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污水處理廠自動控制系統(tǒng)的需求
隨著我國科學技術和社會經濟的飛速發(fā)展，環(huán)境污染問題，尤其是水污染問題已經引起社會各界的高度重視。污水處理廠的籌建和投運已經成為目前我國各大城市市政工程的熱門項目。為確保污水處理工藝和設備能夠長期安全可靠地運行，需要建立一套集管理和控制為一體的智能控制系統(tǒng)。為此，根據(jù)實際情況，采用工業(yè)控制計算機、PLC可編程序控制器和常規(guī)檢測儀表設計了一套運行可靠的城市污水處理廠自動控制系統(tǒng)和遠程診斷、維護系統(tǒng)，該設計本著“簡捷、安全、實用、可靠”的原則，及時掌握和了解污水廠工藝各流程的運行丁況、工藝參數(shù)的變化及大小；優(yōu)化各工藝流程的運行，保證出水水質，降低處理成本，提高運行管理水平，使水廠長期正常穩(wěn)定地運行，取得最佳效益。自動控制系統(tǒng)是緊密結合工藝，集控制功能、管理功能和數(shù)據(jù)處理功能于一體的自控系統(tǒng)，實現(xiàn)對廠各種電氣設備、工藝參數(shù)、運行工況進行監(jiān)視、操作控制和管理。
一、污水處理廠自動控制系統(tǒng)設計原則
污水處理廠自動控制系統(tǒng)為了實現(xiàn)被控對象(如電機、電磁周等)的工藝要求，以提高生產效率和出水水質，在設計控制系統(tǒng)時應遵循以下基本原則：
(1)可靠性原則：污水處理關系到一個城市居民的身體健康和居住投資環(huán)境，因此設計的可靠性原則為各原則之首。
(2)技術成熟性原則：在設計中，既要考慮滿足設計的需要，又要注重采用成熟、先進、便于日后維護的設備和技術。
(3)技術經濟性原則：注重現(xiàn)在及將來技術發(fā)展的需要，選用實用強、兼容性好、性價比高的方案和設備配置。
(4)可擴展性原則：設計時采用開放性好、易于擴展的軟、硬件系統(tǒng)。
二、整體方案設計
污水處理廠的設備量大、信號類型多、控制地點分散，采用以繼電器和各種控制開關為主的就地控制方式，故障率高且控制精度低，很難實現(xiàn)集中監(jiān)控和統(tǒng)一管理。為了提高生產率，穩(wěn)定出水質量，全廠自動控制系統(tǒng)采用DCS方式，在中央控制室對整個下況進行監(jiān)視并發(fā)布調試命令，各工序采用獨立原理進行系統(tǒng)配置和運行。自動控制系統(tǒng)采用開放式工業(yè)以太網(wǎng)結構，通過中央控制室完成對MCCl、MCC2控制站的遠程控制，對每個控制點提供3種控制方式(現(xiàn)場手動、遠程手動、遠程遙控)，實現(xiàn)各個工藝單元的邏輯控制功能，并實現(xiàn)與MCC4的數(shù)據(jù)交換和監(jiān)測功能。在人機界面上采用人性化設計，在現(xiàn)場以及中央控制室均設置相應的運行狀態(tài)顯示和分級報警及故障信息顯示。在每個污水處理廠還設立了遠程傳輸站，和污水處理調度中心進行數(shù)據(jù)無縫實時對接，并可以在中心站對每個現(xiàn)場站進行程序級的診斷。
1、 WINCC組態(tài)
中央控制室利用WINCC進行上位機系統(tǒng)組態(tài)生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)，對PLC采集到的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理，并實時顯示設備的運行狀態(tài)、運行時間，故障報警處理，報表輸出等，實現(xiàn)全廠所有設備的監(jiān)控。本系統(tǒng)包括監(jiān)控主界而和多個控制站子界面，主界面包括全廠所有設備及管線，為了反映各設備的運行情況并反映污水流動工藝過程，分別制作了MCCl、MCC2、MCC4子界面，還有報表打印、交接班登錄界面等輔助界而。WINCC標準化的組態(tài)界而，人機接口能力強，易于掌握，方便設計、調試和現(xiàn)場運行。中央控制室采用1臺服務器和2臺冗余客戶機，并裝有UPS漏電保護。運行操作人員登錄系統(tǒng)后可以查看全廠設備運行狀態(tài)、設備運行時間和累計運行時間、主要水質參數(shù)的趨勢圖，并可獲得報警、故障信息，最后生成各種報表。
2、PLC控制系統(tǒng)
根據(jù)工藝要求，PLC上電自檢無誤后，根據(jù)上位機監(jiān)控系統(tǒng)的信號來控制全廠設備的啟停、正反轉等動作。PLC完成污水處理廠全部設備如進水泵、粗格柵、皮帶輸送機等的數(shù)據(jù)采集，簡單運算處理后上傳給上位機監(jiān)控系統(tǒng)。當電路發(fā)生斷路、短路或過載等時，PLC采集的數(shù)據(jù)就會超過設定的閾值，PLC將控制設備停止，同時給上位機監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送報警信號。全部傳感器均采用在線儀表，變送器將采樣數(shù)據(jù)轉換成4～20mA標準電流信號，直接傳人SM331、332(模擬量輸入、輸出模塊)，經模數(shù)變換成0～27648的數(shù)字量。開關量的輸入輸出傳人SM321、322(數(shù)字量輸入、輸出模塊)。進水泵房中8臺水泵的啟停控制要求是，超聲波液位計測得的液位超過或等于給定液位時順序開肩可開啟的進水泵。順序的含義為停機時間長者為先，依次類推：可開啟的含義是遙控狀態(tài)且無故障的泵，當液位低于液位控制最小液位時關閉所有進水泵。
3、數(shù)據(jù)通信
本系統(tǒng)通過光纖將中央控制室和3個分控室連接成一個網(wǎng)絡。通過客戶機操作站和CPl613通信卡和光纖鏈路模塊(OLM)相連接，實現(xiàn)了下位機PLC控制單元與上位機WINCC組態(tài)軟件之間的數(shù)據(jù)通信。在工控機上安裝有以太網(wǎng)卡，下位機帶有CP340通信模塊，如果和現(xiàn)場的一些儀表通訊不便于接線，還可以采用無線通訊模塊SY-WT6達到幾公里的無線傳輸。為了使上位工控機與下位機PLC成功實現(xiàn)通信，需首先對CP340初使化，然后利用WINCC中標簽(Tag)歸檔的功能直接將上位工控機中的內存變量與PLC中的位(Bit)、字(Word)或雙字(DWord)連接起來。通過以太網(wǎng)將上位計算機系統(tǒng)和現(xiàn)場監(jiān)測與控制點緊密地結合成一個局域網(wǎng)整體，加上PLC遠程安全通訊模塊SY-RSCM，構成一個完整的局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的一體化系統(tǒng)，可以很方便地利用PLC系統(tǒng)所特有的功能，實現(xiàn)對整個控制系統(tǒng)的在線遠程診斷功能。
本系統(tǒng)避免了集中型控制系統(tǒng)存在的危險性，當控制室電腦或某一分控站PLC出現(xiàn)故障時，各分控站PLC不會受影響仍執(zhí)行各自的程序，完成各分控站的控制功能，提高了系統(tǒng)的可靠性；PLC控制器本身可以說是免維護產品，維護查找故障方便快捷。整個污水廠控制系統(tǒng)通過PROFIBUS現(xiàn)場總線進行通訊，由S7—200、300系列的PLC組成網(wǎng)絡，方便與上層治理系統(tǒng)通訊，增加了遠程通訊模塊SY-RSCM，通過ADSL或者3G上網(wǎng)，可以實現(xiàn)現(xiàn)場的PLC系統(tǒng)和遠端的監(jiān)控中心進行數(shù)據(jù)傳輸、遠程PLC的程序級診斷和現(xiàn)場視頻傳輸。系統(tǒng)通過PROFIBUS現(xiàn)場總線可方便的增加現(xiàn)場中斷站，通過增加I／O模塊同一終端站也很輕易的進行擴展，具有可塑性強的特點。自控系統(tǒng)的投人運行，提高出水水質、降低能源消耗從而達到降低運行成本的目的。
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