摘要：針對環(huán)保方面的污水處理控制系統(tǒng)的特點，采用了S7-300CPU+UniMAT  I/O模塊組成分布式I/O系統(tǒng)，對現(xiàn)場的儀表及設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制。結(jié)果表明采用這種方式不僅降低了成本，而且達(dá)到了預(yù)期的效果。

關(guān)鍵詞：污水處理控制系統(tǒng)，UniMAT  PLC

一、項目概況

    XX縣污水處理工程是發(fā)改委批準(zhǔn)的市級重點項目，該工程設(shè)計規(guī)模為日處理污水10萬噸，該污水處理工程控制系統(tǒng)采用UniMAT PLC模塊加西門子的S7-300 CPU控制系統(tǒng)，上位監(jiān)控系統(tǒng)采用西門子WINCC上位控制系統(tǒng)，對污水處理廠的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。

二、控制對象：

    本項目主要控制現(xiàn)場設(shè)備（泵、閥門等）的開、關(guān)、停、運(yùn)轉(zhuǎn)；電動閥門的開啟、關(guān)閉；關(guān)鍵設(shè)備的連鎖；實現(xiàn)污水/粗格柵/細(xì)格柵/CASS池/加藥間/污水脫泥間/填埋場整個污水處理過程的生產(chǎn)自動化。

三、系統(tǒng)配置

    采用西門子公司的CPU315-2DP和CP343-1 Lean模塊，分布式I/O模塊均采用UniMAT 300系列的模塊，現(xiàn)場控制站和污泥脫水間通過EM277用DP方式連接，現(xiàn)場控制站和加藥間采用MODBUS轉(zhuǎn)DP的方式連接。整個系統(tǒng)由1套PLC現(xiàn)場控制站，1臺操作員站，1臺工程師站組成。中央控制室和現(xiàn)場控制站采用以太網(wǎng)連接，由中央控制室的操作員站提供動態(tài)顯示生產(chǎn)流程實時信息以及全部報警功能。中央控制室監(jiān)控系統(tǒng)采用西門子WINCC組態(tài)軟件 ，WINCC是西門子公司推出的組態(tài)軟件平臺，它使用方便，可構(gòu)造靈活的界面和強(qiáng)大的功能，用WINCC組態(tài)軟件能開發(fā)出較強(qiáng)的組合畫面。

四、系統(tǒng)功能與實現(xiàn)

    1．系統(tǒng)工藝

    進(jìn)廠污水通過粗格柵過濾后，進(jìn)入污水調(diào)節(jié)池，再經(jīng)過污水提升泵提升后，經(jīng)過細(xì)格柵，之后進(jìn)入沉砂池，再進(jìn)入CASS池進(jìn)行曝氣處理，曝氣后再進(jìn)行沉淀，沉淀后將污泥排到污泥儲存池，然后再進(jìn)行污泥脫水。CASS池的污水沉淀后排到接觸消毒池，通過加藥間進(jìn)行化學(xué)處理，從而達(dá)標(biāo)排放。還有其它一些報表，交接班等輔助界面。

    2．系統(tǒng)功能

    本系統(tǒng)最低層是設(shè)備控制層，主要完成設(shè)備的現(xiàn)場控制與監(jiān)測；第二層是監(jiān)控層,主要完成全廠污水處理系統(tǒng)的在線監(jiān)測,并向設(shè)備控制層下達(dá)控制指令。本系統(tǒng)包括監(jiān)控主界面和多個子界面。主界面反映了污水處理的總工藝流程，子界面是對每個子工藝進(jìn)行監(jiān)測和控制。

粗格柵控制畫面

CASS池控制畫面

    系統(tǒng)主要由操作人員在中央控制室控制，中央控制室設(shè)有1個服務(wù)器，2個客戶機(jī)及UPS等。中央控制室利用WinCC進(jìn)行上位機(jī)系統(tǒng)組態(tài)生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，對PLC采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。它承擔(dān)了數(shù)據(jù)管理、全廠數(shù)據(jù)采集、報警、故障、趨勢圖、數(shù)據(jù)記錄和報表等工作,并實時顯示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行時間,故障報警處理,報表輸出等,實現(xiàn)全廠所有設(shè)備的監(jiān)控。

    其主要完成功能如下:

(1)控制操作：在中央控制室能對全系統(tǒng)被控設(shè)備進(jìn)行在線控制,如啟停某一設(shè)備,手動或自動執(zhí)行順序控制,PLC控制方式的切換及對現(xiàn)場PLC參數(shù)設(shè)定值修改。

(2)顯示功能：利用圖形實時地顯示各PLC站被控設(shè)備的運(yùn)行工況;動態(tài)顯示各種模擬信號、開關(guān)信號、各類累計量信號等數(shù)值,通過按鈕、開關(guān)、信號燈、顏色、百分比、填充等手段生動地表達(dá)出來。

(3)數(shù)據(jù)管理：能建立運(yùn)行時間、報警、故障、趨勢圖、系統(tǒng)參數(shù)等信息庫。

(4)數(shù)據(jù)處理：對PLC上傳的數(shù)字量與模擬量進(jìn)行處理并按要求在上位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行顯示。

(5)報警功能：對污水廠所有控制設(shè)備的狀態(tài)量進(jìn)行監(jiān)測,超過允許范圍,即在報警表中列出,并顯示所處位置和報警級別。

(6)故障功能：對污水廠所有控制設(shè)備單元進(jìn)行監(jiān)測,如果出現(xiàn)故障即在故障表中列出,并顯示設(shè)備名及所處位置。

(7)報表功能：生成運(yùn)行時間報表、進(jìn)水/出水流量報表、在線COD報表等。

    3．PLC控制站

    根據(jù)工藝要求,PLC上電自檢無誤后,根據(jù)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的信號來控制全廠設(shè)備的啟停、正反轉(zhuǎn)等動作。PLC完成污水處理廠全部設(shè)備,如進(jìn)水泵、粗格柵、細(xì)格柵等的數(shù)據(jù)采集,簡單運(yùn)算處理后上傳給上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。當(dāng)電路發(fā)生斷路、短路或過載等情況時,PLC采集的數(shù)據(jù)就會超過設(shè)定的閥值,PLC將控制設(shè)備停止,同時給上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送報警信號。全部傳感器均采用在線儀表,變送器將采樣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成4-20m標(biāo)準(zhǔn)電流信號,直接傳入SM331、332(模擬量輸入、輸出模塊),經(jīng)模/數(shù)變換成0-27648的數(shù)字量。開關(guān)量的輸入輸出傳入SM321、322(數(shù)字量輸入、輸出模塊)。其中數(shù)字量輸入（321-1BL00）、輸出模塊（322-1BL00），模擬量輸入（331-7KF02）、輸出模塊（332-5HF00），接口模塊（153-1AA03）均都采用國產(chǎn)的UniMAT系列模塊，模塊使用穩(wěn)定，測量準(zhǔn)確，達(dá)到了系統(tǒng)的要求。

    4．?dāng)?shù)據(jù)通訊

    本系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)將中央控制室和PLC控制站連接成一個網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了下位機(jī)PLC與上位機(jī)WinCC之間的數(shù)據(jù)通訊。污泥脫水間采用獨立的1套S7-200的PLC系統(tǒng)。本系統(tǒng)與污泥脫水間的S7-200的EM277相連，將EM277掛到本系統(tǒng)的DP子網(wǎng)上進(jìn)行通信，從而控制污泥脫水間的設(shè)備啟停。加藥間的泵的啟停是通過MODBUS轉(zhuǎn)DP模塊連接到系統(tǒng)DP網(wǎng)絡(luò)下，從而在中央控制室進(jìn)行控制的。

五、使用效果分析

    本PLC系統(tǒng)采用西門子CPU和億維UniMAT的遠(yuǎn)程I/O站配合組成集中—分布式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)，既保證了控制系統(tǒng)的性能穩(wěn)定，又大大節(jié)約了硬件投資和相關(guān)的施工費用。建成后投運(yùn)至今，運(yùn)行一直穩(wěn)定可靠，控制精度完全滿足設(shè)計要求，既節(jié)省了成本，又降低了能耗，提高了效益，完全實現(xiàn)了預(yù)期的目標(biāo)，達(dá)到了環(huán)保的要求。