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污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的需求
隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，環(huán)境污染問(wèn)題，尤其是水污染問(wèn)題已經(jīng)引起社會(huì)各界的高度重視。污水處理廠的籌建和投運(yùn)已經(jīng)成為目前我國(guó)各大城市市政工程的熱門(mén)項(xiàng)目。為確保污水處理工藝和設(shè)備能夠長(zhǎng)期安全可靠地運(yùn)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(shí)際情況，采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、PLC可編程序控制器和常規(guī)檢測(cè)儀表設(shè)計(jì)了一套運(yùn)行可靠的城市污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程診斷、維護(hù)系統(tǒng)，該設(shè)計(jì)本著“簡(jiǎn)捷、安全、實(shí)用、可靠”的原則，及時(shí)掌握和了解污水廠工藝各流程的運(yùn)行丁況、工藝參數(shù)的變化及大小；優(yōu)化各工藝流程的運(yùn)行，保證出水水質(zhì)，降低處理成本，提高運(yùn)行管理水平，使水廠長(zhǎng)期正常穩(wěn)定地運(yùn)行，取得最佳效益。自動(dòng)控制系統(tǒng)是緊密結(jié)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(shí)現(xiàn)對(duì)廠各種電氣設(shè)備、工藝參數(shù)、運(yùn)行工況進(jìn)行監(jiān)視、操作控制和管理。
一、污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則
污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象(如電機(jī)、電磁周等)的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和出水水質(zhì)，在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)應(yīng)遵循以下基本原則：
(1)可靠性原則：污水處理關(guān)系到一個(gè)城市居民的身體健康和居住投資環(huán)境，因此設(shè)計(jì)的可靠性原則為各原則之首。
(2)技術(shù)成熟性原則：在設(shè)計(jì)中，既要考慮滿足設(shè)計(jì)的需要，又要注重采用成熟、先進(jìn)、便于日后維護(hù)的設(shè)備和技術(shù)。
(3)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性原則：注重現(xiàn)在及將來(lái)技術(shù)發(fā)展的需要，選用實(shí)用強(qiáng)、兼容性好、性價(jià)比高的方案和設(shè)備配置。
(4)可擴(kuò)展性原則：設(shè)計(jì)時(shí)采用開(kāi)放性好、易于擴(kuò)展的軟、硬件系統(tǒng)。
二、整體方案設(shè)計(jì)
污水處理廠的設(shè)備量大、信號(hào)類(lèi)型多、控制地點(diǎn)分散，采用以繼電器和各種控制開(kāi)關(guān)為主的就地控制方式，故障率高且控制精度低，很難實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控和統(tǒng)一管理。為了提高生產(chǎn)率，穩(wěn)定出水質(zhì)量，全廠自動(dòng)控制系統(tǒng)采用DCS方式，在中央控制室對(duì)整個(gè)下況進(jìn)行監(jiān)視并發(fā)布調(diào)試命令，各工序采用獨(dú)立原理進(jìn)行系統(tǒng)配置和運(yùn)行。自動(dòng)控制系統(tǒng)采用開(kāi)放式工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，通過(guò)中央控制室完成對(duì)MCCl、MCC2控制站的遠(yuǎn)程控制，對(duì)每個(gè)控制點(diǎn)提供3種控制方式(現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)、遠(yuǎn)程手動(dòng)、遠(yuǎn)程遙控)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)工藝單元的邏輯控制功能，并實(shí)現(xiàn)與MCC4的數(shù)據(jù)交換和監(jiān)測(cè)功能。在人機(jī)界面上采用人性化設(shè)計(jì)，在現(xiàn)場(chǎng)以及中央控制室均設(shè)置相應(yīng)的運(yùn)行狀態(tài)顯示和分級(jí)報(bào)警及故障信息顯示。在每個(gè)污水處理廠還設(shè)立了遠(yuǎn)程傳輸站，和污水處理調(diào)度中心進(jìn)行數(shù)據(jù)無(wú)縫實(shí)時(shí)對(duì)接，并可以在中心站對(duì)每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)站進(jìn)行程序級(jí)的診斷。
1、 WINCC組態(tài)
中央控制室利用WINCC進(jìn)行上位機(jī)系統(tǒng)組態(tài)生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)PLC采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并實(shí)時(shí)顯示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行時(shí)間，故障報(bào)警處理，報(bào)表輸出等，實(shí)現(xiàn)全廠所有設(shè)備的監(jiān)控。本系統(tǒng)包括監(jiān)控主界而和多個(gè)控制站子界面，主界面包括全廠所有設(shè)備及管線，為了反映各設(shè)備的運(yùn)行情況并反映污水流動(dòng)工藝過(guò)程，分別制作了MCCl、MCC2、MCC4子界面，還有報(bào)表打印、交接班登錄界面等輔助界而。WINCC標(biāo)準(zhǔn)化的組態(tài)界而，人機(jī)接口能力強(qiáng)，易于掌握，方便設(shè)計(jì)、調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行。中央控制室采用1臺(tái)服務(wù)器和2臺(tái)冗余客戶機(jī)，并裝有UPS漏電保護(hù)。運(yùn)行操作人員登錄系統(tǒng)后可以查看全廠設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備運(yùn)行時(shí)間和累計(jì)運(yùn)行時(shí)間、主要水質(zhì)參數(shù)的趨勢(shì)圖，并可獲得報(bào)警、故障信息，最后生成各種報(bào)表。
2、PLC控制系統(tǒng)
根據(jù)工藝要求，PLC上電自檢無(wú)誤后，根據(jù)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的信號(hào)來(lái)控制全廠設(shè)備的啟停、正反轉(zhuǎn)等動(dòng)作。PLC完成污水處理廠全部設(shè)備如進(jìn)水泵、粗格柵、皮帶輸送機(jī)等的數(shù)據(jù)采集，簡(jiǎn)單運(yùn)算處理后上傳給上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。當(dāng)電路發(fā)生斷路、短路或過(guò)載等時(shí)，PLC采集的數(shù)據(jù)就會(huì)超過(guò)設(shè)定的閾值，PLC將控制設(shè)備停止，同時(shí)給上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送報(bào)警信號(hào)。全部傳感器均采用在線儀表，變送器將采樣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成4～20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，直接傳人SM331、332(模擬量輸入、輸出模塊)，經(jīng)模數(shù)變換成0～27648的數(shù)字量。開(kāi)關(guān)量的輸入輸出傳人SM321、322(數(shù)字量輸入、輸出模塊)。進(jìn)水泵房中8臺(tái)水泵的啟停控制要求是，超聲波液位計(jì)測(cè)得的液位超過(guò)或等于給定液位時(shí)順序開(kāi)肩可開(kāi)啟的進(jìn)水泵。順序的含義為停機(jī)時(shí)間長(zhǎng)者為先，依次類(lèi)推：可開(kāi)啟的含義是遙控狀態(tài)且無(wú)故障的泵，當(dāng)液位低于液位控制最小液位時(shí)關(guān)閉所有進(jìn)水泵。
3、數(shù)據(jù)通信
本系統(tǒng)通過(guò)光纖將中央控制室和3個(gè)分控室連接成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)客戶機(jī)操作站和CPl613通信卡和光纖鏈路模塊(OLM)相連接，實(shí)現(xiàn)了下位機(jī)PLC控制單元與上位機(jī)WINCC組態(tài)軟件之間的數(shù)據(jù)通信。在工控機(jī)上安裝有以太網(wǎng)卡，下位機(jī)帶有CP340通信模塊，如果和現(xiàn)場(chǎng)的一些儀表通訊不便于接線，還可以采用無(wú)線通訊模塊SY-WT6達(dá)到幾公里的無(wú)線傳輸。為了使上位工控機(jī)與下位機(jī)PLC成功實(shí)現(xiàn)通信，需首先對(duì)CP340初使化，然后利用WINCC中標(biāo)簽(Tag)歸檔的功能直接將上位工控機(jī)中的內(nèi)存變量與PLC中的位(Bit)、字(Word)或雙字(DWord)連接起來(lái)。通過(guò)以太網(wǎng)將上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與控制點(diǎn)緊密地結(jié)合成一個(gè)局域網(wǎng)整體，加上PLC遠(yuǎn)程安全通訊模塊SY-RSCM，構(gòu)成一個(gè)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(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的在線遠(yuǎn)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(xiǎn)性，當(dāng)控制室電腦或某一分控站PLC出現(xiàn)故障時(shí)，各分控站PLC不會(huì)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(shuō)是免維護(hù)產(chǎn)品，維護(hù)查找故障方便快捷。整個(gè)污水廠控制系統(tǒng)通過(guò)PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行通訊，由S7—200、300系列的PLC組成網(wǎng)絡(luò)，方便與上層治理系統(tǒng)通訊，增加了遠(yuǎn)程通訊模塊SY-RSCM，通過(guò)ADSL或者3G上網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的PLC系統(tǒng)和遠(yuǎn)端的監(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、遠(yuǎn)程PLC的程序級(jí)診斷和現(xiàn)場(chǎng)視頻傳輸。系統(tǒng)通過(guò)PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線可方便的增加現(xiàn)場(chǎng)中斷站，通過(guò)增加I／O模塊同一終端站也很輕易的進(jìn)行擴(kuò)展，具有可塑性強(qiáng)的特點(diǎn)。自控系統(tǒng)的投人運(yùn)行，提高出水水質(zhì)、降低能源消耗從而達(dá)到降低運(yùn)行成本的目的。
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