于LK冗余方案的紀(jì)莊子污水處理廠自控系統(tǒng)升級改造
加入技術(shù)交流群
3.2現(xiàn)場控制級（PLC控制站或控制層）
控制層是實現(xiàn)系統(tǒng)自動控制的關(guān)鍵，控制層的PLC通過程序控制整個污水處理廠設(shè)備按照工藝要求自動運轉(zhuǎn)，并實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備運行狀態(tài)的采集，現(xiàn)場參數(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，并最終通過工業(yè)數(shù)據(jù)庫軟件King Historian進(jìn)行存儲。
按照工藝流程和構(gòu)筑物分布特點，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)提供分級的用戶進(jìn)入密碼系統(tǒng)，所以低級操作員只能進(jìn)入基本操作功能，同時較高級別的操作人員，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畫面為操作員了解生產(chǎn)過程狀態(tài)提供了顯示窗口，并能支持以下幾類畫面：
總貌畫面：顯示系統(tǒng)各設(shè)備，裝置，區(qū)域的運行狀態(tài)以及全部過程參數(shù)變量的狀態(tài)，測量值，設(shè)定值，控制方式（手動/自動狀態(tài)），高低報警等信息，從各顯示塊可以調(diào)出其它畫面。
分組畫面：以模擬儀表的表盤形式按事先設(shè)定的分組，同時顯示幾個回路的信息，如過程參數(shù)變量的測量值，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，操作員可從分組畫面調(diào)出任一變量（模擬量或離散量）的詳細(xì)信息。
單點畫面（調(diào)整畫面）：顯示一個參數(shù)，控制點的全部信息以及實時趨勢和歷史趨勢，從調(diào)整畫面也可直接對模擬回路進(jìn)行設(shè)定，調(diào)整操作。
4.3趨勢功能
操作員可通過菜單或按鈕進(jìn)入實時曲線畫面或歷史曲線畫面，可選擇需要的工藝參數(shù)查看實時曲線或歷史曲線，可同時顯示多條實時曲線，可對曲線進(jìn)行放大或縮小，可任意選擇需要查看的時間段。
根據(jù)采集到的信息，建立各類信息數(shù)據(jù)庫并對各類工藝參數(shù)值作出趨勢曲線（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)，記錄時間不小于三年，并可根據(jù)要求任意設(shè)置。對重要的數(shù)據(jù)進(jìn)行在線存儲?？梢酝ㄟ^歷史報表或者歷史趨勢曲線的方式來檢索歷史數(shù)據(jù)。
4.4報警功能
報警設(shè)有優(yōu)先級管理，任意管理均在屏幕上顯示，顯示所有報警列表及報警的詳細(xì)內(nèi)容。監(jiān)控計算機(jī)的顯示畫面的頂部或底部應(yīng)設(shè)置一個報警條。在報警條內(nèi)顯示最近三個報警未消失未被確認(rèn)報警的詳細(xì)內(nèi)容，操作員通過畫面切換選擇報警表，報警表內(nèi)顯示中控操作站計算機(jī)中配置的所有報警列表及報警的詳細(xì)內(nèi)容。報警的詳細(xì)內(nèi)容包括：
報警的當(dāng)前狀態(tài)；
每個“未消失”的報警發(fā)生時間；
每個“消失”的報警發(fā)生時間及“消失”的時間；
每個“已確認(rèn)”的報警的確認(rèn)時間和用戶；
當(dāng)報警出現(xiàn)時，報警打印機(jī)立即打印報警信息。
4.5操作記錄
系統(tǒng)發(fā)生的較大情況（如設(shè)備故障、越限報警、大型設(shè)備的啟停等情況）或操作人員對設(shè)備的操作、參數(shù)的調(diào)整，可通過事件記錄功能記錄下這些情況和操作過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)生時的用戶、事件發(fā)生的時間等。
4.6報表打印
系統(tǒng)自動記錄各種工藝運行數(shù)據(jù)，將所有數(shù)據(jù)歸納匯總形成報表，報表可定時打印或召喚打印，操作員也可通過菜單或按鈕進(jìn)入報表畫面查看歷史報表。
自動生成的生產(chǎn)報表（班/日/月）供生產(chǎn)管理之用，機(jī)內(nèi)存儲六個月的信息量。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表。無論是實時數(shù)據(jù)的報表，還是歷史數(shù)據(jù)的報表均可以實現(xiàn)。
5污水處理自控系統(tǒng)的應(yīng)用特點
基于LK系列PLC的污水處理系統(tǒng)具有如下特點：
?
可用性和可靠性
系統(tǒng)組件的設(shè)計符合真正的工業(yè)等級，控制系統(tǒng)能在嚴(yán)格的工業(yè)環(huán)境下長期、穩(wěn)定地運行，盡可能降低控制系統(tǒng)故障風(fēng)險，保證能源收益，確保水處理廠7×24小時的不間斷供水服務(wù)。
LK冗余方案可確保工藝過程高度可靠地運行，如果主CPU模塊出現(xiàn)故障，系統(tǒng)將會自動快速、穩(wěn)定地?zé)o擾切換到備用CPU模塊，可以避免因為控制層出現(xiàn)問題而導(dǎo)致的負(fù)面效應(yīng)以及生產(chǎn)過程停頓。
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，保證系統(tǒng)能在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境中穩(wěn)定運行。
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現(xiàn)PLC控制主站與遠(yuǎn)程IO站的4級冗余通訊，每一級的通訊距離可以達(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。
?
節(jié)能降耗方案
電能成本占水處理設(shè)施總運營成本的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，如定時控制與設(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)分析等工具來創(chuàng)建報告，并分析過程數(shù)據(jù)，從而對過程進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)，最終降低電能消耗。
?
開放性和兼容性
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)，可以顯著提高針對復(fù)雜工藝過程的控制能力，且允許大量過程反饋信息傳輸，支持設(shè)備參數(shù)訪問功能，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、升級改造預(yù)留接口及容量。
過程診斷和在線維護(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程參數(shù)等，以便提前發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中存在的問題，可以避免設(shè)備意外停機(jī)，從而降低運營成本。
所有模塊支持帶電插拔，可以在系統(tǒng)運行狀態(tài)下更換故障模塊，不會因為單個模塊的更換而使整個系統(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)計防止插錯模塊引起不必要的損壞，確保系統(tǒng)順利運行，且更換模塊時只需直接更換模塊，無需重新接線，維護(hù)更方便。
支持SD卡功能，在不方便使用計算機(jī)的情況下，可進(jìn)行系統(tǒng)恢復(fù)、升級，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
本文論述了基于LK系列PLC的污水處理廠自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，充分發(fā)揮了LK可編程控制器配置靈活、控制可靠、開放性強(qiáng)和在線維護(hù)方便等優(yōu)點，為整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提供了可靠保障?；贚K的自動控制系統(tǒng)已在多個污水處理廠得到實際應(yīng)用，為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會效益。
參考文獻(xiàn)
[ 1 ] 陶俊杰，《城市污水處理技術(shù)及工程實例》[M]，化學(xué)工業(yè)出版社，2005
[ 2 ] 夏暢斌，羅彬，尹奇德《污水處理機(jī)械化與自動化》[M]，化學(xué)工業(yè)出版社，2008
[ 3 ] 胡壽松，《自動控制原理》[M]，科學(xué)出版社，2009
電容傳感器相關(guān)文章:電容傳感器原理
評論