西门子S7-400 DCS在污水处理系统中的应用（职称论文原稿可修改）

西门子S7-400DCS在污水处理系统中的应用XXXXXX摘要：本文主要介绍城市污水处理工艺流程以及基于西门子的S7-400系列DCS的污水处理实施方案，介绍城市污水处理厂监控系统数据采集的方法。关键词：污水处理；自动化；DCS；控制系统1引言整个污水处理系统采用西门子S7-400系列DCS作为其控制系统，监控系统采用西门子WINCC监控软件。应用西门子DCS自动化控制系统对提高污水处理生产效率、减少现场操作人员劳动强度、提高生产安全性发挥着重要的作用。2主要工艺流程城市污水经污水收集槽后依次经过粗格栅、进水泵房、沉砂池、初沉池、曝气池和二沉池来实现污水的处理。其中各部分的功能如下：（1）进水泵房用于将污水进行提升，粗格栅用于进行物理过滤，清除掉污水中体积较大的杂物和污物，进而保护进水泵不受污水异物的阻塞。（2）沉砂池的细格栅用于进一步进行物理过滤，除去污水中的体积较小的杂物，吸砂桥除砂和漂浮油脂等杂物，还有砂处理和浮砂油脂处理设备。（3）初沉池初步过滤除掉水中污泥，用刮泥机收集污泥至初沉池泥泵房，作进一步处理。（4）曝气池（氧化沟）为生化处理区域，通过投放回流活性污泥进行搅拌处理和曝气提供氧气操作，培养水中微生物，使微生物大量繁殖，形成更多活性污泥。（5）二沉池彻底清污水，使泥水分离。3配置方案3.1硬件为了确保在满足工艺与功能要求的前提下能够尽量提高系统的稳定性、先进性，整个污水处理系统选用了西门子公司DCS控制系统，选用大容量、高速、冗余的CPUAS414-2H作为主控制器。采用以S7-400为核心的控制系统使系统更加安全、可靠而且易操作、易管理、易维护，可以进行优化控制和先进控制。污水处理系统接受来自现场的仪表信号，对现场电气设备发出控制信号，对现场切断阀发出开关命令信号，同时与第三方PLC控制系统进行数据通讯，把第三方成套设备的有关重要工艺参数在污水处理系统控制系统中进行显示和把相关数据整理汇总。整个污水处理系统设有2台操作员站和1台工程师站、2对AS414-2H冗余控制站、5个工业以太网交换机X200及1个X400终端总线网络交换机、4个I/O分布式ET200M站。1套第三方PLC(S7-200)控制系统通过光电转换器连接到冗余以太环网，数据上传至工程师站，并在操作员站的HMI上进行显示，从而实现对全厂设备、仪表的监控。污水处理系统在工程师站、操作员站、现场控制器和第三方成套设备PLC间采用高速环形工业以太环网，并采用TCP／IP通讯协议，具有速度快、可靠性高的特点，环网任何时候的任一点故障都不会影响环网上设备之间的数据通讯，并且X200型以太网交换机具有网络管理功能，能有效的协调网络之间各个设备的数据流。在现场控制站主CPU和I/O远程站之间采用国际标准的冗余PROFIBUS-DP总线网络，采用主从通讯协议，用于主站与从站之间的快速、循环的数据交换，任意单元出现问题均不会影响冗余网络上的通讯。工业以太网网络中的工程师站和操作员站都通过终端总线，挂在同一工业以太环网上，与挂接在工厂总线上的2个控制站进行信号的传输。工程师站和操作员站站均选用研华工业控制级工控机，并配有支持工业以太网的西门子CP1623专用网卡，负责工控机和控制器之间的网络通讯和数据交换。主控制器CPU选用AS414-2H，配置具有工业以太网接口的CP443模块。西门子S7-400系列DCS易于维护性，组态专有功能块可对各个模块的运行状态进行测试，诊断和维护，一旦模块损坏或发生通道故障，系统检测到以后立即以声光报警形式报警并启动打印机打印设备名称、故障类别及发生时间等。与此同时故障设备也有指示灯提示，方便维护人员可及时处理。3.2现场总线污水处理系统中S7-400主控制器和现场分布式IO站的通讯模块IM153均采用“热备用”配置，任一主控制器或通讯模块发生故障时，另一“热备用”状态的控制器或通讯模块可以“无扰”快速地切换至工作状态，无故障时两个子单元都处于运行状态，当任何一个子单元发生故障，正常工作的子单元能独立完成整个系统的控制任务。污水处理系统中AS414-2H主控制器和现场I/O站ET200M之间的控制网络采用同轴屏蔽PROFIBUS通讯线，通过每个ET200M上的IMl53-2通讯模块与AS414-2H进行物理连接，实现现场总线通讯，满足现场信号的采集、处理和控制器的通讯。PROFlBUS-DP是为全集成自动化定制的开放的现场总线系统，它将现场设备连接到控制装置，并保证在各个部件之间的高速通信，从I/O传送到DCS的CPU模块只需要毫秒级的时间。PROFIBUS-DP现场总线网络采用硬件MAC寻址。3.3HMI污水处理系统采用西门子的WinCC作为上位监控软件，该系统与DCS控制系统结合紧密，是简单、高效的组态工具。污水处理系统主画面可以监控现场设备状态。通过该操作画面可以很直观地监控各设备和信号的状态，该系统还配有完善的报警程序，可在报警信息栏中实时提示现场设备状态以及显示故障信息，为维护本套设备提供了可靠依据。通过上位画面操作人员可以完成开、停车及控制的所有操作，上位显示装置开停车状态、压力、温度、液位、等参数，显示报警状态、历史趋势图、调节阀开关状态，并具有报表打印功能。污水处理系统将所有的监控点和控制回路组态成画面，具备参数监视、历史记录、各控制回路调节、报警联锁、联锁切除、工作点运行状态显示：故障分析提示、与上位机通讯、自诊断(包括线路诊断)以及各种打印功能等。DCS控制和手动控制双重控制系统，即在DCS断电或不能正常工作的情况下，用手动控制系统来操纵主要系统阀门，保证