于LK冗余方案的紀(jì)莊子污水處理廠自控系統(tǒng)升級(jí)改造
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3.2現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)（PLC控制站或控制層）
控制層是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)控制的關(guān)鍵，控制層的PLC通過(guò)程序控制整個(gè)污水處理廠設(shè)備按照工藝要求自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的采集，現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)有壓力、流量、溫度、PH值等，采集到的數(shù)據(jù)上傳至管理層，并最終通過(guò)工業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件King Historian進(jìn)行存儲(chǔ)。
按照工藝流程和構(gòu)筑物分布特點(diǎn)，廠內(nèi)現(xiàn)有4套不同規(guī)模的分控站（PLC1~4）。根據(jù)工程改造內(nèi)容、工藝及控制對(duì)象的功能、設(shè)備量，以及工藝流程、平面布置、現(xiàn)有控制站布局，將更新現(xiàn)有分控站PLC2和PLC3，調(diào)改現(xiàn)有分控站PLC1和PLC4，各PLC分別負(fù)責(zé)各自范圍內(nèi)工藝參數(shù)的采集和設(shè)備運(yùn)行的控制。具體內(nèi)容如表1所示：
4污水處理自控系統(tǒng)的主要功能
基于LK冗余系統(tǒng)的污水處理自控系統(tǒng)具有很高的自動(dòng)化程度，系統(tǒng)功能完善，具有良好的操作和使用性能。
4.1權(quán)限管理
操作員進(jìn)入系統(tǒng)使用密碼：系統(tǒng)提供分級(jí)的用戶進(jìn)入密碼系統(tǒng)，所以低級(jí)操作員只能進(jìn)入基本操作功能，同時(shí)較高級(jí)別的操作人員，按照不同的密碼，可進(jìn)入不同的系統(tǒng)組態(tài)功能。
提供12級(jí)的密碼：一旦操作員提供了正確的密碼，他可以修改他的密碼，而他的權(quán)限不能發(fā)生變化。
4.2流程圖顯示
LCD畫(huà)面為操作員了解生產(chǎn)過(guò)程狀態(tài)提供了顯示窗口，并能支持以下幾類畫(huà)面：
總貌畫(huà)面：顯示系統(tǒng)各設(shè)備，裝置，區(qū)域的運(yùn)行狀態(tài)以及全部過(guò)程參數(shù)變量的狀態(tài)，測(cè)量值，設(shè)定值，控制方式（手動(dòng)/自動(dòng)狀態(tài)），高低報(bào)警等信息，從各顯示塊可以調(diào)出其它畫(huà)面。
分組畫(huà)面：以模擬儀表的表盤形式按事先設(shè)定的分組，同時(shí)顯示幾個(gè)回路的信息，如過(guò)程參數(shù)變量的測(cè)量值，調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，輸出值控制方式等。變量每秒更新一次，分組可任意進(jìn)行，操作員可從分組畫(huà)面調(diào)出任一變量（模擬量或離散量）的詳細(xì)信息。
單點(diǎn)畫(huà)面（調(diào)整畫(huà)面）：顯示一個(gè)參數(shù)，控制點(diǎn)的全部信息以及實(shí)時(shí)趨勢(shì)和歷史趨勢(shì)，從調(diào)整畫(huà)面也可直接對(duì)模擬回路進(jìn)行設(shè)定，調(diào)整操作。
4.3趨勢(shì)功能
操作員可通過(guò)菜單或按鈕進(jìn)入實(shí)時(shí)曲線畫(huà)面或歷史曲線畫(huà)面，可選擇需要的工藝參數(shù)查看實(shí)時(shí)曲線或歷史曲線，可同時(shí)顯示多條實(shí)時(shí)曲線，可對(duì)曲線進(jìn)行放大或縮小，可任意選擇需要查看的時(shí)間段。
根據(jù)采集到的信息，建立各類信息數(shù)據(jù)庫(kù)并對(duì)各類工藝參數(shù)值作出趨勢(shì)曲線（含歷史數(shù)據(jù)），供調(diào)度員分析比較，以便找出污水處理廠的最佳運(yùn)行規(guī)律，分析事故原因，改進(jìn)管理方法，保證出水水質(zhì)，提高經(jīng)濟(jì)效益。
記錄生產(chǎn)所要求的所有參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)，記錄時(shí)間不小于三年，并可根據(jù)要求任意設(shè)置。對(duì)重要的數(shù)據(jù)進(jìn)行在線存儲(chǔ)。可以通過(guò)歷史報(bào)表或者歷史趨勢(shì)曲線的方式來(lái)檢索歷史數(shù)據(jù)。
4.4報(bào)警功能
報(bào)警設(shè)有優(yōu)先級(jí)管理，任意管理均在屏幕上顯示，顯示所有報(bào)警列表及報(bào)警的詳細(xì)內(nèi)容。監(jiān)控計(jì)算機(jī)的顯示畫(huà)面的頂部或底部應(yīng)設(shè)置一個(gè)報(bào)警條。在報(bào)警條內(nèi)顯示最近三個(gè)報(bào)警未消失未被確認(rèn)報(bào)警的詳細(xì)內(nèi)容，操作員通過(guò)畫(huà)面切換選擇報(bào)警表，報(bào)警表內(nèi)顯示中控操作站計(jì)算機(jī)中配置的所有報(bào)警列表及報(bào)警的詳細(xì)內(nèi)容。報(bào)警的詳細(xì)內(nèi)容包括：
報(bào)警的當(dāng)前狀態(tài)；
每個(gè)“未消失”的報(bào)警發(fā)生時(shí)間；
每個(gè)“消失”的報(bào)警發(fā)生時(shí)間及“消失”的時(shí)間；
每個(gè)“已確認(rèn)”的報(bào)警的確認(rèn)時(shí)間和用戶；
當(dāng)報(bào)警出現(xiàn)時(shí)，報(bào)警打印機(jī)立即打印報(bào)警信息。
4.5操作記錄
系統(tǒng)發(fā)生的較大情況（如設(shè)備故障、越限報(bào)警、大型設(shè)備的啟停等情況）或操作人員對(duì)設(shè)備的操作、參數(shù)的調(diào)整，可通過(guò)事件記錄功能記錄下這些情況和操作過(guò)程作為今后分析事故的基礎(chǔ)資料。事件記錄的內(nèi)容包括各種事件信息、事件發(fā)生時(shí)的用戶、事件發(fā)生的時(shí)間等。
4.6報(bào)表打印
系統(tǒng)自動(dòng)記錄各種工藝運(yùn)行數(shù)據(jù)，將所有數(shù)據(jù)歸納匯總形成報(bào)表，報(bào)表可定時(shí)打印或召喚打印，操作員也可通過(guò)菜單或按鈕進(jìn)入報(bào)表畫(huà)面查看歷史報(bào)表。
自動(dòng)生成的生產(chǎn)報(bào)表（班/日/月）供生產(chǎn)管理之用，機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)六個(gè)月的信息量。采用了DDE技術(shù)，從而使用戶能夠直接使用Excel編制報(bào)表，借助Excel的強(qiáng)大功能，用戶可以隨心所欲地編制各種各樣的報(bào)表。無(wú)論是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的報(bào)表，還是歷史數(shù)據(jù)的報(bào)表均可以實(shí)現(xiàn)。
5污水處理自控系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)
基于LK系列PLC的污水處理系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：
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可用性和可靠性
系統(tǒng)組件的設(shè)計(jì)符合真正的工業(yè)等級(jí)，控制系統(tǒng)能在嚴(yán)格的工業(yè)環(huán)境下長(zhǎng)期、穩(wěn)定地運(yùn)行，盡可能降低控制系統(tǒng)故障風(fēng)險(xiǎn)，保證能源收益，確保水處理廠7×24小時(shí)的不間斷供水服務(wù)。
LK冗余方案可確保工藝過(guò)程高度可靠地運(yùn)行，如果主CPU模塊出現(xiàn)故障，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)快速、穩(wěn)定地?zé)o擾切換到備用CPU模塊，可以避免因?yàn)榭刂茖映霈F(xiàn)問(wèn)題而導(dǎo)致的負(fù)面效應(yīng)以及生產(chǎn)過(guò)程停頓。
PLC控制站一般設(shè)于高電磁干擾環(huán)境，如提升泵房、鼓風(fēng)機(jī)房、變配電所等，我們的控制系統(tǒng)具有較強(qiáng)的電磁兼容性，系統(tǒng)采用各種隔離、抗干擾設(shè)計(jì)，保證系統(tǒng)能在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行。
PLC控制站與遠(yuǎn)程IO站之間距離較遠(yuǎn)，本系統(tǒng)PLC鼓風(fēng)機(jī)房控制站與4個(gè)生物池遠(yuǎn)程IO站采用DP光纖網(wǎng)絡(luò)通訊，由于采用光纖通訊，大大提高了通訊的可靠性。LK的DP光纖通訊模塊可以實(shí)現(xiàn)PLC控制主站與遠(yuǎn)程IO站的4級(jí)冗余通訊，每一級(jí)的通訊距離可以達(dá)到5KM，能夠充分滿足大型污水處理廠PLC控制主站與遠(yuǎn)程IO站通訊距離遠(yuǎn)的需求。
水處理環(huán)境可能因遭受污染并加速設(shè)備中電子元件的老化，我們可提供特殊的保護(hù)工藝（保護(hù)涂層）的模塊，提高元件在腐蝕性化學(xué)品和腐蝕性環(huán)境中的使用壽命，避免意外停機(jī)，降低維護(hù)成本。
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節(jié)能降耗方案
電能成本占水處理設(shè)施總運(yùn)營(yíng)成本的1/3，主要耗電設(shè)備為水泵和風(fēng)機(jī)，我們可提供優(yōu)化的變頻控制方案，使被損耗的電能可以降低到額定值的50%到80%。
對(duì)于非變頻電機(jī)設(shè)備，如格柵、螺旋輸送器、攪拌器，我們可提供工藝優(yōu)化控制庫(kù)，如定時(shí)控制與設(shè)定參數(shù)相結(jié)合的控制，使這些設(shè)備在相應(yīng)工藝條件下，發(fā)揮最大的效率，最大程度地降低電能的損耗。
在數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控層（SCADA），可以使用數(shù)據(jù)分析等工具來(lái)創(chuàng)建報(bào)告，并分析過(guò)程數(shù)據(jù)，從而對(duì)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)，最終降低電能消耗。
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開(kāi)放性和兼容性
基于標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的通訊網(wǎng)絡(luò)可非常方便地將第三方設(shè)備接入，如污泥脫水機(jī)、加氯加藥系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)，可以顯著提高針對(duì)復(fù)雜工藝過(guò)程的控制能力，且允許大量過(guò)程反饋信息傳輸，支持設(shè)備參數(shù)訪問(wèn)功能，可提高系統(tǒng)的性能與診斷能力。
支持與各種上位監(jiān)控軟件（如iFIX、INTOUCH、組態(tài)王、MCGS、力控等），以及主流品牌觸摸屏（如Pro-Face、HITECH、eView、Weinview、nTouch）通訊，只要HMI支持標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議，都可以很方便的進(jìn)行連接。
強(qiáng)大的擴(kuò)展功能可為遠(yuǎn)期擴(kuò)容、升級(jí)改造預(yù)留接口及容量。
過(guò)程診斷和在線維護(hù)
提供的強(qiáng)大診斷功能，能夠方便、高效訪問(wèn)相關(guān)信息，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致故障的根本原因以及需要修正的過(guò)程參數(shù)等，以便提前發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中存在的問(wèn)題，可以避免設(shè)備意外停機(jī)，從而降低運(yùn)營(yíng)成本。
所有模塊支持帶電插拔，可以在系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)下更換故障模塊，不會(huì)因?yàn)閱蝹€(gè)模塊的更換而使整個(gè)系統(tǒng)停機(jī)等待，大大降低了系統(tǒng)的維護(hù)成本。
防混銷設(shè)計(jì)防止插錯(cuò)模塊引起不必要的損壞，確保系統(tǒng)順利運(yùn)行，且更換模塊時(shí)只需直接更換模塊，無(wú)需重新接線，維護(hù)更方便。
支持SD卡功能，在不方便使用計(jì)算機(jī)的情況下，可進(jìn)行系統(tǒng)恢復(fù)、升級(jí)，使維護(hù)更加方便、快捷。
操作站安裝上位監(jiān)控組態(tài)軟件及LK編程軟件PowerPro V4，具有強(qiáng)大的功能，可方便、直觀地進(jìn)行上位機(jī)組態(tài)和PLC編程，且支持在線下載、在線修改以及離線仿真調(diào)試等功能。
6結(jié)束語(yǔ)
本文論述了基于LK系列PLC的污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，充分發(fā)揮了LK可編程控制器配置靈活、控制可靠、開(kāi)放性強(qiáng)和在線維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，為整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠保障。基于LK的自動(dòng)控制系統(tǒng)已在多個(gè)污水處理廠得到實(shí)際應(yīng)用，為企業(yè)帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益。
參考文獻(xiàn)
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