水处理自动控制系统集成

1、大涌水厂计算机控制管理系统北泵房子站监控软件编制一概况涌水厂是深圳市经济特区西部最大的净水厂，始建于85年，于87年10月投产，其供水量为12万吨日。91年11月，作为“东深三期供水配套工程”的一个子项，大涌水厂扩建工程动工，并于94年7月竣工投产，供水规模增至35万吨日。新厂扩建同期，确定了“大涌水厂计算机控制管理系统”项目由深圳市自来水(集团)有限公司负责设计、施工，并于95年10月通过了建设部的鉴定。1997年9月实现全厂车间无人值守的集中监控方式，同年该项目获深圳市“科技进步奖”二等奖。北泵房是大涌水厂扩建工程(新厂)的送水车间，为“大涌水厂计算机控制管理系统”中的一个子站，最大供水量

2、达23万吨日。主要设备有：5台单级双吸离心式28SA10A型送水泵，其中：1#一4#送水泵为调速泵，配用YR63081180型电机，另外还配KJF03600410AF型晶闸管串级调速装置和ZCF22型测速电机，5#送水泵为定速泵，配用Y6308/l180型电机。每台送水泵配一台出水电动阀、一个吊水电磁阀；五台送水泵合用两台YTll2M4型冷却风机；2台立式潜水泵(排水用)；2台真空泵(送水泵真空吊水用)。此外，设备还有28面高压开关柜、9面低压配电柜、2台315kVA变压器、1套GZKC220十20220型直流屏装置，3台电磁流量计、1台PH计、1台余氯分析仪、6台压力式水位计、2台压力计等。

3、二 原工艺特征离心式送水泵在清水池水位有效水深2.3米以上时，为自灌式；23米以下需进行真空吊水。水泵开停台数，根据配水管网对服务压力和流量的要求，由厂调度确定并电话通知本车间；排水泵根据集水坑水位、真空泵根据真空吊水要求由本车间操作人员自行确定开停泵。所有开停泵操作均为机侧手动单机操作。在电气回路中，仅有风机和水泵设有联锁。高、低压开关柜倒闸均为人工操作，电量和仪表读数需值班人员定时抄表记录。三 现本站实现监控功能本站具有独立计控系统配置，运行本站监控软件。通过设备就地操作箱转换开关可选择设备工作方式(计控或手动)；通过键盘可控制设备动作、修改控制参数、选择不同计控方式(自动、联控或单步);

4、通过显示器可监视设备实时工况、运行参数和故障报警。如其他子站一样，通过通信网络厂站可以对本站进行监测和控制，在厂站显示器上可显示本站全部监控画面和重要报警信息。本站定时(每30分钟)向厂站报送一批历史数据，提供给MIS系统使用。1、控制功能在计控工作方式下，设备控制又分自动、联控和单步三种方式，它们是向下兼容。目前，送水泵因条件未成熟，尚缺自动方式，只有联动和单步二种控制方式，其他泵均具有三种控制方式。具有自动控制方式的泵，在转换开关处于计控位置时，便立即进入自动控制状态。如排水泵根据集水坑水位、真空泵根据真空吊水要求自动进行开停控制。送水泵开停控制则需从键盘进行激活。另外，对两路高压进线可通

5、过键盘进行倒闸控制操作。2、监测功能不论设备处于哪种工作方式下，即使在手动方式下，系统具有对设备的状态和参数实时监测功能。监测信号的设置是根据设备控制流程需要、保护设备安全需要、生产管理需要和提供设备故障查询而选定的。在本站中，监测信号包含有：(1)开关量信号设备状态如：泵开停状态，开关柜台分闸；控制条件如：二次回路电源，计控手动位置；到位情况如：阀全关到位，泵顶满水；故障报警如：高压过线短地，变压器瓦斯报警。(2)模拟量信号设备参数如：泵电流，泵有功;生产参数如：出厂水压力，出厂水流量;控制参数如：真空度，清水池水位；配电参数如：进线电压，进线电流；用电计量如：提升泵房有功，家属楼有功。3、

6、通信功能作为一个节点机，本站通过以太网同厂站实现通信，通信采用422485串行通信方式，波特率为9.6K，站内数据刷新时间为1秒。本站368个IO信号(近800根导线)在完成接线后，经检验全部连接正确。187个开关信号的逻辑正确，与现场设备状态完全相符。98个模拟量信号，用标准信号检测，其精度优于01。电脑显示读数与数字式二次仪表读数比较，误差优于05；与指针式二次仪表读数比较，误差优于1。四监控软件编制1开发环境北泵房监控软件是在SCADA应用开发环境SADE上开发的，SADE提供类似于逻辑控制图的图形语言作为监控应用软件的开发工具。“功能块”是SADE的最小构成模块，提供了包括信号采集、控

7、制逻辑、数值运算、计时、报警、历史记录等功能块。块中含有反映其执行特性的参数定义。根据应用要求，实现块与块之间的“连接”(某块的输出点连接下一块的输入点)，其执行顺序从上游块到下游块，多个执行某些特定应用功能的”功能块”可组合构成独立运行于一个站的基本单位“进程”。为了充分发挥SADE支持“集散型”监控结构模式的特点，全厂所有执行监控功能的进程集成为一个软件包(13 3AUTO)在厂站监控机上定义，同时又分散地将进程分派到有关车间站的计算机上实际执行，以实现功能的分布处理与集中监控。2本站的进程设置北泵房监控软件由四个进程组成，它们是：6SSB12，6SSB34，6ZPl2SS5，6GDYPD

8、。进程6SSB12主要执行对12号送水泵的定速及串级调速运行监控及故障报警；进程6SSB34主要执行对34号送水泵的定速及串级调速运行监控及故障报警。进程6ZP12SS5主要执行对12号真空泵、排水泵、及5号送水泵的监控及故障处理。进程6GDYPD主要执行对两段高压进线倒闸的监控和部分高压配电信号的采集和监测。及超限报警。对低压配电和部分现场数据的采集、监测及累加。21 送水泵监控软件编制每台送水泵设有48个信号，其中：数字输入量28个：泵机组就地电源指示泵出水阀打开应答指示泵出水阀关闭应答指示泵出水阀全开到位指示泵出水阀全关到位指示泵出水阀过力矩指示开机继电器(1KT)吸合指示停机继电器(Z

9、KT)吸合指示控制台转换开关处于计控状态串调柜触发回路电源指示泵电机启动运行指示串调相冷却风机启动运行指示串调装置处于故障状态指示串调柜交流接触器(1JLC)吸合指示串调柜交流接触器(1JLCa)吸合指示串调柜交流接触器(2JLC)吸合指示串调柜交流接触器(3JLC)吸合指示串调柜交流接触器(4JLC)吸合指示泵顶吊水到位指示泵电机运行高温报警电机高压柜高压合闸信号指示电机高压柜电流速断信号指示电机高压相过负荷信号指示电机高压相阀门拒动信号指示电机高压相通风机故障信号指示逆变高压柜高压合闸信号指示逆变高压柜电流速断信号指示逆变高压柜过负荷信号指示数字输出量10个：开关泵项吊水电磁阀开泵出水阀关

10、泵出水阀紧急停泵电机逆变合闸控制逆变分闸控制全速投入控制调速投入控制开送水泵机组停送水泵机组模拟输入量9个： 泵电机高压侧电流逆变高压侧电流泵电机有功功率泵电机无功功率逆变有功功率逆变无功功率串调装置逆变低压侧直流电压串调装置逆变低压侧直流电流串调装置电机调速运行转速模拟输出量1个： 串调装置调速给定送水泵监控软件逻辑框图见图(1)。22 排水泵监控软件编制每台排水泵设有8个信号，其中：数字输入量6个： 泵电机电源指示泵电机运行指示泵计控指示集水坑高水位集水坑中水位集水坑低水位数字输出量1个：开停泵电机模拟输人量1个：泵电机电流排水泵监控软件逻辑框图见图(2)。2.3 真空泵监控软件编制每台真

11、空泵设有7个信号，其中：数字输入量3个： 泵电机电源指示泵电机运行指示泵计控指示数字输出量2个： 开停泵电机开关泵灌水电磁阀模拟输入量2个： 泵电机电流真空罐真空度真空泵监控软件逻辑框图见图(3)。3监控显示画面在SADE环境中，经组态定义的监控显示画面，是人一机交互的界面。它们通过各自画面上的图符、值域等与监控进程中功能快的输入一输出点的连接，向值班人员直观展现了应用软件的监测、控制、通信和故障报警处理功能。本站组态定义了监控显示画面22幅，定义中，注意了图符、色彩的合理使用、动画效果的点缀与主体词汉化等，增加了人机界面的友好性。本站在操作画面上设计了中文主菜单选择画面，通过该中文画面可直接

12、进入各操作画面，操作起来直接、明了。4故障报警及处理北泵房站监控软件在应用开发根据采集的数据及监控过程可能产生的故障安排了42种报警，报警监视点多达106个。报警对象主要分为：1)重大设备的运行故障：如送水泵电机运行电流超限；调速过程故障报警；各高压线段电流、电压超限及出厂水指标超限等。2)一般设备的运行故障：如真空泵、排水泵运行电流超限及各低压线段电流超限等。按故障紧急程度与影响面等因素，将上述对象分成两类。一类为“一般报警”(级别在80以下)，如2)；一类为“紧急报警”(级别在80以上，含80)，如1)。 “一般报警”的手段有：画面上相应图符的闪烁或变色；画面右下方出现报警信息行并伴有鸣响

13、。后者是SADE内部机制产生的英文信息行，不太直观，但由于信息行中8位代号可由我们介入编制，使之具有一定的规律性，值班人员对照“清单”中相应的含义，经过一段时间实践，可以逐步熟悉。实现车间无人值守时，这两种手段同样可在厂站监控机上实现。“紧急报警”除了具有上述两种手段外，再加上向厂站专门的中文报警机发送报警信息，伴有灯光闪烁和较强的鸣响，以获得厂调度员的快速响应。对于监控中发生的报警处理方式大致分为两类：一是应用软件自身能做出处理的，如送水泵电机运行电流超限时的自动停泵电机保护；集水坑水位达高水位时启动两台排水泵等；二是，目前还只能通过报警提示，由人工介入进行键控操作(例如：出水压力超高报警，

14、则由调度根据生产情况决定是否要停送水泵)。 5功能测试完成全部软件设计后，对所有被控设备的控制功能进行了准确性与可靠性测试，最后全部设备的控制功能测试通过。6与MIS分系统的信息交接本站的监控应用软件，在运行期间采集了大量的模拟量和开关量数据，按应用要求的记录频率，加上记录时的日期、时间，数据代号，数据值等，形成一笔笔信息记录，记载在本站的界面文件上(共有三个模拟量界面文件和一个事件报警界面文件)，由MIS分系统中的“信息交接软件”扫描存入其相应的数据库，以支持MIS分系统中各类统计、处理、相关性分析等应用功能，提高全厂的生产管理水平。本站提供的模拟量信息主要有：备送水泵有功功率瞬时值及每半小

15、时累计量；各高、低压线段有功功率瞬时值及每半小时累计量；出水流量瞬时值及每半小时累加量；各高、低压线段电流、电压：各送水泵、电流、清水池水位及出厂水压力等。同时，报警一旦发生，相应的信息记录也记载在事件报警界面文件中，提交给MIS分系统，以支持其相应的应用功能。SBR工艺的自动化控制SBR法是序批式活性污泥法Sequencing Batch Reactor的简称。该工艺在1914年就面世了，但是由于该工艺的操作过程比较繁琐，与其它工艺相比较SBR所需控制的参变量较多，对仪表的精度和可靠性有较高的要求，而当时的自动化控制水平很低，也不可能有精度和可靠性都较高的仪表，限制了SBR工艺的发展和推广。

16、随着科学技术的迅猛发展，特别是自动化水平的提高，对污水处理过程进行全自动化的管理和监控成为可能，所以SBR法近年来得到迅速的推广。在国内，SBR工艺的应用还不多见，其工艺过程和原理并不十分复杂， 但对过程控制的各种参数要求很高，对仪表的稳定性和准确性有一定的要求。天津经济技术开发区污水处理厂采用SBR工艺中的DAT-IAT法，日处理污水十万吨，它是一种连续进水、间歇曝气、间歇排水的工艺，整个污水厂实行集中控制，分散管理的方式。它把管理层和控制层分开，降低误操作对整个工艺的影响，增加了系统运行的可靠性。开发区污水处理厂在控制方面实行三级管理。第一级为互为热备的两台主机，确实保证整个控制过程的连续

17、性和安全性。两台主机的基本任务是对整个工艺过程进行实时监控，显示设备的运行状态，修改部分工艺参数，对报警和各种报表的自动记录和打印，关健数据的历史记录的保存，各种参数的瞬时和历史曲线的显示，第二级为现场控制站，它是由水区、泥区、模拟屏三个PLC构成，分别对水区、泥区的信号进行采集和控制。第三级为就地控制级，是分布全厂的四个马达控制中心。污水流入厂内的第一道工序是粗格栅，对粗格棚的控制有两种方式，一种为时间控制，另一种为液位控制，通过粗格栅前后的超声波液位计计算差值，运行方式的选择在上位机进行。与粗格栅相配合动作的还有螺旋压榨机，把粗格栅清除的污物压挤打包，与粗格栅同步起动，但停止时间滞后于粗格

18、栅半分钟。污水经由格栅进入进水泵房，进水泵房有六台潜水泵，由于开发区污水厂地处工业区，水量的供应极不平衡，变化系数比较大，这就需根据进水泵房超声波液位计反馈的水位信号来起动进水泵的台数，按照先开先停，后开后停，优先起动累计运行时间最短的原则来控制进水泵的起停，并设有液位超高报警和泵的干运转保护。为了避免进水泵的频繁起停，每台泵起停前均有两分钟的延时，以消除瞬间干扰，并且单台每小时起动次数不得高于五次，每台泵都有温度和湿度的保护，信号直接传给PLC。污水经提升后进入细格栅，对于细格棚的控制与粗格栅完全相同，这里不再赘述。污水经由细格栅进入对称的两座钟式沉砂池，每座钟式沉砂池内置一带变频装置的搅拌

19、器，通过调节变频器，改变搅拌的速度，以达到工艺要求的最佳点。钟式沉砂地采用旋流方式清除大的无机颗粒，由安装在沉砂池底部的砂泵打出。上面的污水则由巴式计量槽进入配水井，在计量槽上安装有PH计、温度计、流量计，当测得的PH值低于5.5或高于8.5时，立刻关闭进水阀门，以保护反应池中的活性污泥。在配水井前有六个淹没式配水堰，控制进入各组反应地的水量。我厂共有六组SBR反应地，每组又分为两段，即DAT池和IAT池，如下图所示：在DAT和IAT的地底设置微孔曝气器，DAT池内装有溶解氧仪、污泥浓度计，IAT池有溶解氧仪、污泥回流泵、剩余污泥泵，在DAT和IAT池上的空气支管分别装有空气调节阀。其工艺控制

20、过程如下：DAT和IAT的曝气由空气调节阀控制，而空气调节阀的开起度与溶解氧仪反馈的信号有关，溶解氧的设定根据水质、水的温度等情况在上位机设置。当DAT污泥浓度低于设定值时，回流污泥泵起动，把活性污泥从IAT打到DAT池，当高于设定值时，剩余污泥泵起动，把活性污泥从IAT打到储泥地中。回流污泥泵、剩余污泥泵均在IAT曝气时起动，对它们的控制分为时间控制和仪表控制两种，仪表一但有问题就改成时间控制。滗水过程是由气锁虹吸式滗水器完成的，由安装在滗水器排气管上的电磁阀来控制排水和结束。DAT为连续爆气过程，IAT有三个周期，即曝气、沉淀、滗水各一个小时，由于受到进水的不规律性和出水泵能力的限制，影响

21、反应周期的正常运行，这些问题在PLC编程中得到充分的考虑。正常情况下，六组池子日处理污水十万吨，为了避免六组池子同时滗水，把它们分成三组，间隔为一小时，即1-4、2-5、3-6相互间隔一个周期，对应每一组反应池，都设有一个软开关，控制该组反应地是否投入运行，用以根据水量确定投入的池子数和利于以后对池子的检修方便。以上的设置在上位机完成。同时我们还考虑到对一些特殊情况的处置，假如进水水量过小或断流，虽到了滗水周期，但由于反应池水位低而无法进行滗水，则这组池子的滗水自动延时二十分钟，同时在上位机上作出滗水延时的报警。若延时二十分钟后仍没到滗水水位，滗水周期取消，改为继续沉淀，等待下一个周期的到来。

22、若到了滗水水位，则执行滗水程序，延长的时间计算在下面的曝气时间内，即缩短了下一个周期的曝气时间，使以后的周期能够正常进行。这样就会出现另外一个问题，随着污水的不断流入或许没到下一个滗水周期，但对于这组池子而言已到了滗水水位，则部分污水由溢流管排出。在任一时刻，只允许两个池子滗水。以上的控制由水区PLC完成。通过以上的控制确保生产的连续运营，同时增强了自控对一些特殊情况的应变能力。出水泵的控制与进水泵的相同。在出水之前还有最后一道工序加氯消毒，一般仅在夏季，由于细菌、病菌的增多，需对处理完的污水进一步消毒，加氯是由加氯机自动完成，其本身自成一套系统，只对外传送状态信号，并有漏氯报警和漏氯吸收装置

23、。鼓风机是污水厂的心脏，我厂共有四台丹麦HV-TURBO产的KA22SGL225型鼓风机，单机的能力为18000立方米/小时。每台单机都有一小型PLC，对单机的运行环境、运行状况和准备工作进行监控，并能自动报警停机。此外还有一主控盘，负责四台联机时的控制。主控盘的作用可以分为两部份，一是负责设置鼓风机的起停顺序，另一部份为PI调解器，可以在其上设置所要求的空气管道压力值。每台风机的操作可分为手动和联动，手动时，可手动调整出口导叶的角度；当四台联机时，由主控盘依据先前设定好的次序起动鼓风机，根据需要起动鼓风机的台数。通过在鼓风机主控盘上的PI调节器，对设定压力值和空气主管上的压力计反馈信号进行比

24、较，调节出口导叶片的角度，以确保压力的均衡。当压力不足需再起动鼓风机时，在起动过程中，先将前一台的开起度降低，同时起动后一台，待后一台完全起动后，出口导叶片的开起度自动打到零位，根据需要增加前一台的开起度，假若打到全开还不够，则再增加后一台的开起度，以防止压力波动太大。鼓风机自成一套系统，无须人为干涉，并对外传送鼓风机的状态信号和报警信号。对于泥处理其自动控制相对于水的就简单多了。剩余污泥泵把活性污泥从IAT打到储泥地，储泥地内有大孔振动曝气器，防止活性污泥的厌氧。储泥地有起落式滗水器，当活性污泥达到要求液位，停止曝气开始沉淀，一小时后，起落式滗水器根据污泥界面计的值下潜，滗掉储泥地的上清液，

25、滗水完毕拉起滗水器。由潜水污泥泵打入脱水机房，在脱水机房污泥与高分子絮凝剂混合进人脱水机。机房内共有三台德国ROEDIGER公司产的脱水机，经过旋转预脱水和带式滤布传送，圆辊的挤压，把泥浆压挤成泥饼运出厂区。整个泥区由泥区PLC控制，剩下的都由水区PLC完成。泥区共有模拟量四点，数字量二百多点，水区共有模拟量近八十点，数字量五百多点。水区的为SIMATIC的S7-400，泥区和模拟屏的为S7-30O。模拟屏PLC只是接收水区、泥区的信号，并输出给模拟屏。PLC具有很强的抗干扰能力和很高的稳定性，水区、泥区在上位机或总线出现故障时，仍能完成各自的任务，确保工厂的运行。各现场控制站和中控室的上位机

26、用通讯缆连在一起，构成总线型的拓扑结构，采用SIMATIC的SINECL2组网方式。上位机通过SINECCP5412通讯处理器与总线相连，它是上位机与L2通讯的接口。上位机采用美国Intllution的FIX32数据监控和采集软件，一台为运行版，一台为开发版。Intllution公司是世界知名的工业控制方面的专业软件公司，其设计理念十分贴近工业自控的实际。FIX是以WINDOW NT为操作平台，其以DRAW、VIEW、DATABASE三个部分为核心，用DRAW设计工厂的工艺流程和所需控制的设备仪表等人机界面，它有丰富的图集以共使用；用VIEW完成数据连接，显示工艺流程、仪表数据和设备的实时状态

27、，各种数据的存取以DATABASE为中心。其中对于整个工艺而言部分经常需改动的参数直接可在上位进行修改。围绕上述功能块，对报警进行打印和储存，通过DDE SERVER，使用EXCEL对重要的数据进行记录和生成日报表，并打印所需报表。通过对全过程的监控，实现了整个工厂的全自动化运行，大大提高了生产的稳定性和连续性，减少了由于人为的因素而带来的干扰，大大地减轻了劳动强度。随着计算机和网络的飞速发展，自动控制的技术也正在迅猛发展。在我们所引进的自控仪表中，有部分额外附带具有HART协议的智能化仪表，HARTHighway Addressable Remote Transducer协议最初由美国Ros

28、emount公司开发，HART协议采用FSK技术，它在模拟信号上叠加数字信号，使用OSI的1、2、7三层。如今除了HART之外，还有PROFIBUS、CAN、FF等几种应用范围较广的影响较大的现场总线技术。这些智能仪表都带有微处理芯片，这就使它们有了一定的计算能力，同时还具有通讯能力，它们不再依靠控制室的计算机或PLC的控制，不仅能输出4-20mA的模拟信号，还能输出数字信号，这就能使之直接连入网络，成为一个节点。这种网络就是目前自动控制领域现在和未来的发展趋势现场总线。现场总线控制系统是把各种控制仪表用双绞线连在一起，按照标准化、公开化的通讯协议，形成的一个底层的控制网络。它是继DCS系统后

29、的新一代控制系统，打破了集散系统专用的闭锁的框子，在标准化、公开化的通讯协议下，把不同厂家的不同设备连在一起。极大的提高了系统的分散度，简化了系统的结构，提高了系统的安全性，最大限度的降低故障的影响范围。随着社会的发展，几种应用范围较广影响较大的现场总线技术必将会有一个统一的规范和标准，从而真正形成一个高度开放的互连系统。随着科学技术的发展和社会对环保的重视，必将有更多的新技术广泛地应用到污水处理行业，使污水处理行业有更大的发展。莲花味精集团污水处理厂SBR自控系统 河南莲花味精集团污水处理厂采用厌氧加好氧处理工艺，其中好氧部分采用SBR法处理。SBR是处理高浓度有机废水的理想途径之一，该法克

30、服了常规好氧法处理高浓度有机废水能耗高、稀释水量大、占地面积大等缺陷，可实现高浓度进水、高容积负荷、高去除率，具有污泥性能好、耐冲击负荷、出水水质好、污泥产率小、氧利用率高、运行费用低、减少占地等优点。 该厂采用8个SBR池，处理污水量为7450t/d，尺寸为L×B×H25m×21m×5m。以12h为一个运行周期，其中进水、搅拌1 h，曝气8.5h，沉淀1h，排水1h，待机(闲置)0.5h。8个池子按依次滞后1.5h的时间间隔顺序进行。1 系统硬件结构SBR自动控制系统由监控管理计算机(上位机)、可编程序控制器(PLC)、电气控制柜、现场执行机构及现场监

31、测仪表组成。控制系统如图1。8个SBR反应池严格按照一定的时间顺序依次完成进水曝气沉淀排水(排泥)等一系列过程，对应于不同的工段每个池子分别设有进水阀、进气阀、搅拌泵、滗水器、排泥泵以完成不同的功能。对于这样一个顺序性、周期性很强的逻辑操作系统，使用PLC是最明智的选择。PLC以继电器逻辑控制为基础，逐步发展成为既有逻辑控制又有计时、计数、分支程序、数值计算等功能。其工作稳定、可靠、抗干扰能力强、控制灵活、编程容易、体积小、质量轻、功耗低、安装简单、运行方便、性能价格比高，且可与现场信息输出直接联结，广泛应用于污水处理系统。根据PLC以上特点，考虑到工艺控制要求及SBR控制系统中开关量输入/输

32、出多、模拟量较少和整个系统的运行速度，选定OMRON，C 200 HS可编程序控制器，这种控制器指令丰富，处理速度快，柔性好，功能多，且可提供多种多样的智能I/O单元，能适合本系统的应用。PLC系统的硬件配置见表1。表1 PLC基本配置名称规格及型号数量CPU单元C200HS-CPU21-E1块底板C200H-BC101-V23块电源C200H-PS2212块连接电缆C200H-CN3112块16路继电器输出单元C200H-OC2258块16路输入单元C200H-ID21216块8路模拟量输入单元C200H-AD0023块编程接口SSS1块存储器单元C200HS-ME16K1块手持式编程器C2

33、00H-PR027-E1块编程器电缆C200H-CN2221块本系统PLC控制柜与上位机在同一控制室内，通讯距离10 m，对于这种通讯距离较近的情况，双方可直接采用RS-232C标准进行通讯，理论上当波特率为9 600时，通讯距离在15.23 m之内，其误码畸变率按4%考虑。实际应用中的通讯距离达120 m,使用RS-232C标准通讯非常可靠。PLC在某种意义上讲只是一种控制器，换句话说在SBR时序控制系统中它是一种功能更强的集成化高速继电器控制装置，故其虽有灵活的一面，也有死板的一面，特别是在人机操作界面方面显得无能为力。随着4C技术(computer、control、communicati

34、on、CRT)及监控软件的发展，使用上位机监控管理系统已成为大中型控制系统的流行趋势，以PC机作为上位机应用于控制系统中能提供一种良好的人机界面，减轻操作人员的负担，提高管理水平。PLC全部I/O模块的馈线都来自电气控制柜，每个SBR池对应一个电气控制柜，每个电气控制柜包括相应池内6台设备的一次回路和二次回路的全部器件，直接采集现场电气设备的信号。手动/自动的切换通过电气柜盘面的主令开关来完成。在电气控制柜中，对PLC的输入均为AC220 V中间继电器的无源触点，PLC向电气柜输出DC24 V电压控制信号，实现对各电气设备的控制，保证各输入、输出的相对独立，使控制系统长期安全运行，而开关量的信

35、号电源由PLC柜内DC24 V稳压电源提供。反映工艺设备的开关量信号主要分为以下三类：第一类是运行信号，由主回路中接触器的分、合状态决定，并由相应的中间继电器的常开触点给出；第二类是自动/手动状态信号，由手动/自动转换开关决定，并由相应中间继电器的常开触点给出；第三类是正常/故障信号，为综合故障信号，包括过载、过流、超限及水泵超温等。对电动阀门和滗水器又增加了开(上升)到位、关(下降)到位，对滗水器增加一个步进排水信号，这些信号均由设备的故障触点串联后由一个中间继电器的常闭触点给出，使中心控制室的操作人员对现场设备的运行情况一目了然。SBR工艺的关键是时序控制，仪表主要用于系统的监测。在SBR

36、好氧段的重要工艺段设置了流量仪表、液位仪表和溶解氧测量仪。鼓风机管道出口空气流量的测量采用插入式涡街流量计。2 系统的软件设计SBR自控系统的软件设计是整个系统正常运行的核心，一套理想的软件不只限于满足工艺要求，而且要考虑到现场出现的各种特殊情况，因此必须可靠、实用、易修改。2.1 软件编制软件编制的主要依据为工艺提供的控制时序，对于进水时间、曝气时间、沉淀时间、排水时间均可由上位机任意设定，但四个工艺段的时间之和必需介于711.6 h，否则所设定的工艺时间无效，PLC仍按原设定执行。8个SBR池的各段工艺过程及其执行时间均严格按时序进行，每个池子的任何设备在任何时刻均可通过电气柜上的手动/自

37、动转换开关改变其状态，但均不能改变PLC所设定的工作时序，且一旦切入自动状态后便进入PLC所设定的时序。滗水器的工作周期完全由PLC按时间控制，在第一次下降一个大行程(时间为23 s)，以后每次下降4 s，停留排水时间15 min，直至下降到位。如果在一个周期(12 h)结束时仍没有下降到位或无下降到位信号，且滗水器处于自动状态，PLC将在周期结束前驱动滗水器上升复位。控制柜上的8个切换开关仅限用于全部复位重新启动时决定由哪个池子开始投入自动循环，平时不可轻易扳动，一旦扳动某一开关，其对应池子的工艺过程将全部停止，只有等到下一次进水周期方可重新进入PLC自动控制的行列。现场电气设备的工作状态均

38、送上位机显示。2.2 软件的特点 本控制系统严格按照时序，按顺序工作。 允许以任意一个池子作为重新启动的开始，所有参加复位的池子(在复位时其电气柜相应的手动/自动开关处于自动位置)在复位时各设备将自动恢复到复位状态(进水阀、进气阀关闭，搅拌泵停止，滗水器上升)。 允许在工作过程中任意进行手、自动切换且不影响工作时序。 具有动作超时、过载报警等功能，具有断电时自动保护断点，在重新上电时由断点继续执行程序的功能。2.3 软件的设计思想编制软件时，要从用户的实际情况出发，尽量作到功能全面，画面简洁易读，操作方便，使操作员易于掌握。上位机的软件编制采用MS-DOS环境下的GOOD-HELPER通用组态

39、式工业控制软件包，该软件包提供了从组态到显示、操作控制的整套功能，支持通用键盘，采用后台通讯的方式保证了数据的实时性，前台运行图形及报表程序、全汉化的工作界面、“所见即得”的控制组。整个监控软件包括以下的组态过程：系统设计系统参数组态通讯组态图形菜单组态图形编辑图形动态文本编辑报表显示故障报警组态同类数据存在盘组态历史报表组态标度变换组态定时打印组态报表统计等。整个系统主菜单包括流程图A，汇总表B，超势图C和设定参数D，查询菜单下可进行故障记录、历史趋势等的在线查询，报表菜单可定时打印各班的报表，文件管理菜单中可进行文件的列表、拷贝、打印、删除等工作，变量表中列出了所有四种(公式变量、模拟变量

40、、开关量、字符串变量)类型变量的当前值，可在系统调试时起帮助作用。3 SBR系统的抗干扰措施3.1 电源系统为阻止空间电磁干扰，在设计系统时将PLC安装于铁质的仪表柜中，起到一定的屏蔽作用。?本系统独立供电，直接从低压配电母线供电，在电源进入SBR控制系统之前加2 000 W的稳压电源，具有双向抗干扰功能，能滤除电网各种脉冲和浪涌电压，稳压范围达120300 V。并将UPS(2 000 W)与上位机联接，一旦供电系统中断，UPS电源的电池组经逆变输出交流电，使上位机有一定时间进行数据处理，以便得电后正常工作，提高了整个系统的可靠性。3.2 设置阻容吸收回路在SBR控制系统中，由于现场电气设备较

41、多，而且PLC的I/O信号均由继电器的无源触点给出，大量的继电器被用于控制系统中，加上现场条件较差，灵敏度较高(吸合电压较低)的继电器本身受到线路布线的影响而产生误动作。为此，考虑在继电器线圈两端并联RC吸收回路(如图2)，其中电阻值可在1001 000 之间，电容在0.031 F之间选用，但须注意电阻的阻值和电容耐压要有余量。实践证明这是一种简单有效的方法。3.3 过程通道的抗干扰过程通道指前向接口和后向接口与PLC之间进行信息传输的路径。在过程通道中长线传输的干扰是主要因素，当系统的主频为4 MHz，传输线长度0.3m时，即成为长线传输。为保证长线传输的可靠性，采取的措施有光电耦合隔离、电

42、流传输和双绞线传输等。4 结论莲花味精集团污水处理工程自动控制系统已完成从设计到施工、安装、调试直至最后投入正式运行的全部工作。该系统不仅按污水处理工艺要求达到了自动控制的目的，而且保证污水达标排放。总结起来具有以下特点： 系统设计合理，PLC、上位机、电气柜、仪表的选型注意从先进性、稳定性、可靠性出发，同时兼顾经济性，使整套控制系统在保证长期安全运行的基础上，价格达到最低。 本系统以PLC为核心，完成对SBR反应池的自动控制，在软件编制方面严格按工艺时序要求，全面考虑了现场在出现特殊情况下程序连续运行，与以往污水厂自控系统以监测为主的情况有本质的区别。 监测管理计算机实时监测整个系统，工艺流

43、程图生动形象，操作人员一目了然地了解现场工艺、电气设备的运行状况，并根据工艺情况随时在线修改参数。 系统具有很强的抗干扰性，无论从计算机电源系统还是硬件的选择到电缆的敷设接地等都充分考虑此问题，因此稳定性好、可靠性高，大大减轻了工人的劳动强度，每班操作人数从5人降低到2人。污水处理改扩建工程-自动化监控系统一、系统概述    本工程自控系统的控制级别设置为三层：    第一层 现场手动控制     在各电气站点设置现场手动控制箱，可单独启停各测试设备及各执行机构。    第二层 PLC逻辑联动控制  &#

44、160; 由PLC根据现场各测试设备采集的数据及系统设备运行逻辑关系，自动控制各站点内的电气设备运行状态。    第三层 中央控制    计算机监测、修改PLC控制参数、上位机点动控制，实现实时监控。    手动控制及自动控制可以分别通过机房或中央控制室的“手自动转换开关”进行切换。这样的控制方式能最大限度地保证污水处理装置安全操作的需要。    中央控制计算机能对整个系统的污水处理过程进行实时监测与控制，随时跟踪接收PLC的数据信号，能对各种类型模拟量进行巡回检测，对各种类型故障进行报警或不达标报警。 

45、   并具备实时数据和历史数据的分析及处理能力，对主要工艺流程进行动态模拟、趋势分析、制表打印、绘制曲线；对主要数据永久性保存。且在CRT上显示整个工艺流程或局部环节的直观动态彩色画面，并通过嵌入式大屏幕，动态显示工艺流程各主要部件的运行状态。    借助电话线路及MODEM卡可实现远程监测，监视整个系统的运行状态，便于快速解决问题排除故障。二、硬件系统配置    现场总线技术    本系统采用最先进的现场总线技术（PROFIBUS），它可将现场所有的分布式自动化设备，包括自动化智能仪表、传感器、执行机构和变送器，通过公共总

46、线直接构成网络。其最大优点是：    1、尽管现场的仪表、传感器、执行机构总数多至数百点，也只需要铺设一根通讯电缆就能将所有的测点数据传送到目的地。这就大大地减轻布线工作量，降低线缆成本，便于安装和便于维修保养。    2、在过程控制中具有更高的可靠性和透明性，更快的数据交换速度，即使距离远至数公里，所有信息也能在毫秒级时间内传送到目的地。    3、实现开放式现场总线后，系统内所有自动化设备（PLC机、PC机、人-机接口系统、以及传感器和执行机构）都可以经过统一的总线进行数据交换和通信。    4、连网及扩展性能

47、超群：可通过SIMATIC网络能将企业管理层、污水处理控制层、现场自动化设备层天衣无缝地集成为一个网络系统。今后如需要增加现场测点或控制点，可直接挂接在总线上，也不必更改原来的系统结构及布线框架。    监控内容简介    根据用户提供的控制仪表清单：    · 超声波液位计（PROSONIC FDU81） 8台；    · 在线氨氮仪（PHOX625/100/01） 1台；    · 氨氮仪过滤装置（PHOX750-665） 1台；    &#

48、183; 电磁流量计（IFM4100 DN250） 2 台；    · 在线溶氧仪（CYH101-D） 4 台；    · 在线流量计（LZB-50） 3 台；    · 在线PH/T计（CPM152） 3 台；    · 电磁流量计（IFM4100 DN25） 2 台；    · 电磁流量计（IFM4100 DN32） 2 台；    上述仪表数量可大致确定输入模拟量约为21点，输入与输出开关量分别约为32点，输出模拟量约为

49、21点。    在线实时工艺控制    内容包括：    磷盐加药量控制 根据电磁流量计输入量，由PLC的输出模块，控制调节池的磷营养盐加药量（控制定量投加泵），构成闭环控制。    pH值控制 由PLC根据在线PH计测定的输入量，控制纯碱加药量，构成闭环控制。    甲醇加药量控制 根据电磁流量计输入量，由PLC的输出模块，控制缺氧池的甲醇加药量（控制定量投加泵），构成闭环控制。    纯碱加药量控制 根据电磁流量计输入量，由PLC的输出模块，控制氧化池的纯碱加药量（控制定

50、量投加泵），构成闭环控制。    进水氨氮浓度控制 由PLC根据在线氨氮仪输入量，控制甲醇加药量，构成闭环控制。    好氧池溶解氧控制 由PLC根据在线氧气流量计输入量，控制供氧泵供氧量。    进水温度控制 由PLC根据水温测定探头输入量，控制进水温度。    污泥泵启仃控制 由PLC输出控制污泥泵的启仃开关。    加药泵液位控制 由PLC根据超声波液位计输入量，控制水泵启停时间。    二沉池排泥程序控制    主要设备运行参数监控等 

51、  声光报警    可实时显示最新报警点的报警信息，同时伴有声光报警，按下消警按钮后，可消除报警声音。并按时间顺序排列，自动记录在计算机的报警数据库中。    报警级别可分三级：一般报警；严重报警；致命故障；    一般报警时，仅给出警告，以供参考，设备仍旧按即定程序进行。    严重报警时，系统除报警外，该部分设备自动切换到备用设备，其余设备仍旧按即定程序进行。    致命故障时，系统除报警外，自动将系统切换到手动状态。三、软件系统编制    操作系统软件包（In

52、touch 5.6 组态软件及动态链接库）    1、Intouch 5.6 组态软件    InTouch 的设计支持建立独立式和分布式应用程序。独立式应用程序指的是每个监视的系统只使用一个操作者界面（OI），如污水处理控制，独立式的应用程序通常更容易配置，小到没有网络，只需要简单的维护。而分布式应用程序复杂得多，常常有好几层网络。典型的分布式应用程序有一个中央控制室计算机，集中式数据存储和一群与中央控制室计算机互相作用的客户站，     InTouch 提供许多建立和维护分布式应用程序非常便利的功能。最强有力的

53、一个是网络应用程序开发（ NAD ）。NAD     允许许多客户站共同拥有一个应用程序的备份而不限制对这个应用程序的开发。InTouch NAD     在应用程序变化时也提供向这些客户站的自动通知的功能。    InTouch 5.6包括以下功能：    · 分布式报警系统:    新的分布式系统可同时支持多个报警服务器或“报警供应器”。使操作人员可以同时观察、了解多个远程地点的信息。    · 分布式历史记录:

54、    分布式历史趋势系统使你能动态地给趋势图表的每个笔确定不同的历史文件数据源。    · 动态分辨率转换    可以在一种分辨率下开发应用程序，而无需改动应用程序就能在另一种分辨率下运行它。应用程序还可以不按显示分辨率而按用户定义的分辨率运行。    ·动态引用定址    可以通过改变数据源的引用字段来动态地寻址标记名的多个数据源。    ·网络应用程序开发    新的远程开发功能提供了大型、多节点的安装，包括从一个开发工

55、作站上修改网上的所有节点的能力。    2、动态链接库    PLC与PC机的I/O通讯编程：    数据的更新通过通讯模块传送到各个数据处理输入输出接点上，实现各个数据库的数据共享与数据刷新，当通讯发生故障应具有故障判断和故障恢复功能，要考虑数据库系统的安全保证措施，即提供“冗余（redundancy）”存储方式。    动态链接库可供各种应用程序调用动态链接库中的过程，完成窗口与图形的显示、内存管理等任务。应用程序编程接口（Application     Programm

56、ing Interface）使操作系统能支持并供应用程序对设计窗口、设计控件进行控制。    3、运行及监控软件包（过程指令模块）    运行及监控软件的模块功能：    a) 提供对模拟数据量及开关量读写，允许用户设置报警极限并确认报警；    b) 将模拟输入量与用户自定义值进行比较，调节过程变量接近设定值；    c) 根据各路模拟量值或操作员输入，输出相应的数字式开关量；    d) 提供动态过程仿真，包括根据数字近似值或经验值产生提前或滞后量；  

57、0; e) 从不同的数据源采集数据，并将数据转换成数据库需要的格式；    f) 执行逻辑控制，检测事件，根据需求对数据库进行写操作；    g) 可以根据报警定义检测数据产生报警，读取网络报警启动队列并使用报警汇总。    4、编制应用程序显示界面    利用InTouch 5.6 组态软件及VB 5.0 应用软件编制以下动态显示界面：    a) 污水处理监控系统总图；    b) 污水处理装置动态工艺流程图；    c) 污水处理装置自动控制系统图；

58、    d) 污水处理装置动力配电系统图；    e) 各主要设备运行动态图；    f) 各主要单体工艺运行动态图；    g) 历史纪录显示表图；    h) 报警记录显示表图；    i) 系统自诊断图等。    5、编制数据库：调用数据库对象链接接口（ODBC）    a) 根据用户测点表编制数据字典，定义各类变量及其作用域；    b) 创建表结构和查询方式，运用SQL语言，支持ODBC；    c) 编写和调试表单、报表、菜单、报警界面、趋向组图界面及工具栏；    d) 为维护数据库的安全性，创建类库（包括：应用程序级、表单级、控制级）；    e) 定时处理数据流，并设定不同层次操作员的权限。    6、PLC编程    在PC机上，根据工艺运行流程的逻辑关系，可借助SYSMAC支持软件及CVM1系列梯形