【正文】 河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 1 1 緒論 課題的提出 水和電是人類生活、生產(chǎn)中不可缺少的重要物質(zhì)，在節(jié)水節(jié)能已成為時(shí)代特征。我們這個(gè)水資源和電能源短缺的國(guó)家，面臨城市污水肆意排放，生活用水水質(zhì)日益下降，如何使水質(zhì)達(dá)到日常生活、工業(yè)生產(chǎn)可靠性、穩(wěn)定性的要求，直接影響著居民正常工作和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。 隨著工業(yè)制造的迅速發(fā)展，儀器設(shè)備對(duì)水質(zhì)的要求也越來(lái)越高。傳統(tǒng)方式普遍不同程度的存在浪費(fèi)水力、電力資源；效率低；可靠性差；自動(dòng)化程度不高等缺點(diǎn)，嚴(yán)重影響了工業(yè)系統(tǒng)中的用水。目前的 供水方式應(yīng)朝著高效節(jié)能、自動(dòng)可靠的方向發(fā)展，基于 PLC 電氣控制技術(shù)、電氣自動(dòng)化技術(shù)于一體。采用該系統(tǒng)進(jìn)行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)該系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性，這在能源日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)計(jì)該系統(tǒng)，對(duì)于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 水處理自動(dòng)控制 的 發(fā)展前景 水處理自控系統(tǒng)的發(fā)展始終追隨水處理行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，其目的是使凈水、污水和中水回用的處理更加完善、控制更加準(zhǔn)確、系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定、操作更加方便、系統(tǒng)運(yùn)行效率更高、更加環(huán)保和節(jié)能。 水處理行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì) 在凈水行業(yè)，現(xiàn)有的城鎮(zhèn)凈水廠已經(jīng)趨于完善，但在農(nóng)村的飲水狀況卻讓人擔(dān)憂，大部分的農(nóng)村人口直接飲用地下水或地表水，農(nóng)村集中供水是一種發(fā)展趨勢(shì)。農(nóng)村凈水廠的建設(shè)將是凈水廠的主要組成之一。 我國(guó)是一個(gè)嚴(yán)重缺水的國(guó)家，中水處理回用使城市污水成為一種清潔安全的城市水資源，能夠在很大程度上緩解城市水資源匱乏的狀態(tài)，并進(jìn)一步減少對(duì)下游城市水資源的污染，降低下游城市水資源的凈化難度。 根據(jù)《城市污水處理及污水防治技術(shù)政策》， 2021 年全國(guó)省市城市和建制鎮(zhèn)的污水平均處理率不低于50％，省市城市的污水處理率不低于 60％，重點(diǎn)城市的污水處理率不低于 70％。新建污水廠仍是我國(guó)治理水資源的一個(gè)重要組成。 水處理行業(yè)，由于各廠的水源不同，所包含的污染物不同，相應(yīng)的處理工藝也不同。水處理工藝的多樣性、復(fù)雜性也是水處理行業(yè)發(fā)展的一個(gè)必然趨勢(shì)。 凈水處理、污水處理和中水處理的設(shè)備 眾多，設(shè)備也更加專業(yè)化。怎樣實(shí)現(xiàn)對(duì)其便捷穩(wěn)定的控制變得至關(guān)重要 水處理行業(yè)自動(dòng)控制需求 針對(duì)水處理行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，水處理行業(yè)對(duì)自動(dòng)控制的需求主要有以下幾個(gè)方面： PLC 及儀表開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議。由于 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備眾多，大部分需要通訊，而不是由一個(gè) PLC通過(guò)硬接線的方式采集所有設(shè)備的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)控制。在短期內(nèi)，需要 PLC 能夠支持現(xiàn)場(chǎng)各種儀表和第三方廠家的通訊協(xié)議；從長(zhǎng)期考慮，各種 PLC 以及儀表能夠支持通用的開(kāi)放通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。 上位組態(tài)軟件豐富的驅(qū)動(dòng)程序。在改造和擴(kuò)建項(xiàng)目中，有很多情況是現(xiàn)場(chǎng)有幾家 PLC 要與上位組態(tài)軟件通訊，上位組態(tài)軟件需要包含多家 PLC 的驅(qū)動(dòng)。即使在新建項(xiàng)目中，也要考慮之后的項(xiàng)目改造和擴(kuò)建，需要上位組態(tài)軟件能夠具有豐富的驅(qū)動(dòng)程序，能夠同時(shí)支持與多家 PLC 同時(shí)通訊和畫面組態(tài)。 水廠運(yùn)行節(jié)能環(huán)保。節(jié) 能和環(huán)保是現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展對(duì)各種工廠、產(chǎn)品的需求，在水處理行業(yè)同樣需要考慮到節(jié)能和環(huán)保的問(wèn)題。這就需要 PLC 的程序編寫能夠與現(xiàn)場(chǎng)工藝和設(shè)備結(jié)合，使控制更加準(zhǔn)確，使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備在低能耗運(yùn)行以及加氯、加藥適量的情況下滿足出水水質(zhì)的要求。 PLC 設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。 PLC 設(shè)備能夠穩(wěn)定運(yùn)行，是對(duì)自動(dòng)系統(tǒng)的基本要求，也是最高的要求。 PLC 設(shè)備有較強(qiáng)的抗干擾能力，平均無(wú)故障時(shí)間長(zhǎng)，即使在系統(tǒng)故障的情況下，也能夠最低限度的減少故障損失。 河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2 提高現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試效率。由于污水及中水處理項(xiàng)目大部分是 BOT 項(xiàng)目，承包商需要最快的資金周轉(zhuǎn)周期，而自動(dòng)系 統(tǒng)的調(diào)試是水廠正常運(yùn)行調(diào)試的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，這就需要現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的效率高。效率主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一個(gè)是調(diào)節(jié)周期短，二是調(diào)試效果好，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定合理。 水處理行業(yè)自控系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì) 為適應(yīng)水處理行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，滿足水處理行業(yè)對(duì)自控系統(tǒng)的需求，水處理行業(yè)的自控系統(tǒng)在未來(lái)發(fā)展主要方向包含以下幾個(gè)方面。 冗余的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 由于水處理項(xiàng)目自動(dòng)化控制對(duì)安全性的要求比較高，而現(xiàn)在通常應(yīng)用的冗余系統(tǒng)中，多數(shù)為雙機(jī)架冗余，成本相對(duì)單機(jī)系統(tǒng)會(huì)提高一倍，而低成本、高可靠性的單機(jī)架冗余方案將是 PLC在水 處理行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。采用單機(jī)架冗余方案中，每套 PLC 選用一個(gè)冗余的機(jī)架，兩個(gè)支持冗余系統(tǒng)的 CPU。冗余系統(tǒng)配置主要目的是提高 PLC 設(shè)備運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，保證水廠不間斷的正常運(yùn)行，保證出水水質(zhì)。 PLC 合理的通訊端口設(shè)置 在水處理廠智能儀表與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備集成的 PLC 分布比較分散，通訊擴(kuò)展接口應(yīng)該可以，通過(guò)在主站以及從站任意槽位上增加通訊接口模塊實(shí)現(xiàn)。即通訊接口模塊的使用不能受到本地背板或遠(yuǎn)程背板的限制。 組態(tài)軟件豐富的驅(qū)動(dòng)程序 組態(tài)軟件應(yīng)開(kāi)發(fā)各種廠家的 PLC、儀表、 移動(dòng)通訊設(shè)備以及其他具有通訊功能的自控設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，以便在項(xiàng)目改造、擴(kuò)建過(guò)程中上位組態(tài)軟件與下位自控設(shè)備兼容，使水處理項(xiàng)目可以通過(guò)一個(gè)組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所有工藝進(jìn)行監(jiān)控，提高系統(tǒng)的集成度和現(xiàn)場(chǎng)工作人員的工作效率，同時(shí)降低項(xiàng)目成本 專業(yè)程序模塊 由于水處理工藝多樣性，針對(duì)不同規(guī)模、不同工藝的水處理廠應(yīng)該開(kāi)發(fā)專業(yè)的程序模板。在 PLC 以及組態(tài)軟件功能日趨完善，產(chǎn)品質(zhì)量也逐步提高的情況下，誰(shuí)能夠?yàn)榭蛻籼峁└油晟频姆?wù)將成為成敗的主導(dǎo)競(jìng)爭(zhēng)方式。 數(shù)據(jù)分析、技術(shù)支持 在水廠的 管理上，除了要能夠支持遠(yuǎn)程監(jiān)控，還要將現(xiàn)場(chǎng) IO 服務(wù)器采集的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)長(zhǎng)時(shí)間的存儲(chǔ)，使用專業(yè)的數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而得出最佳的運(yùn)行參數(shù)，根據(jù)這些參數(shù)修改現(xiàn)場(chǎng)控制站的程序。 遠(yuǎn)程監(jiān)控 在水廠控制中心通過(guò)聯(lián)網(wǎng)發(fā)布軟件實(shí)現(xiàn)監(jiān)控界面。將來(lái) PLC 編程軟件實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程登錄也是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，編程人員可以在任何能夠登錄 Inter 的地方修改 PLC 程序，進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)試。 PLC 概述 可編程控制器的定義 可編程控制器，簡(jiǎn)稱 PLC(Programmable logic Controller)，是指以 計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在 1987 年國(guó)際電工委員會(huì) (International Electrical Committ