施耐德UnityPLC技术在某水厂的应用

1、施耐德 Unity PLC 在江南水厂的应用 北京机械工业自动化研究所成立于 1954 年，是一家大型自动化技术研究单位。其下属 的自控中心多年来一直致力于水处理、自动生产线和水力电力领域自控系统的研究开发和应 用。代表项目有：三峡南北两岸的大坝自控项目、重庆长安汽车厂生产线自控项目、北京小 红门水厂污水处理自控项目、兰州水厂供水自控项目、邯郸铁溪水厂供水自控项目、张家口 水厂污水处理自控项目等。广西南宁江南水厂污水处理控制及监控系统为广西重点工程，建设资金来源于世 行。北京机械工业自动化研究所自控中心承担了该项工程。该工程包括：污水处理厂及城区 配套截污干管。水处理能力为24X 104 m3

2、/d，处理工艺采用了A2/0生物法。即城市污水格栅 t污水泵 t沉砂池 tA2/0生物池t沉淀池t排放。处理后的废水达到 污水综合排放标准 (GB8978-1 996) 。剩余污泥经过浓缩、脱水后外运填埋或作堆肥。现在常用的污水处理 工艺包括氧化沟处理、地表渗漏法、A/0生物法、A2/0生物法。而A2/0生物法作为污水处理行业其中一种成熟、有效的处理方法被业界广泛应用。二、工艺描述、系统控制内容该系统的工艺主要包括污水处理和污泥处理两个环节。1 、污水处理环节其作用是将污水经过层层处理后，最终满足排放要求，污水处理工艺流程如图一 所示。1.1 、粗格栅功能：去除污水中较大的漂浮物。 控制方式：

3、时间控制、液位差控制。1.2 、进水泵房功能：提升污水的水位。控制方式：根据吸水井液位进行控制。在主站设定几个液位值，根据测得的液位值 与设定液位值比较，自动增、减泵运行台数，并且自动累计每台泵运行时间，实现泵的自动 轮换运行。1.3 、细格栅功能：去除污水中较小的漂浮物，特别是丝状、带状漂浮物，保证后续处理系统的 正常运行。控制方式：根据时间及格栅前后液位差控制。1.4 、沉砂池功能：去除污水中比重大于 2.65 ,粒径大于0.2mm的无机砂粒，以保证后续流程的 正常运行。控制方式：根据时间进行控制。1.5、生物池A2/0功能：利用微生物降解和去除污水中的污染物质，达到预期的水质净化目的。

4、生物脱氮除磷工艺由厌氧、缺氧和好氧三个生物反应过程组成。控制方式：水下搅拌器连续运行，并对鼓风机及电动空气调节蝶阀进行闭环控制1.6、回流污泥泵功能：将一定数量的活性污泥回流到生化处理系统，以维持生化系统活性污泥的浓 度，保证其生化反应的能力控制方式：根据生物池的污泥浓度，计算出回流污泥比，再换算成污泥回流量，自 动控制回流污泥泵的运行台数。同时自动累计单台泵运行时间，实现自动轮换运行。1.7、沉淀池功能：对生化处理后的混合液进行固液分离，以保证出水水质。控制方式：根据时间及泥位计控制。闿-C7.1Hl / 1P图一、污水处理工艺流程图2、污泥处理部分其作用是将污泥经过处理后，脱离出来，以便可

5、以外运填埋或作堆肥。2.1、剩余污泥泵房功能：将生化系统产生的剩余污泥提升至污泥贮泥池进而至脱水机房。控制方式：根据进水流量及进水 BOD直，计算出总的产泥量，以自动控制剩余污泥泵的 运行台数，自动累计泵单台的运行时间，实现自动轮换运行。设定吸泥井液位的高低限报警， 达到高限报警时自动启动排泥泵或减小沉淀池排泥量。2.2 、污泥浓缩及脱水系统功能：降低污泥含水率，减少污泥体积。控制方式：系统能根据进来的污泥量自动控制设备的运行台数，根据进来的污泥量及污 泥含固率自动控制加药量，对储药罐的液位及药量进行监测。对浓缩机、脱水机、加药系统 和螺旋输送器状态进行远程监控。另外，系统还包括沉砂系统、 1

6、#除臭系统、鼓风机、 2#除臭系统、紫外消毒系统等配套 设备。这些配套设备既可以独立运行，又可以和各PLC控制站进行数据通讯。值得注意的是，由于各成套设备的生产厂家各不相同，所以通讯协议也不尽相同。上述工艺要求给控制系统提出苛刻的控制要求：（1）控制系统要采用分散控制根据系统分散控制的原则， 须设置4个PLC现场控制站对总变电所控制站和鼓风机房控 制站、脱水机房控制站、出水井分变电室控制站、污泥泵房变电室控制站进行控制。由于设 备繁多、功能复杂以及程序大，所选 PLC控制系统需具备强大的处理能力。（2）控制系统要支持多种不同网络通讯江南水厂污水处理自控系统是一个集中监视管理、分散控制的PLC控

7、制系统。控制中心、控制站通过有线网络连接。各有分工，既能独立工作，又能在统一指挥下协调工作。控制站 和其它配套设备也需通过网络进行通讯。为了实现这些目的所选PLC控制系统必须支持多种网络协议。二、系统设计 根据国内外城市水系统的运行管理情况以及我们在该行业中的实践经验，依照国际自动 控制领域的发展趋势，本着安全可靠 ,简单实用 ,先进（十年不落后 ）的原则，我们采用了施耐 德的高端PLC控制产品，充分发挥其技术优势，以施耐德UNITY控制平台和开放的现场总线网络体系为核心，采用的控制器、第三方控制设备、智能变送器、网络架构及工控软件产品 为用户提供了一个由计算机、PLG现场总线、现场在线仪表组

8、成的多级的、开放的、模块化的、实时多任务的、集散型的、可扩展的数据采集和监控系统。该系统采用集成工业现场总线、控制总线和高速以太网组成的混合三层体系结构，如图 二所示。中控室2fl?计阿com新內帛皐厂冃叨挣衲联r*州ttncWMUi酗匕拆崎H Atrwwaafavdvnji督銘电*.1!3 SiSmu vft%l 熹啪孕 FffiifUCKB nrr 中白i 曽直电it论it确 xisa Fifl* Jfjj . r松骼讐T1*!*1璀期TEE-uu-nnKQim 帆 *以衣光纤坯网图二、江南水厂污水处理自动控制系统图信息层：信息层以网络交换机为中心，通讯协议为TCP/IP，系统架构为Int

9、ernet/lntranet，网络系统对内通信网数据吞吐率lOOMbpSo其中信息层硬件部分主要为中控室的生产管理计算机站、服务器，化验室计算机站及配 套网络传输线路、设备组成，完成系统的数据采集、监测、控制、通信、显示及生产管理调 度等功能。软件系统主要由基于组态软件开发的江南污水厂生产过程控制、运行监控、调度 系统以及生产管理（水质监测、生产数据和系统故障报警信息）信息系统等组成。该体系结构实现了对江南水厂生产管理系统软硬件资源的整合和充分利用，使系统具有更高的兼容性、开放性和安全性。控制层：控制层以施耐德Unity平台为控制核心，将分布在各工艺段之间的施耐德Un ity PLC和中央监控

10、计算机通过网络相连，实现控制信号的高速传输。施耐德Unity PLC自动监测重要设备的运行状态和工艺参数变化，并对设备进行自动控制。控制层硬件设备主要为施耐德Unity系列PLC（ 140CPU65150、操作员面板（XBTG5230、工业以太网交换机 （499NOS17100在这里我们要特别提一下控制层的网络。控制层的网络体系采用TCP/IP网络以及环形拓扑结构，以光纤为通信介质，通过以太网环网交换机构成带宽为100Mbps的工业以太网。该网络结构为自愈环网，其应用层采用开放的通讯协议。当环网发生一个光纤断点时，网络 仍能够正常工作。作为全厂的控制主干网，工业以太网光纤环网能在任何节点接入设

11、备，而 不需要更改从前的站号和配置，充分考虑了今后扩展的方便性。在出现故障时，在线增加或 删除任意一个节点，都不会影响到其他设备的运行和通讯。根据工艺流程，全厂共设4套施耐德 Unity PLC 控制站：LCS1控制站-总变电所控制站主要控制粗格栅、 进水泵房、 转鼓格栅的设备。 LCS1 控制站的触摸屏通过 RJ45 连接到该 站的交换机上。另外，LCS1控制站通过 DP网和鼓风机设备厂家配套的 PLC进行通讯；通过 MB网和沉砂系统 PLC 1#除臭系统PLC进行通讯。LCS11 控制站 - 鼓风机房控制站主要控制鼓风机房的设备。LCS11控制站为LCS1控制站的远程I/O站。本控制站的触

12、摸屏通过光纤介质连接到 LCS1 控制站的交换机上。LCS2控制站-脱水机房控制站 主要控制脱水机房的设备。本控制站的触摸屏通过光纤介质连接到LCS1控制站的交换机上。LCS3控制站-出水井分变电室控制站 主要控制出水泵房、回流污泥房、剩余污泥泵房、二沉池的设备。本控制站的触摸屏通 过光纤介质连接到 LCS1控制站的交换机上。LCS4控制站-污泥泵房变电室控制站主要控制曝气池的设备。 本控制站的触摸屏通过光纤介质连接到LCS1控制站的交换机上。另外，LCS4控制站通过MB网和紫外消毒PLG 2#除臭系统PLC进行通讯。（3 ） 设备层：我们利用施耐德 UNITY PLC的MB口，采用MB网络通

13、讯协议对 MCC巨的各智能变送器进 行多点通讯。这种不用传统 I/O 模块而直接采用总线电缆连接的通讯方式，在实现现场离散 设备和可编程逻辑控制器（PLC）之间的数据数字化传输的同时，将成本费用减少到最小，这 种用于低层设备的低成本、高效率信息集成模式，已经逐渐成为控制领域的主流。四、调试体会：通过亲身经历，我们认为施耐德UNITY确实是新一代自动化平台上的硬件和软件产品：新软件的使用可以大大地减少开发项目的时间，新硬件的使用可以大大地提高系统处理的速 度，基于开发平台和协同工具，施耐德UNITY使得设计、制造、维护的自动化水平达到前所未有的高度，从而大大提高了生产效率。下面是我在实践过程中的

14、小体会：1、施耐德UNITY PLC具有超强的处理能力、超大存储空间，并提供全面开放的通讯解决方案。其中，我们使用的140CPU65150兼容了 RS 232/485 Modbus/ASCII 端口、USB端口、MB+ 端口、 USB 终端口、 Ethernet TCP/IP 端口，在实现多种网络的同时，最大限度节约了 成本。另外，140CPU65150提供了一个数显操作屏我们不仅能监视CPU状态，而且对重要参数进行操作，这样极大程度地方便了调试及维护。2、 施耐德UNITY PRO软件界面友好、操作简洁、使用方便。通过施耐德UNITY PRO软 件可以编写多任务；可以通过多种调试语言形式编写

15、程序（不同调试语言可以在同一程序中 混用）；可以使用标准或自建的语句块，以满足控制需要；可以根据要求建立各种类型的人性化变量；在IP和MB+通讯过程中，提供两种通讯编写方式；在不需要其它辅助软件的情况 下，提供模拟通讯功能以测试程序；可以编制内部画面，并能模拟监控程序；提供多种诊断 功能等。这些功能使我们在调试、维护过程中极大程度地提高了效率。同时这些软件功能同 其它软件相比也具有领先性。3、为了使基于施耐德 UNITY平台的控制系统能够在高速的情况下稳定运行，在选型中 一定要选择施耐德公司的产品或施耐德公司授权设备，一定不能贪图便宜选用没有经过施耐 德公司认证的第三方产品。4、 在选择基于施

16、耐德 UNITY平台的支持 DP的主模块时，须选择 PROSOF公司的第三方 模块PTQ DPM MV1另外在配置 PROSOF模块CONFIG软件时，须注意配置的 GSD文件、从站 地址、传输数据类型、数量必须和西门子从站一致。5、调试前期，由于施耐德 UNITY控制系统不支持 MB的主站通讯模式，这样我们就无法做到在不加网桥的情况下，通过内置MB 口对智能变送器进行通讯。在施纳德公司大力的帮助下，我们对施耐德 UNITY控制系统进行软、硬件全面升级，使施耐德 UNITY的MB口支持232 （点对点）通讯，然后通过添加 232-485 通讯转换模块方式，最终实现和智能变送器进行 MB 协议多点（ 485）通讯的功能。五、结束语： 在江南水厂项目论证和实施过程中，我们发现施耐德公司新推出并推崇的施耐德UNITY系统具有高可靠性、高稳定性、以及灵活的可扩展功能、强大透明和对复杂环境及处理要求 的适应性，为水厂的少人值守管理模式，提供了良好的技术支持。目前该系统正在调试中， 预计年底正式投运，投运后，该厂将能