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摘要
上海某污水處理廠處理能力在1萬m³/日。控制系統(tǒng)選用S7-300 PLC加PROFIBUS分布式IO是一種即經(jīng)濟又切合實際的解決方案。由于PROFIBUS是國際現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，具有開放性好、第三方產(chǎn)品種類多、產(chǎn)品互換性兼容性好的特點。本系統(tǒng)選用北京鼎實科技的PROFIBUS分布式IO連接西門子S7-300 PLC，不僅使系統(tǒng)性能價格比提高，還增加了在線IO模塊診斷、安全輸出等功能，值得同行借鑒、推廣。
1、自控系統(tǒng)的硬件選擇
污水處理主要是順序邏輯控制，這正是PLC控制的優(yōu)勢所在。在此工程中，PROFIBUS主站選S7-300 PLC，分布式IO選用北京鼎實公司DS300B系列PROFIBUS分布式IO。DS300B系列是可擴展模塊。PROFIBUS通訊適配器CC-PB-1.0帶有標(biāo)準(zhǔn)PROFIBUS-DP接口，開關(guān)量、模擬量模塊通過冗余的CAN BUS進行擴展，最多可以擴展16個模塊。各種單獨的模塊之間可進行廣泛的組合以用于擴展。人機界面選用昆侖通態(tài)品牌，并配北京鼎實公司的PROFIBUS轉(zhuǎn)MODBUS橋接模塊，使昆侖通態(tài)HMI連接到DP總線上。
2、總體控制要求及功能
污水處理廠自控系統(tǒng)的要求是對污水處理過程進行自動控制和自動調(diào)節(jié)，使處理后的水質(zhì)指標(biāo)達到要求的范圍；在中控室發(fā)出上傳指令時，將當(dāng)前時刻運行過程中的主要工作參數(shù)（水質(zhì)參數(shù)、流量、液位等）、運行狀態(tài)及一定時間段內(nèi)的主要工藝過程曲線等信息上傳到中控室。功能如下：
（1）控制操作：
在中心控制室能對被控設(shè)備進行在線實時控制，如啟停某一設(shè)備，調(diào)節(jié)某些模擬輸出量的大小，在線設(shè)置PLC的某些參數(shù)等。
（2）顯示功能：
用圖形實時地顯示各現(xiàn)場被控設(shè)備的運行工況，以及各現(xiàn)場的狀態(tài)參數(shù)。
（3）數(shù)據(jù)管理：
依據(jù)不同運行參數(shù)的變化快慢和重要程度，建立生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)庫，存儲生產(chǎn)原始數(shù)據(jù)，供統(tǒng)計分析使用。利用實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行比較和分析，得出一些有用的經(jīng)驗參數(shù)，有利于優(yōu)化曝氣池的準(zhǔn)閉環(huán)控制，并把一些必要的參數(shù)和結(jié)果顯示到實時畫面和報表中去。
（4）報警功能：
當(dāng)某一模擬量（如電流、壓力、水位等）測量值超過給定范圍或某一開關(guān)量（如電機啟停、閥門開關(guān)）閥發(fā)生變位時，可根據(jù)不同的需要發(fā)出不同等級的報警。
（5）打印功能：
可以實現(xiàn)報表和圖形打印以及各種事件和報警實時打印。打印方式可分為：定時打印、事件觸發(fā)打印。
3、系統(tǒng)構(gòu)成及其布局
如果采用常規(guī)集中控制方式，將現(xiàn)場信號通過電纜連接到集中控制室內(nèi)的PLC上，由于工藝線路長、現(xiàn)場控制點分布范圍廣，需要敷設(shè)大量的電纜及橋架，且現(xiàn)場環(huán)境惡劣、施工難度非常大。鑒于此，采用了PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)，根據(jù)工藝劃分，系統(tǒng)共設(shè)了兩個主站、兩個子站、兩個操作員站。主站采用CPU315-2DP，子站采用北京鼎實公司DS300B系列分布式IO遠程模塊，用于現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和控制，并借助PROFIBUS（工業(yè)現(xiàn)場總線），方便控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建立。其自控系統(tǒng)見下圖
控制級主要功能是接收管理層設(shè)置的參數(shù)或命令，對污水處理生產(chǎn)過程進行控制，將現(xiàn)場狀態(tài)輸送到管理層。根據(jù)本廠工藝流程和總平面布置，結(jié)合馬達控制中心MCC的位置和供配電范圍，按照控制對象的區(qū)域、設(shè)備數(shù)量，以就近采集和單元控制為劃分區(qū)域的原則，在曝氣池旁中控室設(shè)主站PLC。在進水泵房、脫水機房設(shè)兩座現(xiàn)場子站，主站與現(xiàn)場子站之間采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線。現(xiàn)場子站采用北京鼎實公司DS300B系列分布式IO，每個DS300B由1個PROFIBUS通訊適配器模塊和其它若干數(shù)字量、模擬量輸入及輸出模塊組成。
進水泵房現(xiàn)場從站PLC－1監(jiān)控范圍為粗格柵、進水泵房、細格柵、沉砂池等，其主要控制對象為粗細格柵間的粗細格柵及進水電動閘門、進水泵房的污水提升泵、沉砂池的排砂裝置和砂水分離等設(shè)備，此外，還負責(zé)進水水質(zhì)如PH、SS（濁度測量）等參數(shù)的在線檢測。其I/O配置為：DI＝138、DO＝58、A1＝16 、AO＝4。
脫水機房現(xiàn)場子站PLC－2監(jiān)控范圍為脫水機房、儲泥池，其主要控制對象為儲泥池的攪拌器、電動閥門，脫水機房的進泥泵、輸送機、濃縮機、加藥系統(tǒng)等設(shè)備。其I/O配置為：DI＝48、DO＝16、Al＝8。
曝氣池主站PLC監(jiān)控范圍為厭氧池、曝氣池、鼓風(fēng)機房，主要完成對處理工藝參數(shù)的監(jiān)測控制，如對溶解氧、污泥濃度、pH值、ORP值等參數(shù)的測控。對曝氣設(shè)備、攪拌設(shè)備、排水設(shè)備及剩余泵等進行操作控制，以滿足對處理出水水質(zhì)的要求。其I/O配置為：DI＝184、DO＝60、A1=24。
4、系統(tǒng)軟件
計算機操作系統(tǒng)采用Microsoft Windows 2000 Professional中文版操作系統(tǒng)。歷史數(shù)據(jù)庫采用Microsoft SQLServer 2000中文版軟件。上位機監(jiān)控軟件采用Wincc5.1組態(tài)軟件來實現(xiàn)。
2）MCGS組態(tài)軟件實現(xiàn)了對整個系統(tǒng)的開關(guān)量、狀態(tài)量、電量、模擬量的采集和處理，并顯示在工作站的HMI上；對一些污水處理廠重要的物理量如各個進水泵的電流、頻率、出口壓力等都實時顯示在工作站的主界面上，便于調(diào)度員及時掌握系統(tǒng)的運行情況。
3）數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上安裝Microsoft SQL2000中文版數(shù)據(jù)庫軟件，用來儲存整個污水廠重要的歷史數(shù)據(jù)，通過MCGS與Microsoft SQL 2000的通訊來讀取歷史數(shù)據(jù)。單獨設(shè)計一個數(shù)據(jù)庫服務(wù)器可以避免因為系統(tǒng)局部故障導(dǎo)致歷史數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象的發(fā)生。
4）STEP7可以利用IEC-1131標(biāo)準(zhǔn)中八種編程語言中的6種（STL、LAD、FBD、CFC、SFC和SCL）進行編程。
5、結(jié)束語
通過應(yīng)用北京鼎實公司DS300B系列分布式IO替代西門子ET200方案，在保證工程質(zhì)量的前提下大大降低了硬件成本。此方案自控系統(tǒng)在該污水處理廠投入使用以來，運行至今系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠。設(shè)備具有調(diào)試簡單、操作方便、使用安全、效率高、故障率低，污水處理效果好的特點，提高了勞動生產(chǎn)率，同時由于軟硬件均采用模塊化結(jié)構(gòu)，方便了工程技術(shù)人員的安裝、調(diào)試和維修。
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