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1、和利时LK系列大型PLC在大型污水处理厂中的应用和利时LK系列大型PLC在大型污水处理厂中的应用北京和利时导语：本文介绍了以和利时LK系列PLC为核心的大型污水处理厂自动化控制系统的设计，整个系统I/O点数达3700多点，充分考虑了系统的可靠性、扩展性、开放性、可维护性。【摘要】针对天津纪庄子污水处理厂45万吨/天晋级改造工程工艺控制要求，本文介绍了以和利时LK系列PLC为核心的大型污水处理厂自动化控制系统的设计，整个系统I/O点数达3700多点，充分考虑了系统的可靠性、扩展性、开放性、可维护性。【关键词】污水处理厂；A/O处理工艺；45万吨/天；自动化控制系统；LK系列PLC；冗余；1.工程
2、概述纪庄子污水处理厂晋级改造工程是天津市重点污水处理工程工程之一，内容包括污水处理厂的工艺设备、电气设备、自控仪表设备。纪庄子污水处理厂效劳于天津市纪庄子排水系统，晋级改造工程设计规模为45万吨/天。纪庄子污水处理厂位于天津市河西区卫津河以西、津港运河以北、纪庄子排污河以南，占地面积30公顷。污水处理采用多级A/O处理工艺。本工程建立内容为改造老系统曝气沉砂池1座，改造老系统初次沉淀池集配水井2座，改造老系统初次沉淀池2座，改造老系统初次沉淀池为2座厌氧池、改造老系统生物池4座、改造老系统污泥泵房2座、新建老系统接触池1座、改造老系统加氯间1座、改造扩建系统初次沉淀池1座为厌氧池、改造扩建系统
3、生物池4座、新建扩建系统接触池1座、改造扩建系统污泥泵房1座；新建加药及碳源投加间1座、新增除臭系统，以上建立内容全部引入自控系统。污水、污泥处理工艺流程如下列图所示：2.自控系统设计2.1系统总体设计该大型改造工程的难点在于，既要保证消费的连续性，又要在原根底上进步自动化程度，所以，两个扩建增补站继续使用欧姆龙公司CS1系列PLC，两个新增站采用以和利时公司LK系列可编程控制器PLC为主的集中和分散相结合的自动化控制系统，实现对全厂工艺参数、电气参数和设备运行状态进展监测、控制、连锁和报警以及报表打印。通过使用在主站和远程站间的一系列通讯链，完成整个工艺流程所必须的数据收集，数据通讯，顺序控
4、制，时间控制，回路调节及上位监视和治理作用。在知足工艺流程的要求之外，还能实现平安消费，进步消费治理程度。整个系统设1个中央控制室、4个现场PLC控制站组成。现场PLC控制站，由可编程序控制器PLC系统及检测仪表组成，对各工艺经过进展分散控制；再由中央控制室CCR，对全厂实行集中治理。中央控制室、PLC控制站之间的数据通讯采用高速的、实时的工业以太网，网络构造为环形，通讯速率为100Mbps，传输介质为光纤。2.2系统网络构造天津纪庄子污水处理厂自动控制系统提供了简明的、高效的开放的网络体系构造，将以前设备控制的五层通讯构造简化为三层：治理层控制层和设备层。治理层网络采用Ethernet网络；
5、控制层网络采用Profibus-DP网络；设备层可选择多种网络：串行总线、Ethernet、Profibus-DP等。设备层通讯网络用于实现现场设备开关仪表和人机界面等与PLC之间的通讯；控制层采用Profibus-DP网络，主要负责各个控制器与IO模块的通讯；上层的Ethernet网络实现PLC之间PLC与上位机以及与第三方Ethernet设备的数据通讯，整个通讯形成了具有优异通讯功能的三层网络，如图2-1所示：2.3系统构造与配置根据污水处理工艺的控制要求，污水处理工程自动化控制系统分为三级治理，包括消费治理级中央控制室、现场控制级PLC控制站及就地控制级。现场各种数据通过PLC系统进展数
6、据收集，并通过主干通讯网络工业以太网传送到中央控制室监控计算机进展集中监控和治理，传输介质为光纤，通讯速率为100Mbps。同样，中央控制室监控计算机的控制命令也通过上述网络通道传送到PLC，施行对各单元的分散控制。构建污水厂自动化控制系统拓扑构造与功能配置如图2-2所示：2.3.1消费治理级中央控制室)中央控制室设有两台监控操纵站、一台工程师站、两台数据效劳器、一台视频监视效劳器、一套DLP拼接屏、一台故障打印机、一台图表打印机、UPS电源、一台网络机柜。主要完成对消费经过的治理、调度、集中操纵、监视、系统功能组态、控制参数在线修改和设置、记录、报表生成及打印、故障报警及打印，对实时收集的数
7、据进展处理，控制操纵以及分析统计等功能。通过高分辨率液晶显示器及DLP拼接屏可直观地动态显示全厂各工艺流程段的实时工况、各工艺参数的趋势画面，使操纵人员及时把握全厂运行情况。同时，中央控制室还配置了专业的工业数据库软件，该工程需要进展历史数据存储的变量点数达8000多点，同时对数据的存储频率要求很高，普通变量要求30秒钟记录一个数据，对于数据精度要求较高的变量，例如瞬时流量，要求10秒钟记录一次。所存储的数据包括各监测点水质数据、瞬时流量、累计流量，提升泵、闸门、污泥泵、刮泥机、搅拌机、鼓风机等各设备电压、电流、功率、耗电量，各设备启停时间、启停次数、累计运行时间、故障次数等。2.3.2现场控
8、制级PLC控制站控制层是实现系统自动控制的关键，控制层的PLC通经过序控制整个水处理厂设备按照工艺要求自动运转，并实现对现场设备运行状态的收集，现场参数有压力、流量、温度、PH值等，收集到的数据上传至治理层，并最终通过工业数据库软件进展存储。按照工艺流程和构筑物分布特点，厂内现有4套不同规模的分控站PLC14。根据工程改造内容、工艺及控制对象的功能、设备量，以及工艺流程、平面布置、现有控制站布局，将更新现有分控站PLC2和PLC3，调改现有分控站PLC1和PLC4，各PLC分别负责各自范围内工艺参数的收集和设备运行的控制。11#分控站PLC1负责污水预处理区域的自控，位于1#分变电所内，监控范
9、围为粗格栅及进水泵房、细格栅站、进水计量渠、旋流沉砂池、曝气沉砂池、进水分析间、1#分变电所、预处理区生物除臭等。PLC1增补：100M以太网模块、总线模块、I/O模块DI=80、DO=24、AI=8、AO=4，采用欧姆龙CS1系列PLC。22#分控站PLC2包括远程I/O站RIO2124负责老系列污水生物处理区域的自控，位于鼓风机房控制室。监控范围调整为初次沉淀池、新建老系统污水提升泵房、分段进水多级AO生物池、二次沉淀池、二次沉淀池集配水井、回流污泥泵房、新建老系统接触池、鼓风机房、1#出水分析间等。PLC2更新：CPU、电源、100M以太网模块、总线模块、I/O模块DI=1360、DO=
10、392、AI=228、AO=42，采用和利时LK系列PLC，双机冗余配置，支持CPU冗余、电源冗余、现场总线冗余和以太网冗余。33#分控站PLC3包括远程I/O站RIO3134负责扩建系列污水生物处理区域的自控，位于3#分变电所内，监控范围调整为初次沉淀、新建扩建系统污水提升泵房、分段进水多级AO生物池、二次沉淀池、二次沉淀池集配水井、回流污泥泵房、新建接触池、出水流量计井、2#出水分析间、3#分变电所、新建分变电所、新建加药加氯间、新建碳源投加间等。PLC3更新：CPU、电源、100M以太网模块、总线模块、I/O模块DI=880、DO=280、AI=208、AO=48，采用和利时LK系列PL
11、C，双机冗余配置，支持CPU冗余、电源冗余、现场总线冗余和以太网冗余。44#分控站PLC4负责污泥处理区域的自控，位于2#分变电所内，监控范围为贮泥池、污泥浓缩池、污泥浓缩机房、污泥消化池、污泥控制室、污泥脱水机房、脱硫塔、沼气柜、沼气燃烧火把、锅炉房、2#分变电所、污泥处理区生物除臭、新建污泥均质池、新建污泥脱水机房等。PLC4增补：100M以太网模块、I/O模块DI=96、DO=8、AI=36、AO=6，采用欧姆龙CS1系列PLC。2.3.3就地控制级就地控制具有最高的控制权限，当自控系统由于一些不可抗力导致无法正常运行时，可以通过就地控制保证污水处理经过的连续性。将现场控制箱上的就地/远
12、程旋钮切换至就地位置，通过箱上的启动/停顿按钮实现就地手动控制。3.系统控制功能权限治理操纵员进入系统使用密码：系统提供分级的用户进入密码系统，所以低级操纵员只能进入根本操纵功能，同时较高级别的操纵人员，按照不同的密码，可进入不同的系统组态功能。提供12级的密码：一旦操纵员提供了正确的密码，他可以修改他的密码，而他的权限不能发生变化。流程图显示流程图画面为操纵员理解消费经过状态提供了显示窗口，并能支持以下几类画面：总貌画面：显示系统各设备，装置，区域的运行状态以及全部经过参数变量的状态，测量值，设定值，控制方式手动/自动状态，上下报警等信息，从各显示块可以调出其它画面。分组画面：以模拟仪表的表
13、盘形式按事先设定的分组，同时显示几个回路的信息，如经过参数变量的测量值，调节器的设定值，输出值控制方式等。变量每秒更新一次，分组可任意进展，操纵员可从分组画面调出任一变量模拟量或者离散量的具体信息。单点画面调整画面：显示一个参数，控制点的全部信息以及实时趋势和历史趋势，从调整画面也可直接对模拟回路进展设定，调整操纵。趋势功能操纵员可通过菜单或者按钮进入实时曲线画面或者历史曲线画面，可选择需要的工艺参数查看实时曲线或者历史曲线，可同时显示多条实时曲线，可对曲线进展放大或者缩小，可任意选择需要查看的时间段。根据收集到的信息，建立各类信息数据库并对各类工艺参数值作出趋势曲线含历史数据，供调度员分析比
14、拟，以便找出污水处理厂的最正确运行规律，分析事故原因，改良治理方法，保证出水水质，进步经济效益。记录消费所要求的所有参数的历史数据，记录时间不小于三年，并可根据要求任意设置。对重要的数据进展在线存储。可以通过历史报表或历史趋势曲线的方式来检索历史数据。报警功能报警设有优先级治理，任意治理均在屏幕上显示，显示所有报警列表及报警的具体内容。监控计算机的显示画面的顶部或者底部应设置一个报警条。在报警条内显示最近三个报警未消失未被确认报警的具体内容，操纵员通过画面切换选择报警表，报警表内显示中控操纵站计算机中配置的所有报警列表及报警的具体内容。报警的具体内容包括：报警的当前状态每个未消失的报警发生时间
15、每个消失的报警发生时间及消失的时间每个已确认的报警确实认时间和用户当报警出现时，报警打印机立即打印报警信息。操纵记录系统发生的较大情况如设备故障、越限报警、大型设备的启停等情况或者操纵人员对设备的操纵、参数的调整，可通过事件记录功能记录下这些情况和操纵经过作为今后分析事故的根底资料。事件记录的内容包括各种事件信息、事件发生时的用户、事件发生的时间等。报表打印系统自动记录各种工艺运行数据，将所有数据归纳汇总形成报表，报表可定时打印或者召唤打印，操纵员也可通过菜单或者按钮进入报表画面查看历史报表。自动生成的消费报表班/日/月供消费治理之用，机内存储六个月的信息量。采用了DDE技术，进而使用户可以直
16、接使用Excel编制报表，借助Excel的强大功能，用户可以随心所欲地编制各种各样的报表。无论是实时数据的报表，还是历史数据的报表均可以实现。4.应用特点基于LK系列PLC的污水处理系统具有如下特点：可用性和可靠性系统组件的设计符合真正的工业等级，控制系统能在严格的工业环境下长期、稳定地运行，尽可能降低控制系统故障风险，保证能源收益，确保水处理厂724小时的不连续供水效劳。LK冗余方案可确保工艺经过高度可靠地运行，假如主CPU模块出现故障，系统将会自动快速、稳定地无扰切换到备用CPU模块，可以防止由于控制层出现问题而导致的负面效应以及消费经过停顿。PLC控制站一般设于高电磁干扰环境，如提升泵房
17、、鼓风机房、变配电所等，我们的控制系统具有较强的电磁兼容性，系统采用各种隔离、抗干扰设计，保证系统能在强电磁干扰环境中稳定运行。PLC控制站与远程IO站之间间隔较远，本系统PLC鼓风机房控制站与4个生物池远程IO站采用DP光纤网络通讯，由于采用光纤通讯，大大进步了通讯的可靠性。LK的DP光纤通讯模块可以实现PLC控制主站与远程IO站的4级冗余通讯，每一级的通讯间隔可以到达5KM，可以充分知足大型污水处理厂PLC控制主站与远程IO站通讯间隔远的需求。水处理环境可能因遭受污染并加速设备中电子元件的老化，我们可提供特殊的保护工艺保护涂层的模块，进步元件在腐蚀性化学品和腐蚀性环境中的使用寿命，防止意外
18、停机，降低维护本钱。节能降耗方案电能本钱占水处理设施总运营本钱的1/3，主要耗电设备为水泵和风机，我们可提供优化的变频控制方案，使被损耗的电能可以降低到额定值的50%到80%。对于非变频电机设备，如格栅、螺旋输送器、搅拌器，我们可提供工艺优化控制库，如定时控制与设定参数相结合的控制，使这些设备在相应工艺条件下，发挥最大的效率，最大程度地降低电能的损耗。在数据收集与监控层SCADA，可以使用数据分析等工具来创立报告，并分析经过数据，进而对经过进展优化与改良，最终降低电能消耗。开放性和兼容性基于标准协议的通讯网络可非常方便地将第三方设备接入，如污泥脱水机、加氯加药系统、变配电系统，可以显著进步针对
19、复杂工艺经过的控制才能，且允许大量经过反应信息传输，支持设备参数访问功能，可进步系统的性能与诊断才能。支持与各种上位监控软件如iFIX、INTOUCH、组态王、MCGS、力控等，以及主流品牌触摸屏如Pro-Face、HITECH、eView、Weinview、nTouch通讯，只要HMI支持标准的通讯协议，都可以很方便的进展连接。强大的扩展功能可为远期扩容、晋级改造预留接口及容量。经过诊断和在线维护提供的强大诊断功能，可以方便、高效访问相关信息，发现导致故障的根本原因以及需要修正的经过参数等，以便提早发现消费经过中存在的问题，可以防止设备意外停机，进而降低运营本钱。所有模块支持带电插拔，可以在
20、系统运行状态下更换故障模块，不会由于单个模块的更换而使整个系统停机等待，大大降低了系统的维护本钱。防混销设计防止插错模块引起不必要的损坏，确保系统顺利运行，且更换模块时只需直接更换模块，无需重新接线，维护更方便。支持SD卡功能，在不方便使用计算机的情况下，可进展系统恢复、晋级，使维护更加方便、快捷。操纵站安装上位监控组态软件及LK编程软件PowerProV4，具有强大的功能，可方便、直观地进展上位机组态和PLC编程，且支持在线下载、在线修改以及离线仿真调试等功能。5.完毕语本文阐述了基于LK系列PLC的污水处理厂自动控制系统的设计与实现，充分发挥了LK可编程控制器配置灵敏、控制可靠、开放性强和在线维护方便等优点，为整个系统的平安稳定运行提供了可靠保障。基于LK的自动控制系统已在多个污水处理厂得到实际应用，为企业带来了可观的经济效益和良好的社会效益。