西门子6ES7223-1PH22-0XA8支持验货
1 引言
公司工程技术人员针对电厂生产废水处理的特点和工程实例，经过数百次的反复试验研究，成功研制一种新型、高效、低运行成本的处理工艺，并将该工艺应用于佛山市光明发电厂有限公司的污水处理中。经过一年多的调试运转，经检测，该工艺的各项指标均达到了国家污水综合排放标准GB8978-1996中的一级排放标准。
由于污水处理的环境恶劣且一些工艺参数要求严格，在人工操作时，会因操作人员的错误判断而影响处理效果，甚至造成不可挽回的损失。在该工程中，我们设计了PLC自动控制系统，实现了污水处理过程的自动控制，工艺过程的操作和工艺参数显示均通过触摸屏实现，工作人员通过触摸屏设置好必要的参数后，只需监控处理过程，进行一些必要的干预。
2污水处理工艺流程简介
电厂含油废水是由离心分离机脱水及维修设备时产生，废水的酸碱度变化大，水质的含油量变化大，乳化程度高，一般的处理系统受各种因素影响比较大(水量、含油量、酸碱度)，造成各项排放指标超标(电厂废水排放标准COD≤100ppm.SS≤70ppm,含油率≤5ppm)。以下介绍一种新型的处理工艺，其流程如图1所示。
废水的处理过程:前级采用旋流分离器对含油废水进行预处理，它利用两种不相溶液体的比重差，在压差的条件下，产生高速旋转，使得密度高的水抛出，密度小的油溢出，实现油水的高效分离，它相对于自然重力沉降平流隔油高效得多，离心分离后能有效地除去大部分的浮重油，降低次级负荷(降低加药量)，次级采用竖流沉淀池进行破乳、絮凝沉淀，在竖流沉淀加药池的混凝方式是加药方向与被处理的废水相对流，保证充分、快速混凝。为配合发挥药物的佳功效，采用特殊的控制方式响应系统各种因素的变化，通过絮凝沉淀完成对石油及SS的有效处理，后级采用氧化-过滤器对COD进行有效降解。系统的COD主要由维修分厂的废水产生，成分主要为芳烃族类，氧化—过滤器通过撞击流的方式，利用气水高速相撞，改变芳烃族类的理化特性，从而降解系统的COD。废水经过以上工艺处理后环保考核的主要三项指标COD、SS、含油率达到了国家一级排放标准(COD≤100ppm.SS≤70ppm,含油率≤5ppm)。
3 PLC控制系统结构
3.1 硬件结构
自控系统分为两级:上位监视级和下位控制级，如图2所示。监视级由一台日本Hakko公司的V606i型触摸屏和一台打印机组成，实现现场工作状态的同步监视，并可随时打印现场的运行数据。控制级由一台S7-200CPU224 型可编程逻辑控制器(PLC)及一个模拟量采集模块EM 235、一个I/O扩展模块EM223和触摸屏组成。其中，PLC用于**采集、1＃、3＃计量泵的输出信号处理和反洗水泵、搅拌泵、空压机、抽水泵的控制;EM235用于PH计的信号输入和2＃计量泵的输出信号处理;EM223用于水位信号采集和漩流分离器、撞击流装置的控制;触摸屏除了提供监视功能，也具有控制功能，可通过它设定参数及实现对每个系统设备的单独控制。触摸屏和PLC之间通过RS-442/485转换线通信。
3.2软件构成
S7-200型PLC的组态编程采用STEP7软件，该软件基于WIN32或以上版本，具有在PC上对S7-200控制系统进行常规配置、程序编辑、编译及反编译、监控和在线命令等功能。V606i型触摸屏的编程采用V-SFT软件设计，这是HAKKO公司V6系列触摸屏用户画面的专用软件。它运行于bbbbbbs95/98/NT操作系统，仅需指定PLC的型号，当向V6下载画面数据时，对应的PLC通讯程序就会自动下载到V6中，两者之间的兼容不存在任何问题。
4PLC控制系统的功能
为**处理效率，减轻工人的劳动强度，保证设备正常运行，PLC控制系统具有生产过程自动控制、在线监视、故障显示报警、生成报表等基本功能。
4.1生产过程自动控制
本控制系统的检测仪表为多种类、在线连续检测，其中包括液位、**、pH值的测量和控制。pH计测量的4～20mA信号和**计的脉冲信号输入PLC，经程序运算处理后传输至触摸屏监视和打印，并通过程序里的公式运算，分别输出高速脉冲和4～20mA信号至两个计量泵，进行污水的絮凝剂PAC(聚合氯化铝)和PAM(聚丙稀酰胺)的自动调节。检测仪表的控制信号(液位上下限)送至PLC参与系统的逻辑控制。主要控制回路介绍如下:
含油废水一般是中性的，pH值在6～8之间，但当维修车间清洗时，废水将带有碱性，如果pH值超过9，将会对废水的絮凝效果产生影响，要加酸中和，将污水的pH值调节至6.5～7.5。PAC和PAM的加入也必须按一定的顺序和比例，才能达到好的絮凝效果。
影响污水处理效果的主要调节回路有污水加酸中pH值的控制和PAC、PAM加入量的控制，现分别加以详细说明。
(1)污水的pH值调节
我们选用了一台台湾JENCO公司生产的3675型工业式酸度/氧化还原测试仪对pH进行控制。这种控制器除实现pH值检测外，还具备两组开关控制输出(上下限报警)和pH值讯号输出(4~20mA)。我们可通过控制器设定pH值的上下限，将两组开关控制信号输出至PLC，通过程序运算，输出信号，控制3＃计量泵的开停。也可以通过触摸屏上设计的按钮，直接控制3＃计量泵，实现pH值的手动调节。pH值讯号(4~20mA)输出至PLC，经程序换算为数值在触摸屏上显示。
(2)PAC、PAM加入量的控制
由于选用的是日本TACMINA公司的PZi4型计量泵，它可以接收模拟量或脉冲量信号控制，我们将涡轮**计的脉冲信号输入PLC，通过程序内高速计数器计算脉冲数和公式换算,得出PAC、PAM的加药量，再通过程序进行数模转换，由PLC和扩展模块分别输出脉冲信号和模拟量信号来控制1＃、2＃计量泵，使PAC、PAM可以随着**的连续变化而变化，从而使污水处理效果稳定、高效。通过触摸屏可以设定相关参数，或通过界面上内置的高值、中值、低值三个按钮方便快捷地改变参数，还可以在触摸屏上直接输入加药量，对系统进行调控，实现加药量的手动调节。加药量经程序换算为数值在触摸屏上显示。
4.2在线监视、报警功能
对系统运行参数、水位状态、设备状态、各种越限报警信号，进行实时监测、处理、记录和显示。
(1)工艺图的切换
PLC和触摸屏的程序开发时，在触摸屏的屏幕上可以显示动态的工艺流程图和8个子界面，在这些界面上可以显示现场设备的运行状况、仪表检测数据，以及某些工艺参数的变化趋势、历史记录。操作人员可以直接在触摸屏上了解处理系统的运行状态，并且可以随时切换每个界面，调整工艺参数和对自控系统进行干预。
(2)工作流程的自动监控
现场操作人员可在触摸屏上设置各项参数，操作水泵、设备，实现流程的监视、选择流程的启动和停止。触摸屏程序组态了扇形图和柱状图显示**和pH值数据，并将数据记录在历史趋势图中，以更直观地观测生产数据和分析运行过程。
(3)越限报警
控制系统对生产中出现的负载故障和控制参数越限(如pH值超过上限)有声光报警功能，以引起操作人员注意，及时采取措施排除故障，从而使生产恢复正常。
4.3报表功能
为将污水处理情况记录下来，可根据需要由操作人员通过触摸屏的打印输出功能，将里面的一些重要检测数据和历史趋势图打印出来。
5结束语
从近一年的运行情况来看，该控制系统完全满足电厂污水处理工艺的要求，**了处理效率，降低了工人的劳动强度和运行成本，体现了污水处理站的现代化水平，具有和工艺成套应用及推广的价值。
1 引言
挖泥船监控系统是大型挖泥船的重要组成部分，具有控制设备多、作业流程复杂等特点。工作环境恶劣，粉尘、潮气、盐雾、高温、振动等干扰比较严重。
可编程控制器(PLC)相对于传统的继电器控制方式，可适应恶劣的工业环境，可靠性高;硬件系统可采用模块化结构，易于扩展，具有网络通讯功能;控制功能大部分由软件实现，程序编制容易、修改方便。
2系统简介
2.1 原系统构成
海狸4602号是一艘全液压驱动、非自航的大型挖泥工程船舶。船上布置有液压工作机械20台，其中绞刀系统有液压马达6台;绞刀架起落系统有液压油马达2台，紧定油缸1只;横移系统有液压油马达4台抛锚系统有液压油马达2只;定位桩油缸2只;甲板吊系统有液压油马达2台;绞盘液压油马达1只。由一台卡特柴油机驱动的6台VICKERS双联叶片泵构成该船的液压动力泵站，另有一台小型的应急柴油机驱动1台应急油泵构成应急泵站。所有液压工作机械均采用电磁阀控制，由传统的继电器控制系统进行控制。
海狸4602号的动力部分由5台大型柴油机组成，其中1台1140马力的辅机除了驱动全船的液压泵站外，还驱动1台40KW的发电机进行对全船的供电。4台柴油机(4*863马力)分为2组，由2台相同的柴油机构成串联机组驱动泥浆泵。机组和泥浆泵中间经过一泥泵齿轮箱减速驱动。为保证柴油机和泥泵齿轮箱的安全运行。该船分别在机舱和操纵室内配置有柴油机冷却水位、冷却水温、柴油机润滑油压力、润滑油温度、齿轮箱润滑油压力、冷却水温度的报警系统以及紧急停车系统。这2套系统也由传统的继电器控制系统进行控制。
该船的控制系统经过20多年的使用，部分元器件已经老化，工作的稳定性差。引入PLC对挖泥船的监控系统进行改造有必要提上议事日程。
2.2 控制系统构成
结合海狸4602好挖泥船原有的设备状况，构建PLC监控网络对原控制系统进行改造，利用上位机监视全船设备的运行状态，并根据实际的工况条件，在挖泥过程中采用模糊控制算法，对绞刀速度、绞刀下放深度、横移速度、进桩距离等重要参数进行优控制，实现该船的自动挖泥。
改造后的挖泥船控制系统具有自动和手动2种控制方式，并实现通过上位机对全船设备的运行进行实时监测显示、故障报警和紧急停车的功能。
图1 系统构成原理框图
图1中Controllerbbbb为现场控制网络，其通讯波特率可达2Mbps，通讯距离可达1km，是目前PC与PLC、PLC与PLC之间通讯速率快的通讯系统,CLK单元通过端子板、CLK支持卡通过专用插件与双绞线连接，接线非常方便。CLK单元上内置了终端电阻，通过简单的开关设置就可以配备网络两端点所需的终端电阻。在数据链接上，Controllerbbbb控制网络除使用LR区外，还可以使用IR、CIO、DM和扩展DM区进行链接，每台PLC发送的字数可达1k，发送和接收的总字数可达8k，具有大容量数据链接的功能。但由于其通讯模块价格较高，以此构成的系统成本高。考虑本文的篇幅，暂时不介绍基于Controllerbbbb总线网络的远程实时组态监控系统。
整个监控系统由2台PLC组成现场控制网络，#1PLC负责对液压工作机械控制，它由基本控制单元和6块开关量I/O模块和1块A/D模块组成，完成自动挖泥过程以及对液压系统工作负荷的测量。#2PLC则由5块开关量I/O模块和2块A/D模块组成。主要用于动力部分和各类辅助机械运行参数的分析处理以及全船的故障报警。
2.3控制系统工作原理
(1) 基本逻辑控制过程。
PLC逻辑控制流程见图2所示。PLC是按照重复扫描的方式执行它的操作，它使PLC中的用户程序逐行被解读，并按照操作信号发出的控制命令，实现对液压系统工作过程的控制。
(2) 系统硬件设计
a) 2台PLC均采用OMRON C200型PLC。
CPU单元、输入、输出单元均使用24VDC电源。继电器输出单元C200H-OC225的大通断能力:2A，24V.在实船控制系统中，出于安全可靠方面的考虑，不用PLC的I/O模块直接驱动负载，而是在PLC的输出端设置插件式的半导体负荷驱动板。该驱动板具有无触点开关的优点，本身设置有短路保护环节，带有指示灯熔断器，便于及时维护。
b)操作台和控制柜的布置仍然尊重旧有的工作习惯，基本按照原有的位置进行布置。#1PLC放在驾驶室操作台内，#2PLC放在机舱的报警箱内，以减少输入信号到PLC输入单元的线缆长度。驾驶室操作台实现挖泥操作的所有动作，包括自动挖泥和对绞刀、横移、桥架、抛锚、定位桩的单独控制。具有对机舱和舱面设备的远程控制功能.机舱控制柜主要负责舱内设备的安全报警，包括5台柴油机、液压系统以及辅助设备的运行参数的监控。
c)系统监测与状态显示部分除了沿用过去直观的指针式真空、压力表之外。还在液压系统中设置18个压力传感器，既可以通过数字式仪表对液压系统和柴油机润滑系统的工作压力进行测量监视。也可以采集绞刀、横移、桥架、抛锚、定位桩等装置的工作负荷，将模拟量送PLC的A/D模块进行转换，经过数值计算和信号处理之后，一部分作为开关量信号输出用作液压装置的保护。一部分可以上传至上位机，显示挖泥工作状态。
d)PLC设备的供电。PLC允许供电电源电压的变化幅度为-15%~+10%V，瞬时电源故障时间应不大于10ms。在实际工作中对PLC采取两路供电，**供电的可靠性。一路由交流220V经稳压电源送PLC电源模块，一路作为应急供电措施，用24V蓄电池组作电源，保证应急状态下控制系统能够操作。
(3)系统软件设计
a) 自动挖泥程序设计
绞吸式挖泥船的的挖泥过程是指绞刀的垂向及水平给量与横移速度所形成的合适的切削过程。为此需要控制绞刀在三维空间的准确位置和绞刀的转速。从而要求具有能使垂向、水平给量相当稳定，绞刀切削泥土正常并相应前移的四种自动控制功能。即桥架绞车控制，绞刀转速控制、横移绞车控制、定位桩前移控制。
考虑到海狸4602号挖泥船现有设备的局限性，比如定位桩部分不是采用的定位桩台车装置。在程序设计过程中，在尽可能**挖泥作业自动化水平，简化操作的也充分考虑到系统所应具备的灵活性，以适应复杂多变的施工环境。特别是在遭遇风浪、潮汐、塌方、水下障碍物等意外情况时，仍然离不开人工操作。为了尽量避免误操作给设备运行带来的损坏，在程序设计中加了更多安全联锁保护环节。比如定位桩的下落操作中，为防止定位桩在下落过程中突然提桩，导致定位桩巨大的惯量冲击破坏液压缸装置，在程序中通过设置延时程序取代以往的在定位桩系统的液控单向阀中加装节流螺钉的做法。再比如对横移的启动和停止，也通过程序设置为加减速模式，防止人工操作过程中高速启动和停止对液压系统和缆绳的冲击以及对船体稳定性的影响。所有液压系统的过载保护也在程序中进行互锁，使液压系统在电气和机械上具有双重保护。
整个系统可以在手动工作和自动控制工作方式下操作。上述工作方式的转换由“自动/手动”转换开关来实现。手动方式下，可以对绞刀、横移、桥架、定位桩、抛锚等系统进行单独操作，即在特殊情况下，可以完全由人工进行挖泥操作。
自动方式下，将挖泥操作分为三大块。分别为绞刀自动、横移自动、进桩自动。绞刀自动部分负责将绞刀头调到预定挖泥模式的起始点，实现对绞刀垂直给量的位置控制和绞刀切削厚度控制。横移自动部分主要是根据挖泥过程中的状态参数的反馈量，对横移速度进行控制，保证各种驱动装置不超过负荷，泥浆正常稳定地输送。进桩自动部分则是根据开挖泥层的土质状况，控制绞刀合适的水平进给量。自动挖泥的程序流程见图3。
b) 报警监测程序设计
在挖泥作业过程中，保证设备的安全及正常运转是整个工程成败的基础。#2PLC完成对机舱设备、液压系统、泥泵系统运行参数的采集。实现柴油机润滑油的油压、油温、冷却水水位、水温的极限报警和柴油机飞车状态下的停车保护和紧急停车保护。实现齿轮箱润滑油油压、油温的极限报警和紧急脱泵保护。实现液压系统液
压油位过低和油温过高报警。实现泥泵堵死、吸泥口堵死报警和管道内泥浆浓度过高，流速低于临界流速的堵管报警和泥浆浓度过低的低效率报警。
1TOSLINE-S20网络的系统构成
莱钢中型型钢生产线PLC控制系统主要由加热炉(RHF)、粗轧(BD)、精轧(FM)、精轧辅助1(FM AUX1)、精轧辅助2(FMAUX2)、公用(UT)、热锯/冷床/矫直(HS/CB/SS)、编组/冷锯/检查(CT/CS/IB)、码垛(PB)、打捆/成品/剔除(BM/SB/RB)等10套东芝的T3HPLC控制系统组成，各PLC与操作站和过程机系统通过以太网进行数据通信，而整个PLC控制系统则由东芝的TOSLINE-S20网连接在一起，实现PLC与PLC之间的数据通信，各PLC还通过TOSLINE-S20网与东芝的变频器相连，实现PLC与变频器之间的数据通信。整个PLC控制系统的TOSLINE-S20网络图如图1所示。图1中:OS1—触摸屏;OS2~OS8—操作站;RHFP/C—加热炉过程机;MILL P/C—轧机过程机;VF-A5、T-250、T-350、CYC850-变频器。
2 TOSLINE-S20网络的硬件组成
2.1 SN系列工作站
在TOSLINE-S20系统中，工作站采用东芝公司SN系列模块，即S20-站，S20-站有多种系列，可用于东芝不同型号的PLC和不同的传输介质。模板上有状态指示灯、站号设定开关、站复位开关、传输电缆连接接口、RS232C串行接口等。
2.2 传输介质
TOSLINE-S20网络系统可采用两种类型的传输介质，即同轴电缆和光缆。同轴电缆使用特征阻抗为75Ω的5C-2V(JISC3501)型的细缆，网络覆盖范围可达1km;光缆采用石英玻璃制成的GI型(JIS C6820)50/125μm的光导纤维电缆，网络覆盖范围可达10km。不同的传输介质对应不同的SN模板。莱钢中型型钢生产线采用光缆为传输介质。
2.3 网络互连设备
(1) BNC连接器 同轴电缆的端头均采用BNC-P-5型连接器。
(2) T型头 当连接分支同轴电缆和SN模板时，采用BNC-TA型的T形头。
(3) 星型耦合器是一种光纤分配器，有多路光纤端口，当SN模板与传动通信时，先通过光缆连接SN模板与星型耦合器，再通过星型耦合器使用光缆连接到各个变频器上，以进行数据通信。
3 TOSLINE-S20网络的软件系统
3.1 S-LS软件
S-LS软件是TOSLINE-S20网的专用软件,该软件可运行于IBM及其兼容机上，用于设定传输参数、监视TOSLINE-S20网上各站的运行状态，在该系统中，由S-LS设定的传输参数存储在PLC的EEPROM内。
3.2 T-DPS软件
T-PDS(V1.3)软件是东芝公司提供的编程软件，该编程软件基于bbbbbbsNT/95系统，适用于东芝T-系列PLC，可进行离、在线编程、监视执行状态、数据设定等，操作方面、直观，具有在线跟踪和程序诊断功能[1]。
T-PDS可连接S20-站的串行口(和T3H CPU模块上的编程口一样)，通过S20网对任一站进行远程编程和监控。
4 TOSLINE-S20网络的基本原理
TOSLINE-S20网是一个令牌总线网络，S20网大传输距离10km，通信速率可达2Mbps，大可挂接64个站，传输编码采用曼彻斯特或差分曼彻斯特编码，调制方式采用基带传输方式，提供扫描传输(周期广播)和消息传输(请求传输)通信服务。
在TOSLINE-S20网上，工作站是以数据包的形式来发送信息，数据包包括扫描帧和数据帧。数据包的发送顺序如图2所示，由主工作站发送同步帧，每一个工作站按照其站号顺序依次发送数据包，当后一个工作站发送完毕，主站又重新发送同步帧，开始下一轮的数据传输。其中，S表示同步帧，用于标记一个传输周期(扫描周期)的起始，并使接收端在数据接收过程中始终与发送端保持同步。
目标扫描时间是TOSLINE-S20网的一个重要时间参数，它用来限制一个扫描周期内数据传输的时间。如果传输周期(即工作站从上次获得数据传输令牌到该次获得令牌的时间)比目标扫描时间长，则该工作站只允许发送扫描帧而不能发送数据帧。这样就能保证所有的工作站可以获得相对均等的数据传输机会，并可以防止因接受端的缓存溢出而造成网络堵塞的现象。目标扫描时间必须大于所有工作站发送扫描帧所用的总时间。
在TOSLINE-S20网上始终有一个令牌在网中循环，只有拥有令牌的工作站才有权发送数据。每个工作站都有一个通用存储单元，该存储单元的大小为1024字节。当一个工作站要发送数据时，它将数据写到通用存储单元中，在网上以广播的形式传播。其他工作站将收到的信息暂时存储到通用存储单元中，每个站通用存储单元中的数据在每次扫描周期内都是不一样的。该存储单元在使用之前必须由S-LS软件划分成发送块和接收块，并由T-PDS软件将为每个块分配寄存器地址。
每一个工作站都必须有一个唯一的站号，TOSLINE-S20网允许的站号范围是1-64，站号是通过SN322模块上的旋钮开关设定的，STNH和STNL旋钮分别对应高位和低位，例如，如果STNH=2，STNL=3，则站号对应23。当所有的工作站接入TOSLINE-S20网并上电后，具有小站号的工作站将成为主站，其余的站为从站，主站负责确定整个网络的时钟。站号确定后还必须对每个工作站的数据发送块进行划分，接收块由系统自动设定，这项工作通过S-LS软件来设定。
5 TOSLINE-S20网络的RAS功能
5.1 维护功能
在同轴电缆连接方式下，如果任何一个站下线或掉电，则该异常的站就会从S20系统断开，剩余站的通信将重新启动。如果同轴电缆被损坏，由于出现异常的终端阻抗，则S20系统将不能再继续进行正常的通信。
在光缆连接方式下，如果是发生一个站下线，则该异常的站就会从S20系统断开，剩余站的通信将重新启动;如果是一个站掉电，则S20系统将在掉电的站处把S20系统分成两个独立的S20系统。如果光缆的传送和接收线路均被损坏，则S20系统就被分成两个独立的S20系统;如果只损坏了一根，则S20系统仍将系统分成两个系统，由于其中一个系统的干扰，另一个系统将不能进行正常的通信。
5.2 自诊断功能
S-20系统有下述自诊断功能:
(1) 初始化自诊断
a) 对ROMBCC、RAM读/写、CPU及外围LSI、站号进行检查。若异常，该站将下线，不能再与其它站进行通信，该站需要重新断电后再上电或按SN模板上的复位开关。
b)对传输参数(EEPROM)进行检查，若异常，该站将变为备用状态，不能再进行扫描传输(周期广播)，但还能进行消息传送，该站需要对传输参数进行重新设定。
(2) 运行自诊断
a)对看门狗定时器、异常传输进行检查，若异常，该站将下线，不能再与其它站进行通信，该站需要重新断电后再上电或按SN模板上的复位开关。
b) 对接收帧进行检查，若异常，该站忽略该异常的帧。
c) 对响应进行检查，在消息传输情况下，如果从目的站来的响应没有接收到，该源站将重新发送一次消息帧。
d) 对无信号情况进行检查，如果无信号情况不超过规定的时间(主站下线)，该站将重新组态运行。
5.3 LED指示功能
S20站有STN、ONL和SCAN等LEDs，通过这些LEDs，可以指示各站的运行状态。
5.4 T3H及S-LS监控的RAS信息
S20系统RAS信息(例如站状态、在线映像、备用映像、扫描状态映像等)映射在T3H的专用寄存器(SW)中，该信息可通过T3H的用户程序进行解读。
通过S-LS，也可以监控S20系统的RAS信息(例如站状态、在线映像、扫描状态映像、站下线信息等)。
6 结束语
TOSLINE-S20网络运行情况一直非常稳定可靠，功能比较强大，能完全满足控制要求和生产要