【正文】 。 4. 3. 1. 6 PLC 主站選型 基于西門子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 26 PLC 主站位于變配電間，負責(zé)讀取和寫入從站數(shù)據(jù)，并和遠程監(jiān)控層通訊。 由于部分開關(guān)柜的儀表設(shè)備要求 RS485通訊，故又為其專門配備了一塊 340 1，它為點對點連接的串行通訊提供了較低成本的解決方案。該軟件提供了在線和離線編程的功能，可以對 PLC 在線上載或下載。主 基于西門子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 27 要工具有 ： (1) SIMATIC 管理器 (SIMATIC Manager)管理屬于一個自動化項目的所有數(shù) 據(jù)。 (2)符號編輯器用于創(chuàng)建和管理所有的全局符號。 (3)硬件組態(tài)對自動化項目的硬件進行組態(tài)和參數(shù)設(shè)置。 組態(tài) (Configuration)為模塊化任意組合。我選擇了 SIMATIC 的 WinCC 完成本項目。 (3) WniCC 還提供對 SIMATIC PLC 進行系統(tǒng)診斷的選項，給硬件維護提供了方便。當用戶需要修改模塊的參數(shù)或地址，需要設(shè)置網(wǎng)絡(luò)通訊，或者需要將分布式外設(shè)連接到主站的時候，都要進行硬件組態(tài)。 基于西門子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 29 圖 5. 2 PLC 的程序設(shè)計 5. 2. 1符號表 系統(tǒng)程序中可能用到的數(shù)字量、模擬量，都要通過符號來表示，所以在程序 設(shè)計之前先創(chuàng)建符號表。此時彈出一個 Pc對話框 。FC3是二沉池等設(shè)各的控制功能塊 ：FC4是模擬量處理功能塊。主畫面模擬現(xiàn)場工作狀況，能夠直觀、精確了解現(xiàn)場工作狀況。當某一實時數(shù)據(jù)超過設(shè)定值或某一設(shè)備出現(xiàn)故障時 .進行報警，并做相應(yīng)的處理，報警后將所需參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫中，供口后查詢。 WinCC 提供了一個稱為 SIMATIC S7 Protocol Suite的通訊驅(qū)動程序。 winCC 提供多種鏈接方式，如 c語言程序、標簽鏈接、動 態(tài)對話框、事件觸發(fā)等，最后 ，完成報表的設(shè)計以及報警變量的設(shè)計等， 此處不再詳述。由于 PLC 具有通用性強、可靠性高、 適應(yīng)性強、性價比高、編程方法簡單易學(xué)，體積小、能耗低， 系統(tǒng)安裝、調(diào)試方 便等特點，逐步替代了過去許多使用專用計算機和繼電器系統(tǒng)的場合，從而使其 在各行各業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。整個研究涉及到環(huán) 境 工程、生物化學(xué)、自動控制、機械、電子技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和 儀器儀表等眾多學(xué)科，是一個綜合性的研究領(lǐng)域。設(shè)計了現(xiàn)場 PLC 控制系統(tǒng)和計算機監(jiān)控系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)設(shè)計和選型合理，自動化程度高，監(jiān)控界面操作簡 單方便，同時又節(jié)約國債資金。 (3) S7300系列 PLC 體積 小、重量輕、功能強、性能好。 ProfiBus為原有的自動化程度比較低的污水處理廠改造提供了一個可靠的方案 ，并為新污水處理廠的投資建設(shè)提供了一個低成本、穩(wěn)定可靠的選擇?，F(xiàn)在，由于國內(nèi)外大的 公司積極參與，現(xiàn)場總線技術(shù)標準的開發(fā)和相應(yīng)儀表 控制技術(shù)的開發(fā)正在向前發(fā)展，這種發(fā)展勢頭是以往任何技術(shù)所無法比擬的。所以當前的 情況 下將以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線相結(jié)合，是完成項目的一個即經(jīng)濟又高效的方案。相信在不久的將來，會看到越來越多的現(xiàn)場總線產(chǎn)品，選擇的余地也會越來越大。 6. 2 展望 目前現(xiàn)場總線技術(shù)受到了普遍關(guān)注，其優(yōu)越性是顯而易見的。 (4) WniCC 和 STEP7合用，工控機與 PLC 合用的混合控制系統(tǒng)，合理地分擔(dān)了上位監(jiān)控、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和控制的任務(wù)，充分發(fā)揮不同設(shè)備的優(yōu)勢，使系統(tǒng)上下的有機結(jié)合變得非常容易，大幅度降低了工程時間和人力物力的消耗，是一種有特色、有前途的控制系統(tǒng)設(shè)計方案。監(jiān)控軟件對現(xiàn)場設(shè)備運行狀況的模擬，使操作員可以對現(xiàn)場主要設(shè)備的運行情況有比較清楚的了解。 (3)通過對污水處理工藝各段的工藝流程及控制要求的分析，采用 STEP7軟 件，運用 “ 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計 ” 方法，編制了該系統(tǒng)的現(xiàn)場 PLC 控制程序，實現(xiàn)了現(xiàn)場設(shè)備的自動控制。監(jiān)控上位機采用工控機對 PLC 數(shù)據(jù)進行記錄和監(jiān)控，并通過基于 TCP/IP 協(xié)議的光纖工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)系統(tǒng)的通訊。組 態(tài)軟件所具備的實時多任務(wù)、接口開放、使用靈活、功能多樣，以及運行可靠等 特點使其具有很強的實用價值。 基于西門子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 33 圖 5. 4全局圖 圖 5. 5格柵系統(tǒng) 基于西門子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 34 圖 5. 6水處理綜合廠房 圖 5. 7污泥處理系統(tǒng) 基于西門子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 35 第六章總結(jié)與展望 6. 1 總結(jié) 可編程序控制器 (PLC)是 70年代以來發(fā)展起來的一種區(qū)別于工業(yè) PC 和單板 機的工業(yè)控制產(chǎn)品。數(shù)據(jù)鏈接建立以后，利用變量管理器設(shè)計程序中可能用到的變量。 5. 3. 2軟件開發(fā) 利用 WinCC 實現(xiàn)項目開發(fā)，先要創(chuàng)建一個項目 :單擊【文件】【新建】，選 定單用戶項目 .輸入項目名稱，保存即可。查詢時可保證精確、 方便、快捷。用戶可方便地通過連接和參數(shù)設(shè)置實現(xiàn)簡單 PID控制，其參數(shù)可通過上位機設(shè)置和修改。用同樣的方法可以插入 OB， FB， DB等。塊是一些獨立的程序或者數(shù)據(jù)單元，在 Step7中主要有以下幾種類型的塊 ： 組織塊OB， 功能 FC 和功能塊 FB、系 統(tǒng)功能 SFC 和系統(tǒng)功能塊 SF背景共享數(shù)據(jù)塊DB。利用程序中的導(dǎo)向功能，可 很 很方便的創(chuàng)建 項目 ： 打開【 SIMMIC Manager ]， 在【 File】菜單下單擊【 New Project wizard】然后分別選擇 CPU編程語言、需要的 OB塊 .然后再給項目起一個名字就 OK了。 圖 4. 2 WINCC 安裝界面 第五章污水處理廠自控系統(tǒng)實現(xiàn) 5. 1 PLC 的硬件組態(tài) 硬件組態(tài)是完成一個項目的第一步，硬件組態(tài)通過 Step7軟件進行。同是 西 門子公司產(chǎn)品的 WinCC 與相應(yīng)的 PLC 硬件系統(tǒng)及 STEP7編基于西門子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 28 程軟 件的結(jié)合， 可大大降低 用戶軟硬件組態(tài)的工程量，縮短項目開發(fā)周期。 (2)封裝性 ； 通用組態(tài)軟 件所能完成的功能都用一種方便用戶使用的方法包裝起來 ， 對于用戶，不需掌握太多的編程語言技術(shù) (甚至不需要編程技術(shù) )，就能很好地完成一個復(fù)雜工程所要求的絕大多數(shù)功能。 (4)硬件診斷可以對 PLC 站的各硬件模塊進行在線狀態(tài)診斷，顯示相關(guān)的故 障的信息和狀態(tài)信息。使用這個工具生成的符號表是全局有效的，可供其他所有工具使用?？梢允褂?SIMATIC 管理器在離線或在線方式下工作，完成建立項目、組態(tài)硬件網(wǎng)絡(luò)、編寫調(diào)試程序等功能。常見的版本有 V5. 0 ， V5. 1， V5. 2和V5. 3，我選擇 V5. 2完成項目開發(fā)。 Step7編程軟件是一個用于 SIMATIC 可編程邏輯控制器的組態(tài)和編程的標準軟件包，運行在操作系統(tǒng) WIN98/20xx/NT/XP下并與 Windows的圖形和面向?qū)ο蟮牟僮髟瓌t相匹配。 由于用 PLC 做主站，掛接 ProfiBusDP 從站，盡可能選擇集成 DP 接口的產(chǎn)品， 所以選擇了 3152AG10的緊湊型 CPU，該型 PLC 的 CUP 數(shù)字處理能力強，帶有內(nèi)部集成的 ProfiBusDP 接口，其特點是組態(tài)靈活、速度快、操作簡潔。設(shè)備實際需求 AI為 5通道 ， DI為 52通道， DO 為 16通道 ， 考慮約 20%的備 用通道后 ，結(jié)合實際的模板型號 ， 選擇 AI模板 1塊， DI模塊 2塊， DO 為 2塊。 4. 3. 1. 4 4I/0站選型 4I/0 站放置于變配電室，負責(zé)低壓開關(guān)柜信號采集和過程控制 。 總計模板數(shù)量為 6塊，滿足機架對模板數(shù) =8的要求 。 設(shè)備實際需求AI(模擬量輸入 )為 8通道， DI(數(shù)字量輸入 )為 73通道， D (J(數(shù)字量輸出 )為 24通道，考慮約 20%的備用通道后，結(jié)合實際的模板型號，選擇 AI模板 2塊， DI模板 3塊， DO 模板 2塊。 圖 MPI, ProfiBUS 和工業(yè)以太網(wǎng)的性價比 經(jīng)過綜合比較，又根據(jù)污水處理廠實際應(yīng)用需要，選用 “ 現(xiàn)場總線 +工業(yè)以 太網(wǎng) ” 的方案更為合理。傳輸介質(zhì)可以是雙絞線、光纜，可實現(xiàn)總線供電與本質(zhì)安全防爆。由于 ProfiBusDP 的開放性， 它能連接不同制造廠 商的標準部件。工業(yè)以太網(wǎng) 遵循的 IEEE 802. 3國際標準，是一種開放式的、多供應(yīng)商、高性能區(qū)域和單元 級網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場控制層負責(zé)采集工藝設(shè)備的運行 狀態(tài)，儀表的 檢測信號一級執(zhí)行器的狀態(tài)，并傳送給集中控制層，然后接收集中控制層的指 令，對現(xiàn)場設(shè)備和執(zhí)行裝置進行控制。但是由于該項目為國債項 目，受投資額的限制，該項目首先是一個夠用、耐用、實用的自動控制系統(tǒng)。 污泥回流系統(tǒng)工作流程圖如圖 3. 12所示。 (1)自動過程開始首先檢測液面高低，若低于最低位傳感器，啟動定時。當檢 測到 砂水分離器出現(xiàn)故障時，將同時對除砂系統(tǒng)所有設(shè)備停機，并發(fā)送一條一級報警 信息 。 每套旋流除砂機包括旋流器、鼓風(fēng)機和電磁閥各一臺。 (5)液面差低于設(shè)定值，停止轉(zhuǎn)鼓清污機運行。其工作過程包括以下幾個方面 ： (1)自動過程開始，啟動細格柵機，定時 20min。 3. 3 安塞縣污水處理廠過程控制設(shè)計 3. 3. 1粗格柵和細格柵的過程控制 安塞縣污水處理廠設(shè) 置粗格柵兩套，一用一備，公用無軸螺旋輸送壓榨機一 臺。 在回流污泥管路和剩余污泥管路上均設(shè)置有電磁流量計，用來計量回流量和 出泥量。這里清水和消毒藥劑混合，經(jīng)測量 COD、流量后，排出。二次沉淀池采取周邊進水、周邊出水的圓形輻流式結(jié)構(gòu)，每座二次沉淀池上安裝有中心傳動單管吸泥機一套。 全廠設(shè)置二次分配井一座，兩座氧化溝的出水全部匯集到這里。 1一次分配井 一次分配井為一圓形構(gòu)筑物，在一次分配井內(nèi)設(shè)置兩套調(diào)節(jié)式手電兩用閘 ，每套閘門有一支管道和一套氧化溝相連，打開一次分配井閘門，可以向?qū)?yīng) 的氧化溝進水。旋流 沉砂池直徑為 3m，每座旋流沉砂池上安裝有 1套旋流除砂機，砂粒在旋流除砂機內(nèi)被提升到砂水分離器分離，兩套旋流除砂機公用一套砂水分離器。 每套細格柵前后均設(shè)置手動插板閘門 1臺，以備設(shè)備檢修時用。 污水經(jīng)過提升后，流入細格柵井，做進一步的處理。工藝流程如圖 3. 8： 基于西門子 PLC技術(shù)的污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 15 圖 3. 2. 2污水預(yù)處理段 安塞縣污水處理廠的預(yù)處理段分為粗格柵井、污水提升泵房、細格柵井和旋 流沉砂池四部分，可以有效的去除原水中含有的樹枝樹葉、塑料袋、果皮紙屑、 砂粒等雜物。 “ 厭氧一缺氧一好氧 ” 脫氮除磷工藝由厭氧池、缺氧池、好氧池和二沉池組 成。普通的活性污泥法是連續(xù)運行的，而 SBR 污水處理工藝中的活性污泥法是間歇運行的，又稱為間歇式活性污泥法，其工藝 流程見圖 3. 5： 圖 SBR工藝流程圖 該工藝省去了二次沉淀池和調(diào)節(jié)池，曝氣池容積也小于連續(xù)式，基礎(chǔ)建設(shè)費 用和運行費用都較低，同時還可以完成脫氮除磷的功能，并且不需要污泥回 流。 3. 1. 1. 2污水二