基于PLC的DCS控制系統(tǒng)在污水處理廠中的應(yīng)用

邱芳

【摘 要】隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口數(shù)量的增大，資源再利用、可持續(xù)發(fā)展的節(jié)約型社會成為社會發(fā)展的趨勢。大批污水處理廠的建立，把生活廢水處理后滿足工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)作物灌溉等用水需求。通過淺談基于PLC的DCS控制系統(tǒng)在污水處理廠中的應(yīng)用，不斷探索新的科學(xué)技術(shù)，提高水資源的循環(huán)利用能力。

【關(guān)鍵詞】PLC；DCS控制系統(tǒng)；污水處理；技術(shù)應(yīng)用

污水處理是根據(jù)生產(chǎn)工藝、設(shè)備材質(zhì)、水質(zhì)條件，采用相應(yīng)處理方法的較為復(fù)雜的系統(tǒng)工程。基于PLC的DSC控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于污水處理，改善水質(zhì)，提高水質(zhì)，達(dá)到循環(huán)使用水資源的目的。

1.生產(chǎn)工藝簡介

根據(jù)不同性質(zhì)的行業(yè)對其污水處理的工藝要求，一般采用厭氧---缺氧---好氧生化處理法。基于PLC的DCS控制系統(tǒng)是工控機(jī)顯示工藝流程、報警信號等為上位機(jī)，PLC控制為下位機(jī)，控制儀表等設(shè)備為現(xiàn)場控制單元的污水處理控制系統(tǒng)。

2.DCS控制系統(tǒng)選型及硬件配置

2.1 DCS系統(tǒng)的選型

制藥廠污水處理采用的是生化法，在工程設(shè)計中應(yīng)用基于PLC的DSC控制系統(tǒng)自動完成水處理的全過程控制。

2.2基于PLC的DCS系統(tǒng)

傳統(tǒng)的DCS實現(xiàn)連續(xù)物理量的監(jiān)視和調(diào)節(jié)，是針對流程工業(yè)的儀表控制系統(tǒng)發(fā)展起來的；PLC是針對傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)而發(fā)展起來的，主要功能是實現(xiàn)開關(guān)量的邏輯控制。隨著應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大，現(xiàn)在已經(jīng)形成多臺PLC相連的較大控制系統(tǒng)。單臺PLC控制系統(tǒng)與多臺PLC控制系統(tǒng)有所區(qū)別。在網(wǎng)絡(luò)上連接在線的通用計算機(jī)，實現(xiàn)系統(tǒng)組態(tài)、編程和下裝以及在線監(jiān)視被控過程的狀態(tài)。在PLC中增加模擬量I/O接口和數(shù)值計算功能，可以完成邏輯控制和模擬監(jiān)測、控制和混合控制的功能。把專用網(wǎng)絡(luò)改為通用網(wǎng)絡(luò)，使PLC和其他計算機(jī)系統(tǒng)集成組成大型的控制系統(tǒng)。

2.3 AC500系統(tǒng)簡介

由CPU、通訊模塊、CPU底板、I/O模塊和端子板、FBP接口模塊和端子板、CPU底板等組成。CPU的PM571、PM581和PM591三個不同等級均帶有LCD顯示、操作按鍵、SD卡的擴(kuò)展口和集成串行通訊口。CPU可直接插在選擇集成以太網(wǎng)或者ARCNET網(wǎng)絡(luò)接口的CPU底板上。CPU上除了有集成的通訊接口外，還有擴(kuò)展4個擴(kuò)展通訊接口。這4個通訊接口可擴(kuò)展為任意的標(biāo)準(zhǔn)總線協(xié)議。輸入/輸出模塊有模擬量和開關(guān)量兩大種類。CPU本地和通過FBP分布式擴(kuò)展的子站，可最大擴(kuò)展到7個輸入/輸出模塊。每個輸入/輸出模塊均可直接插到端子板上AC500ControlBuilder編程可支持功能塊（FBD）、語句表（IL）、梯形圖（LD）、結(jié)構(gòu)文本（ST）、順控圖（SFC）五種不同的編程語言這套軟件可完成AC500系統(tǒng)包括所有總線接口的全部設(shè)置，并且還有全面的自診斷功能、報警處理、可視化調(diào)試工具和開放的數(shù)據(jù)接口。

2.4污水處理廠DCS系統(tǒng)配置及構(gòu)成

根據(jù)工藝流程、控制點(diǎn)、現(xiàn)場設(shè)備的安裝地理環(huán)境，設(shè)計人員一般采用先進(jìn)的管理控制技術(shù)，包括控制層、監(jiān)控層、管理層三層進(jìn)行有效得檢測和控制?？刂茖邮侵赣每删幊炭刂破髯鳛榈讓涌刂浦行?，分別對排污設(shè)備、監(jiān)測點(diǎn)控制、檢測，采集信息。PLC是以微型計算機(jī)為核心，集電控、電議、電傳為一體的工業(yè)控制裝置，成為現(xiàn)代工業(yè)三大支柱之一。PLC網(wǎng)絡(luò)和個人計算機(jī)連接，可以向用戶提供工藝流程圖顯示、動態(tài)數(shù)據(jù)畫面顯示、報表編制、趨勢圖生成、窗口技術(shù)以及生產(chǎn)管理等內(nèi)容，實現(xiàn)一臺或多臺計算機(jī)對PLC進(jìn)行監(jiān)控、管理，它以功能強(qiáng)、可靠性高、適應(yīng)性好、模塊化結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)控制中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著計算機(jī)科技的發(fā)展，PLC已經(jīng)發(fā)展成為集各種控制、運(yùn)算、通信為一體的功能強(qiáng)大的控制器。在泵房內(nèi)設(shè)有控制室作為監(jiān)控層。監(jiān)控層帶有視頻監(jiān)控，監(jiān)控整個泵房內(nèi)每臺泵和格柵機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)；由PLC模擬輸入模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，實行監(jiān)控處理過程；同時將信息上傳污水處理監(jiān)控中心，污水處理監(jiān)控中心指令下傳各PLC控制器，再由PLC控制各個設(shè)備。管理層在污水處理廠遠(yuǎn)程監(jiān)控中心進(jìn)行。所有采集的數(shù)據(jù)通過虛擬局域網(wǎng)遠(yuǎn)程通信傳輸?shù)奖O(jiān)控層桌面?zhèn)€人計算機(jī)，再通過RS232通信模塊發(fā)送控制命令給PLC，完成水泵的啟動和停止控制。

3.自控系統(tǒng)功能

3.1監(jiān)控軟件

在windows2000操作系統(tǒng)上，以S7—300PLC為主控器、step7為控制器編程軟件、Simatic Wincc6.0+SQL SERVER2000為上位機(jī)組態(tài)監(jiān)控軟件的二次開發(fā)組態(tài)形成部分自動控制系統(tǒng)，MACSV DCS形成另一部分自動控制系統(tǒng)，從而組合形成企業(yè)一體化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 DCS、PLC等設(shè)備并入企業(yè)網(wǎng)和INTERNET過程中，OPC技術(shù)是解決這一關(guān)鍵問題廣泛采用的技術(shù)手段。

3.2控制方式

DSC控制系統(tǒng)主要從電氣部分、PLC程序開發(fā)、上位機(jī)監(jiān)控軟件開發(fā)三個部分進(jìn)行污水處理自動控制。整個控制系統(tǒng)分為現(xiàn)場級、控制級、管理級三個級別，工程強(qiáng)大、運(yùn)行可靠、操作方便。集中控制各個分站設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，手機(jī)現(xiàn)場數(shù)據(jù)；接受管理層設(shè)置的參數(shù)或命令，控制污水處理生產(chǎn)過程，將運(yùn)行過程中的主要工作參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)等信息輸送到管理層?？刂葡到y(tǒng)除了能夠完成基本功能，還具有控制操作、顯示功能、數(shù)據(jù)管理、報警功能、打印功能等。操作人員在中心控制室實時控制被控設(shè)備；用圖形實時顯示各個現(xiàn)場被控設(shè)備的運(yùn)行工況；根據(jù)不同運(yùn)行參數(shù)的變化快慢和重要程度，建立生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)庫；某一模擬量測量值超過給定范圍或某一開關(guān)量閥發(fā)生變位發(fā)出不同等級的報警；打印報表和圖形。

4.工程效果

某污染處理廠采用分級分布式計算機(jī)控制系統(tǒng)，對工藝過程進(jìn)行集中管理、分散控制。設(shè)計人員利用電信的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)VPN作為整個系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)，滿足不限距離、不限泵站和水池數(shù)量的要求，所有的控制和看管工作均由PLC和計算機(jī)遠(yuǎn)程自動完成。該系統(tǒng)實現(xiàn)了客戶端操作，使客戶端機(jī)器協(xié)調(diào)工作，提高整個排污系統(tǒng)的工作效率。整個系統(tǒng)運(yùn)行中，節(jié)省大量資金，減少人員編制，提高管理，具有很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

根據(jù)污水來源分為生活污水、工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)污水和醫(yī)療污水四類。污水處理工藝上包含曝氣生物濾池、SPR、A/O法、MBFB膜生物等。沈陽新華根據(jù)提供不同工藝下的污水處理過程，設(shè)計自動化控制系統(tǒng)解決方案和模塊化結(jié)構(gòu)。此污水處理系統(tǒng)具有調(diào)試簡單、操作方便、使用安全、效率高、故障率低，污水處理效果好、便于操作與維護(hù)等優(yōu)勢。

SBR污水處理廠的自動控制系統(tǒng)由三級分布式控制系統(tǒng)組成。監(jiān)控管理，通過中央控制室的操作站完成。選用工控計算機(jī)，以TCP/IP工業(yè)以太網(wǎng)與PLC系統(tǒng)通訊， 實時監(jiān)視全廠工藝參數(shù)變化、設(shè)備運(yùn)行、故障發(fā)生等情況，同時負(fù)責(zé)日常報表打印、事故打印和數(shù)據(jù)記錄等。過程控制，按場區(qū)配置分站，以AC500PLC系統(tǒng)作為現(xiàn)場控制核心，通過CS31網(wǎng)與所屬分布I/O通訊對流量、液位、pH值、電機(jī)等參數(shù)進(jìn)行采集、控制，由現(xiàn)場的各分系統(tǒng)或成套設(shè)備的控制系統(tǒng)實現(xiàn)。單機(jī)就地控制采用ABB公司的AC31系列產(chǎn)品組成分布I/O，采集現(xiàn)場參數(shù)，并且執(zhí)行上一級PLC主站的控制命令，通過現(xiàn)場電氣控制系統(tǒng)完成。

5.總結(jié)

PLC控制系統(tǒng)滿足污水生產(chǎn)工藝的要求，避免功能浪費(fèi)、降低系統(tǒng)造價，便于調(diào)試和維護(hù)，成為編程語言和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)統(tǒng)一性的控制器。在計算機(jī)科學(xué)不斷地發(fā)展的同時，科研人員不斷提高污水處理系統(tǒng)的功能，擴(kuò)大污水處理系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用。

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