西门子模块6ES7223-1BF22-0XA8使用选型
随着国民经济建设的快速发展，各级政府对环境保护更加关注，各地陆续新建了一大批污水处理厂。这些新建的污水处理厂根据自身特点，对控制系统的性能和价格提出了新的要求。
重庆市奉节污水处理厂采用CASS工艺对生活污水进行处理，日处理量为3万吨。其DCS系统以高性价比的PLC为控制单元，采用商用计算机为监控站。整个系统在实现生产自动化的情况下，有效降低了系统成本，从2004年投产至今运行情况良好。
1 生产工艺简介
污水处理是一种连续的生化反应过程，有氧化沟工艺、AO、SBR、CASS等众多不同的处理工艺。奉节污水处理厂所采用的污水处理工艺为新型改良CASS（Cyclic Activated SludgeSystem，循环式活性污泥法）工艺，属于改进型SBR工艺的一种，由格栅井、CASS池、鼓风机房、加药间、储泥池、脱水机房、接触消毒池组成。该工艺具有以下特点：
（1）可升降的滗水器大限度降低了排水水流对底部沉淀污泥扰动。
（2）抗冲击力强，对难降解有机物的去除效率高，具有脱氮除磷功能。
（3）工艺流程短，占地面积小，建设费用低，运转费用省。
（4）管理简单，运行可靠，出水水质好，无异味。
（5）污泥产量低，污泥性质稳定，不发生污泥膨胀。
2DCS控制系统选型及硬件配置
2．1 DCS系统的选型
重庆市奉节口前污水处理厂为三峡库区国债项目建设的批污水处理厂，根据实际的工艺要求及建设特点，该项目对控制系统提出了如下要求：
（1）受控设备控制点数在800点内。控制工艺较为复杂，我们所需要的算法并不复杂，基本以时间控制和位式控制为主。
（2）控制系统须成熟可靠，便于调试和维护。
（3）考虑到会有第三方产品，网络通讯及其协议须具备开放性和标准性。
（4）测量设备和受控设备均为传统设备，基本不带现场总线通讯能力，输入、输出控制还是以传统的I／O点为基础。
（5）作为国债投资项目，尽可能在满足要求的前提下降低造价。
经过比较，该厂的自动化控制系统采用以PLC为基础的DCS控制系统，该系统在满足生产要求的基础上其性能和价格上取得了很好的平衡。
2．2 基于PLC的DCS系统
传统DCS是针对流程工业的仪表控制系统发展起来的，主要功能是实现连续物理量的监视与调节。PLC是针对传统的继电器控制系统而发展起来的，主要功能是实现开关量的逻辑控制。
一般来说，PLC是一种局部的控制器，但随着应用规模的扩大以及工业以太网的出现，多台PLC能够互连起来而形成的较大控制系统。与单个的PLC相比有几点重大的改变：
（1）在网络上挂接了在线的通用计算机，其作用一是实现系统组态、编程和下装，二是在线监视被控过程的状态。这样，一个具有现场控制层和协调控制层的DCS雏形就出现了。
（2）在PLC中增加了模拟量I／O接口和数值计算功能，这样，PLC就不仅可以完成逻辑控制，也可以完成模拟量监测及控制和混合控制的功能。
（3）越来越多的PLC厂家把专用的网络改成为通用的网络，这样就使PLC有条件和其它各种计算机系统和设备实现集成，以组成大型的控制系统。
上述几点改变使得PLC组成的系统具备了DCS的形态。由于PLC产品已经进入市场多年，其I／O接口、编程方法、网络通信都趋于标准化和适应开放系统的要求，通过扩展能够增加现场总线通讯功能。加上PLC在价格上的优势，使得PLC在分布式控制系统领域有着很重要的地位，在很多应用领域具有相当大的竞争优势。本文来自PLC资料网http://www.plcclub.com
2．3奉节污水处理厂DCS系统配置及构成
DCS控制系统以工业以太网这种开放式的网络结构为基础，由三个下位控制站PLC0、PLC1、PLC2站，1个上位工程师站、1个上位操作员站组成。其拓扑结构如图1所示。
PLC0控制站安装在中央管理中心的大屏幕马塞克模拟显示屏内，通过以太网采集各设备的状态信号并用RS232的通讯方式与马赛克屏通讯，将生产的整个流程以及设备状态显示出来。
PLC1安装在变配电所，负责控制格栅井、污水提升泵、沉砂池、1号CASS池、2号CASS池、3号CASS池、鼓风机房、储泥池及流量井流量检测、接触消毒池的部分检测控制、配电室的部分电力参数监测。
PLC2安装于加药间。用于控制加药间的电磁阀、搅拌器、隔膜泵在内的全套加药设备。
中央管理中心的两台监控计算机采用DELL公司的OptiPlex系列台式机。OptiPlex系列台式机定位于初级服务器应用，在高性能的前提下其专门设计的钢丝屏蔽层结构以及散热系统保证了系统的高可靠性和稳定性。所采用的监控软件是基于微软的bbbbbbs2000平台的，商用机对操作系统的兼容性比工控机略好。
该厂整个控制的系统信息交换层和控制层两层合一。采用先进的工业以太网，具有高速可靠的特点。工业以太网是以传统以太网为基础，针对工业控制的要求，改良后的一种信息及控制网，具有一网到底和降低网络造价的特点。
3 自控系统功能
3．1 监控软件
监控软件采用开物2000软件，开物2000为北京华富慧通开发的一款通用监控软件，该软件对OPC通讯方式支持较好。 OPC（OLEfor ProcessContro1）是基于COM（Component bbbbbb Mode1）和 DCOM（DistributedComponent bbbbbbMode1）技术的面向对象软件协议。OPC为现场设备、自动控制应用软件和企业管理应用软件之间提供了开放、一致的接口规范，为来自不同供应商的软、硬件提供“即插即用”的连接。
本系统的监控软件和DCS硬件之间的通讯协议采用OPC方式，ROCKWELL的RSLINX软件为OPCSEVER端而监控软件作为OPC CLIENT读取数据，采用该方式通讯避免了监控软件对DCS系统驱动程序支持不完善的情况发生。
3．2 控制方式X
为便于操作调试和事故的紧急处理，系统控制方式分为三种：
（1）就地手动方式。即通过就地控制箱或MCC上的按扭、开关操纵设备。
（2）遥控方式。通过中央管理中心的两台计算机在手动模式下控制设备。
（3）自动方式。系统根据工况自动完成设备的启停、调节控制。
遥控和就地控制方式的切换由MCC柜或就地控制箱完成；自动方式和遥控方式的切换由两台监控计算机完成。
3．3 监控功能
两台计算机分别作为操作站和工程师站相互备用，设置于中央管理中心，对全厂工艺设备运行状况、运行参数进行集中监控，遥控现场设备。监控计算机通过集成的1000M网卡与PLC系统经工业以太网进行数据交换。
主要功能：
（1）工艺流程监控功能。系统能按工艺要求对污水处理的各环节参数及设备状态进行监视，根据工艺要求选择自动、顺序、定时等控制方式。
（2）报警及报警记录功能。当设备发生事故时，系统将在计算机、马赛克大屏幕、就地控制箱上进行报警指示。计算机将对所发生的报警内容、时间及确认时间进行记录。在计算机上还可进行语音报警。
（3）联锁保护功能。当系统检测到局部故障后启动相应的联锁保护程序。
（4）参数设定功能。可在中央管理中心的任何一台监控计算机或现场控制站的人机界面上进行报警上下限、调节参数、运行时间等参数的设定。
（5）数据记录存储功能。系统可对重要数据如工艺参数、工况、设备运行时间等进行记录储存，以备调用。
（6）操作记录功能。系统自动保存重要操作记录，如改动参数，操作设备的操作员代号、时间、内容等。
（7）实时数据曲线和历史数据曲线。对重要工艺参数可以进行实时曲线显示，并记录历史数据曲线。
（8）多级口令保护功能。在中央管理中心的任何一台监控计算机上可设定不同操作权限，只有相应操作权限的操作员，在输入正确的口令后才可访问该级画面。
（9）打印功能。可进行报表打印、曲线打印、图形打印。
4 工程效果
该工程于2003年5月份开始实施，2004年4月份设备移交厂方运行，其DCS系统运行稳定可靠无损坏情况。系统投入使用后，操作人员在中央管理中心就能够全面了解整个工厂的运行情，DCS系统对泵及滗水器等主要设备能够根据预先设定好的参数进行自动控制。整个系统只需中央管理中心操作人员就能够保证系统的正常运行，大大降低了值班员的劳动强度。该系统的投运解决了以往污水处理厂自动化程度低，所有设备均需手动操作，值班人员劳动强度大、操作易出错，出水水质不稳定、生产过程无法集中监控的问题。该厂作为三峡库区批兴建的污水处理厂，对三峡库区水质的保护起到了积极的作用。各级政府领导多次对该厂进行视察和工作指导，对该厂的生产以及工艺水平给予了良好的评价，取得了很好的社会效益和经济效益。
5 结语
PLC作为成熟的控制器其编程语言及系统结构具有统一性，便于控制系统的调试及维护。PLC控制算法相对单一，却很好的满足了污水生产工艺的要求，在避免功能浪费的降低了系统造价。采用工业以太网技术，保证了通讯网络良好的兼容性和稳定性，实现了通讯的高速化。以PLC为基础采用工业以太网搭建的DCS控制系统，在污水处理厂的自动化控制中具有成熟可靠，既满足生产工艺要求，也降低了工程造价，具有很好的应用前景
PLC控制系统设计与调试的一般步骤
（一）分析被控对象并提出控制要求
详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，提出被控对象对PLC控制系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任务书。
（二）确定输入／输出设备
根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备（如：按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等）和输出设备（如：接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等），从而确定与PLC有关的输入/输出设备，以确定PLC的I/O点数。
（三）选择PLC
PLC选择包括对PLC的机型、容量、I/O模块、电源等的选择，详见本章第二节。
（四）分配I/O点并设计PLC外围硬件线路
1.分配I/O点
画出PLC的I/O点与输入／输出设备的连接图或对应关系表，该部分也可在第2步中进行。
2.设计PLC外围硬件线路
画出系统其它部分的电气线路图，包括主电路和未进入PLC的控制电路等。
由PLC的I/O连接图和PLC外围电气线路图组成系统的电气原理图。到此为止系统的硬件电气线路已经确定。
（五）PLC程序设计
1. 程序设计
根据系统的控制要求，采用合适的设计方法来设计PLC程序。程序要以满足系统控制要求为主线，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序，逐步完善系统指定的功能。程序通常还应包括以下内容：
1）初始化程序。在PLC上电后，一般都要做一些初始化的操作，为启动作必要的准备，避免系统发生误动作。初始化程序的主要内容有：对某些数据区、计数器等进行清零，对某些数据区所需数据进行恢复，对某些继电器进行置位或复位，对某些初始状态进行显示等等。
2）检测、故障诊断和显示等程序。这些程序相对独立，一般在程序设计基本完成时再添加。
3）保护和连锁程序。保护和连锁是程序中不可缺少的部分，必须认真加以考虑。它可以避免由于非法操作而引起的控制逻辑混乱，。
2. 程序模拟调试
程序模拟调试的基本思想是，以方便的形式模拟产生现场实际状态，为程序的运行创造必要的环境条件。根据产生现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式。
1）硬件模拟法是使用一些硬件设备（如用另一台PLC或一些输入器件等）模拟产生现场的信号，并将这些信号以硬接线的方式连到PLC系统的输入端，其时效性较强。
2）软件模拟法是在PLC中编写一套模拟程序，模拟提供现场信号，其简单易行，但时效性不易保证。模拟调试过程中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功能。
（六）硬件实施
硬件实施方面主要是进行控制柜（台）等硬件的设计及现场施工。主要内容有：
1） 设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图。
2）设计系统各部分之间的电气互连图。
3）根据施工图纸进行现场接线，并进行详细检查。
由于程序设计与硬件实施可进行，PLC控制系统的设计周期可大大缩短。
（七）联机调试
联机调试是将通过模拟调试的程序进行在线统调。联机调试过程应循序渐进，从PLC只连接输入设备、再连接输出设备、再接上实际负载等逐步进行调试。如不符合要求，则对硬件和程序作调整。通常只需修改部份程序即可。
全部调试完毕后，交付试运行。经过一段时间运行，如果工作正常、程序不需要修改，应将程序固化到EPROM中，以防程序丢失。
（八）整理和编写技术文件
技术文件包括设计说明书、硬件原理图、安装接线图、电气元件明细表、PLC程序以及使用说明书等。
PLC控制系统设计与调试的步骤流程图
PLC可编程控制器的主要构成元器件是以半导体器件为主体，考虑到环境的影响，随着使用时间的增长，元器件总是要老化的。定期检修与做好日常维护是非常必要的。
要有一支具有一定技术水平、熟悉设备情况、掌握设备工作原理的检修队伍，做好对设备的日常维修。
维护检查.
对检修工作要制定一个制度，按期执行，保证设备运行状况优。每台 PLC都有确定的检修时间，一般以每 6 个月～ 1 年检修一次为宜。当外部环境条件较差时，可以根据情况把检修间隔缩短。定期检修的内容见表 1。
表 1 可编程控制器定期检修
故障的排除
对于具体的 PLC 的故障检查可能有一定的特殊性。有关 FX 系列的PLC 故障检查和处理方法见表 2 。
表 2 FX 系列 PLC 故障处理
应该说 PLC是一种可靠性、稳定性极高的控制器。只要按照其技术规范安装和使用，出现故障的概率极低。一旦出现了故障，一定要按上述步骤进行检查、处理。特别是检查由于外部设备故障造成的损坏。一定要查清故障原因，待故障排除以后再试运行
水煤浆是一种由70％左右的煤粉，30％左右的水和少量药剂混合制备而成的液体，可以象油一样泵送、雾化、储运，并可直接用于各种锅炉、窑炉的燃烧。它改变了煤的传统燃烧方式，显示出了巨大的环保节能优势。尤其是近几年来，采用废物资源化的技术路线后，研制成功的环保水煤浆，可以在不增加费用的前提下，大大提高了水煤浆的环保效益。在我国丰富煤炭资料的保障下，水煤浆也已成为替代油、气等能源的基础、经济的洁净能源。具有良好的经济效益和环保效益，是中国洁净煤技术的重要分支。正是看到了水煤浆的这些优良特性和市场前景，胜利油田胜利发电厂决定建设一条年产量50万吨的水煤浆生产线。
控制系统选用和利时的和利时公司PLC产品系统，系统规模1500 点左右，另有90 余台RS485设备。系统网络采用两级结构：中控室监控级采用工业以太网，现场设备控制级采用Profibus-DP 现场总线。
在中控室设置1 个主控制站，在破碎车间、制浆车间以及装浆站共设置3 个子控制站，各站间通过Profibus-DP现场总线通信。中控室设置有3 台操作员站、1 台工程师站和1 台服务器，通过工业以太网与中控室内的主PLC控制站通信，服务器与厂级MIS 网连接。
中控室控制主站PLC 采用带以太网接口的CPU，配置有Profibus-DP 主站接口模块，用于连接3个控制子站。在3个子站中配置了3 台Profibus-DP 从站PLC，控制功能由本地PLC 的CPU 完成，过程信息通过Profibus-DP网络上传。
系统功能强大、配置灵活、扩展方便，能够较好地满足中、小规模控制系统的要求，其强大的通讯功能为系统与其它公司的产品协同工作提供了保障。凭借其优良的性价比，为广大用户提供了一个新的的选择