PLC-300在污水处理工程应用
一、前言
我国目前已建成投入生产运行的污水处理厂，自动控制监测技术，大致有几种情况：一种情况是建立中央控制室，中控室双机热备系统通过通信介质（如双绞线、光纤等）连接厂内各PLC控制子站，各PLC控制子站控制现场的仪器仪表执行机构，从而达到监测控制的目的；第二种情况是在各污水处理厂直接通过各PLC子站控制各现场的仪器仪表；第三种情况是由于建厂时间较早或经费投入不足，厂内没有控制系统。无论何种情况，由于采用的设备和技术参差不齐，给污水处理厂的生产运行、管理受到不同程度的影响，影响出水水质，有待于采用新的自动控制技术对污水处理厂自动控制系统进行改造、改建、甚至重建，以满足污水处理厂生产运行的需要；同时国家宏观经济建设政策明确提出，要广泛推广科学技术在各行各业的应用，用计算机信息技术、通信技术等高科技技术，提升改造传统产业，朝着生产过程自动化、管理信息化、高质量、高效率、节能的方向发展。污水处理行业亦不例外，需要采用计算机信息、通信、自动控制等高科技技术，结合污水处理行业各种处理工艺，提升改造传统污水处理厂的生产、管理等工作；其次，计算机软件技术、通信技术、自动控制技术、各种传感器、智能仪器仪表的飞速发展，也为污水处理行业生产、管理自动化、信息化提供了强有力的技术和产品支持。
可编程控制器（PLC）以其高可靠性优良的性能价格比、使用方法等特点在工业领域得到了广泛的应用。其使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等。随着PLC及其网络（PLC网络）技术的迅速发展，其应用已不仅限于现场控制测量级，而且已深入到生产监控及生产管理级。西门子公司的S7-200、S7-300系列可编程控制器具有极高的性能价格比，高可靠性（用户原程序和预设值可储存在CPU内部的EEPROM，保证了数据安全性），强劲的通讯能力（支持PPI,MPI,Profibus等多种通讯协议），符合VDE,UL,CSA、FM标准和船级社船用电气认证，其模块化的设计扩展灵活并方便拆卸维修，在水处理控制系统中具有很高的应用价值，以下介绍了西门子S7-200,S7-300系列可编程控制器在水处理控制系统中的实际应用。
二、控制方式
本系统是天津石化对污水处理的一个新建项目。中水回用系统总处理能力达400t/d,脱盐处理384t/d，由微滤、RO反渗透水处理装置组成。微滤包括6组，每组10个微滤模块，共计60个模块。RO反渗透包括加药、RO膜件、冲冼系统。根据工艺程控要求及中水处理厂以设备运行状态监控及仪表检测为主，模拟量回路调节为辅的特点，在控制方案中采用了Siemen SIMATIC s7-300PLC+PROFIBUS+PC即采用上位设置监控计算机、下位控制站为可编程控制器（PLC）并以高速数据总线连接的集中监视、分散控制系统结构。自控系统的控制别设置为三层：第一层为现场手动控制，在各电气站点设置现场手动控制箱，可单独启停各测试设备及执行机构。第二层为PLC逻辑联动控制，由PLC根据现场测试设备采集的数椐及系统设备运行逻辑关系，自动控制各站点内的电气设备运行状态。第三层为中央控制计算机监测，修改PLC控制参数，上位机点动控制，实现实时监控。系统控制图如下：
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手动控制及自动控制可以分别通过机房或中央控制室的”手自动转换开关进行切换，这样的控制方式能最大限度地保证污水处理装置安全操作的需要。
中央控制计算机能对整个系统的污水处理过程进行实时监控与控制，随时跟踪接收PLC的数据信号，能对各种类型模拟量进行巡回检测，对主要工艺流程进行动态模拟，趋势分析，制表打印，绘制曲线；对主要数据永久性保存，且在CRT上显示整个工艺流程或局部环节的直观动态彩色画面，动态显示工艺流程各主要部件的运行状态。
三、系统配置：
SIMATIC S7-300可编程控制器模块化设计结构，使各种独立的模块之间可以进行广泛的组合，易于扩展。中央处理单元选用CPU315-2DP 2块，它具有大型的程序存储容量，并有PROFIBUS-DP主/从接口，可以配制成分布的自动化结构，易于今后的系统扩展。智能化的诊断功能连续监控系统工作是否正常，并记录错误和特殊系统事件。
接口模块采用IM153,共8块，用于多机架配置中主机架和扩展机架之间的连接，可扩展8个机架，各机架之间的最大距离为10米。
信号模块：数字量输入模块31块、输出模块27块，模拟量输入模块10块。监测各阀门的当前状态，电机运行情况，控制阀门和电机的动作，检测微滤总管设流量,浊度、PH值和各单路产水浊度；RO反渗进水电导率和浊水,入口污水流量和出口达标净水流量等。
本系统采用最先进的现场总线技术（PROFIBUS），它可将现场所有的分布式自动化设备，包括自动化智能仪表、传感器、执行机构和变送器。传输速率高达12Mbit/S,通过使ET200上的IM153接口模块与控制器互连，满足对现场信号的采集、指令的发送和控制器的通讯。通过公共总线直接构成网络，其最大优点是：
1)尽管现场的仪表、传感器、执行机构总数多至数百点，也只需要铺设一根通讯电缆就能将所有的测点数据送到目的地。这就大大地减轻布线工作量，降低线缆成本，便于安装和便于维修保养。
2）在过程控制中具有更高的可靠性和透明性，更快的数据交换速度，即使距离远至数十米，所有信息也能在毫秒级时间内传送到目的地。
3）实现开放式现场总线后，系统内所有自动化设备(PLC机、PC机、人-机接口系统以及传感器和执行机构)都可以绎经过统一的总线进行数据交换和通信。
4）、连，多及扩展性能超群,可通过SIMATIC网络能将企业管理网，污水处理控制层,现场自动化设备天衣缝地集成为一个网络系统，今后如需要增加现场测点或控制点,可直接挂接在总线上，也不必更原来的系统结构及布线框架。
供配电系统：总配电柜（一级供电），微滤子站控制柜（二级供电）,RO子站控制柜（二级供电）,仪表盘，现场控制盘（三级供电）.
四：监控软件
本系统的监控软件是WINCC是基于WINNT/WIN 2000平台的系统软件，运用WINCC V5.0组态，主要是对污水处理厂数据进行集中采集观察和监视的任务；监控生产作业过程，包括显示控制过程画面和实时数据，显示系统总体框图；绘制重要参数的变化趋势图；显示重要设备的工作状态；历史数据的统计分析和存储；辅助管理日常生产业务，提供决策参考。
图形系统：用于图形显示和操作，在系统中主要控制的系统有微滤系统和反渗透系统，模拟量参数表、曲线、流量累积。主要控制的功能有泵的操作、电动门监视操作、连锁回路监视、电动执行器监视操作、参数显示。
报警系统：主要用于过程信号报警与事件信息的采集和显示。生产过程中的检测量超标时，系统自动报警显示，并通过报警打印机打印输出，形成记录文件；生产过程中的自动状态下的控制设备发出故障信号或失去控制时，系统自动报警显示，并通过报警打印机打印输出，形成记录文件；报警数据自动存储以备事后分析。
过程归档：主要对报警、测量值和用户数据进行归档管理，测量值归档是对采集的过程值进行整理后用于显示和存档，用户可自行定义显示的数据格式。报警归档记录了报警信号的时间、类别、报警名称和级别 。
报表系统：主要是将控制过程中纪录的数据进行打印输出，水网报表系统可打印报警信息报表、测量值归档报表二种类型报表。报警信息报表和测量值纪录报表可随时打印，测量值归档报表每天自动打印一次。
五、应用心得
控制站的冗余配置增加了系统的可靠性，很好的保证了生产过程的连续运行。图形化的编程方便、直观提高了编程人员的工作效率。通过对 CFC功能图的在线监测可以很容易判断出故障点，极大的方便了维护人员对故障点的查找。WINCC组态功能强大，可完成生产过程可视化的全部要求。美中不足的是在程序设计时对阀门开度控制的不够严密，运行时曾发生过程中断时，操作人员发出复位指令导致阀门复不了位，鉴于此，我们修改了程序。由于程序是以反馈信号为基础的，冲洗时震动较大，阀门的限位开关反馈信号的准确度在无人操作时自己就很需要，查其原因就是震动导致阀门运行到不了位引起反馈信号丢失所至，所以维护人员要定期维护阀门的限位开关。
六、结束语
从水厂的运行情况来看，设备的动作可靠，自动调节已经全部投入使用，证明了这套控制系统在实际生产中具有较强的可用性和较高的安全性，还值的推广。
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