理。

作者：闵鹏单位：中国五洲工程设计集团有限公司