施耐德UnityPLC技術(shù)在某水廠的應(yīng)用

1、施耐德 Unity PLC 在江南水廠的應(yīng)用北京機械工業(yè)自動化研究所成立于1954 年，是一家大型自動化技術(shù)研究單位。其下屬的自控中心多年來一直致力于水處理、自動生產(chǎn)線和水力電力領(lǐng)域自控系統(tǒng)的研究開發(fā)和應(yīng)用。代表項目有：三峽南北兩岸的大壩自控項目、重慶長安汽車廠生產(chǎn)線自控項目、北京小紅門水廠污水處理自控項目、蘭州水廠供水自控項目、邯鄲鐵溪水廠供水自控項目、張家口水廠污水處理自控項目等。廣西南寧江南水廠污水處理控制及監(jiān)控系統(tǒng)為廣西重點工程，建設(shè)資金來源于世行。北京機械工業(yè)自動化研究所自控中心承擔(dān)了該項工程。該工程包括：污水處理廠及城區(qū)配套截污干管。水處理能力為24×104 m3/d，處

2、理工藝采用了A2/O 生物法。即城市污水格柵污水泵沉砂池A2/O 生物池沉淀池排放。處理后的廢水達到 污水綜合排放標準 (GB8978-1996) 。剩余污泥經(jīng)過濃縮、脫水后外運填埋或作堆肥?，F(xiàn)在常用的污水處理工藝包括氧化溝處理、地表滲漏法、A/O 生物法、 A2/O 生物法。而A2/O 生物法作為污水處理行業(yè)其中一種成熟、有效的處理方法被業(yè)界廣泛應(yīng)用。二、工藝描述、系統(tǒng)控制內(nèi)容該系統(tǒng)的工藝主要包括污水處理和污泥處理兩個環(huán)節(jié)。1、污水處理環(huán)節(jié)其作用是將污水經(jīng)過層層處理后，最終滿足排放要求，污水處理工藝流程如圖一所示。1.1 、粗格柵功能：去除污水中較大的漂浮物。控制方式：時間控制、液位差控制。

3、1.2 、進水泵房功能：提升污水的水位。控制方式：根據(jù)吸水井液位進行控制。在主站設(shè)定幾個液位值，根據(jù)測得的液位值與設(shè)定液位值比較，自動增、減泵運行臺數(shù)，并且自動累計每臺泵運行時間，實現(xiàn)泵的自動輪換運行。1.3 、細格柵功能：去除污水中較小的漂浮物，特別是絲狀、帶狀漂浮物，保證后續(xù)處理系統(tǒng)的正常運行。控制方式：根據(jù)時間及格柵前后液位差控制。1.4 、沉砂池功能：去除污水中比重大于2.65 ，粒徑大于 0.2mm的無機砂粒， 以保證后續(xù)流程的正常運行?？刂品绞剑焊鶕?jù)時間進行控制。1.5 、生物池功能：利用微生物降解和去除污水中的污染物質(zhì)，達到預(yù)期的水質(zhì)凈化目的。A2/O生物脫氮除磷工藝由厭氧、缺氧

4、和好氧三個生物反應(yīng)過程組成?？刂品绞剑核聰嚢杵鬟B續(xù)運行，并對鼓風(fēng)機及電動空氣調(diào)節(jié)蝶閥進行閉環(huán)控制1.6 、回流污泥泵功能：將一定數(shù)量的活性污泥回流到生化處理系統(tǒng)，以維持生化系統(tǒng)活性污泥的濃度，保證其生化反應(yīng)的能力控制方式：根據(jù)生物池的污泥濃度，計算出回流污泥比，再換算成污泥回流量，自動控制回流污泥泵的運行臺數(shù)。同時自動累計單臺泵運行時間，實現(xiàn)自動輪換運行。1.7 、 沉淀池功能：對生化處理后的混合液進行固液分離，以保證出水水質(zhì)?？刂品绞剑焊鶕?jù)時間及泥位計控制。圖一、污水處理工藝流程圖2、 污泥處理部分其作用是將污泥經(jīng)過處理后，脫離出來，以便可以外運填埋或作堆肥。2.1 、剩余污泥泵房功能：將

5、生化系統(tǒng)產(chǎn)生的剩余污泥提升至污泥貯泥池進而至脫水機房?？刂品绞剑焊鶕?jù)進水流量及進水BOD值，計算出總的產(chǎn)泥量，以自動控制剩余污泥泵的運行臺數(shù)，自動累計泵單臺的運行時間，實現(xiàn)自動輪換運行。設(shè)定吸泥井液位的高低限報警，達到高限報警時自動啟動排泥泵或減小沉淀池排泥量。2.2 、污泥濃縮及脫水系統(tǒng)功能：降低污泥含水率，減少污泥體積?？刂品绞剑合到y(tǒng)能根據(jù)進來的污泥量自動控制設(shè)備的運行臺數(shù)，根據(jù)進來的污泥量及污泥含固率自動控制加藥量，對儲藥罐的液位及藥量進行監(jiān)測。對濃縮機、脫水機、加藥系統(tǒng)和螺旋輸送器狀態(tài)進行遠程監(jiān)控。另外，系統(tǒng)還包括沉砂系統(tǒng)、1#除臭系統(tǒng)、鼓風(fēng)機、2#除臭系統(tǒng)、紫外消毒系統(tǒng)等配套設(shè)備。這

6、些配套設(shè)備既可以獨立運行，又可以和各PLC控制站進行數(shù)據(jù)通訊。值得注意的是，由于各成套設(shè)備的生產(chǎn)廠家各不相同，所以通訊協(xié)議也不盡相同。上述工藝要求給控制系統(tǒng)提出苛刻的控制要求：（ 1）控制系統(tǒng)要采用分散控制根據(jù)系統(tǒng)分散控制的原則，須設(shè)置 4 個 PLC現(xiàn)場控制站對總變電所控制站和鼓風(fēng)機房控制站、脫水機房控制站、出水井分變電室控制站、污泥泵房變電室控制站進行控制。由于設(shè)備繁多、功能復(fù)雜以及程序大，所選PLC控制系統(tǒng)需具備強大的處理能力。（ 2）控制系統(tǒng)要支持多種不同網(wǎng)絡(luò)通訊江南水廠污水處理自控系統(tǒng)是一個集中監(jiān)視管理、分散控制的PLC控制系統(tǒng)。控制中心、控制站通過有線網(wǎng)絡(luò)連接。各有分工，既能獨立工

7、作，又能在統(tǒng)一指揮下協(xié)調(diào)工作?？刂普竞推渌涮自O(shè)備也需通過網(wǎng)絡(luò)進行通訊。為了實現(xiàn)這些目的所選PLC控制系統(tǒng)必須支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。二、系統(tǒng)設(shè)計根據(jù)國內(nèi)外城市水系統(tǒng)的運行管理情況以及我們在該行業(yè)中的實踐經(jīng)驗，依照國際自動控制領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，本著安全可靠, 簡單實用 , 先進 ( 十年不落后 ) 的原則，我們采用了施耐德的高端PLC控制產(chǎn)品，充分發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢，以施耐德UNITY控制平臺和開放的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)體系為核心，采用的控制器、第三方控制設(shè)備、智能變送器、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及工控軟件產(chǎn)品為用戶提供了一個由計算機、PLC、現(xiàn)場總線、現(xiàn)場在線儀表組成的多級的、開放的、模塊化的、實時多任務(wù)的、集散型的、可擴展的

8、數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用集成工業(yè)現(xiàn)場總線、控制總線和高速以太網(wǎng)組成的混合三層體系結(jié)構(gòu)，如圖二所示。圖二、江南水廠污水處理自動控制系統(tǒng)圖 信息層：信息層以網(wǎng)絡(luò)交換機為中心，通訊協(xié)議為TCP/IP ，系統(tǒng)架構(gòu)為Internet/Intranet，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對內(nèi)通信網(wǎng)數(shù)據(jù)吞吐率100Mbps。其中信息層硬件部分主要為中控室的生產(chǎn)管理計算機站、服務(wù)器，化驗室計算機站及配套網(wǎng)絡(luò)傳輸線路、設(shè)備組成，完成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測、控制、通信、顯示及生產(chǎn)管理調(diào)度等功能。軟件系統(tǒng)主要由基于組態(tài)軟件開發(fā)的江南污水廠生產(chǎn)過程控制、運行監(jiān)控、調(diào)度系統(tǒng)以及生產(chǎn)管理（水質(zhì)監(jiān)測、生產(chǎn)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)故障報警信息）信息系統(tǒng)等組成。

9、該體系結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了對江南水廠生產(chǎn)管理系統(tǒng)軟硬件資源的整合和充分利用，使系統(tǒng)具有更高的兼容性、開放性和安全性。 控制層：控制層以施耐德Unity平臺為控制核心，將分布在各工藝段之間的施耐德UnityPLC和中央監(jiān)控計算機通過網(wǎng)絡(luò)相連，實現(xiàn)控制信號的高速傳輸。施耐德Unity PLC自動監(jiān)測重要設(shè)備的運行狀態(tài)和工藝參數(shù)變化，并對設(shè)備進行自動控制。控制層硬件設(shè)備主要為施耐德Unity系列 PLC（ 140CPU65150）、操作員面板 （ XBTG5230）、工業(yè)以太網(wǎng)交換機 （ 499NOS17100）在這里我們要特別提一下控制層的網(wǎng)絡(luò)?？刂茖拥木W(wǎng)絡(luò)體系采用 TCP IP 網(wǎng)絡(luò)以及環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)，以光

10、纖為通信介質(zhì)，通過以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)交換機構(gòu)成帶寬為 100Mbps 的工業(yè)以太網(wǎng)。該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為自愈環(huán)網(wǎng)，其應(yīng)用層采用開放的通訊協(xié)議。當環(huán)網(wǎng)發(fā)生一個光纖斷點時，網(wǎng)絡(luò)仍能夠正常工作。作為全廠的控制主干網(wǎng)，工業(yè)以太網(wǎng)光纖環(huán)網(wǎng)能在任何節(jié)點接入設(shè)備，而不需要更改從前的站號和配置，充分考慮了今后擴展的方便性。在出現(xiàn)故障時，在線增加或刪除任意一個節(jié)點，都不會影響到其他設(shè)備的運行和通訊。根據(jù)工藝流程，全廠共設(shè)4 套施耐德Unity PLC控制站：LCS1控制站 - 總變電所控制站主要控制粗格柵、 進水泵房、 轉(zhuǎn)鼓格柵的設(shè)備。 LCS1控制站的觸摸屏通過 RJ45 連接到該站的交換機上。另外， LCS1控制站通過 D

11、P網(wǎng)和鼓風(fēng)機設(shè)備廠家配套的 PLC 進行通訊；通過MB網(wǎng)和沉砂系統(tǒng) PLC、 1#除臭系統(tǒng) PLC進行通訊。LCS11控制站 - 鼓風(fēng)機房控制站主要控制鼓風(fēng)機房的設(shè)備。 LCS11 控制站為 LCS1控制站的遠程 I/O 站。本控制站的觸摸屏通過光纖介質(zhì)連接到 LCS1控制站的交換機上。LCS2控制站 - 脫水機房控制站主要控制脫水機房的設(shè)備。本控制站的觸摸屏通過光纖介質(zhì)連接到LCS1控制站的交換機上。LCS3控制站 - 出水井分變電室控制站主要控制出水泵房、回流污泥房、剩余污泥泵房、二沉池的設(shè)備。本控制站的觸摸屏通過光纖介質(zhì)連接到 LCS1控制站的交換機上。LCS4控制站 - 污泥泵房變電室

12、控制站主要控制曝氣池的設(shè)備。本控制站的觸摸屏通過光纖介質(zhì)連接到另外， LCS4控制站通過MB網(wǎng)和紫外消毒PLC、 2#除臭系統(tǒng)(3 )設(shè)備層：LCS1控制站的交換機上。PLC進行通訊。我們利用施耐德UNITY PLC 的 MB口，采用MB網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議對MCC柜的各智能變送器進行多點通訊。這種不用傳統(tǒng)I/O模塊而直接采用總線電纜連接的通訊方式，在實現(xiàn)現(xiàn)場離散設(shè)備和可編程邏輯控制器（PLC）之間的數(shù)據(jù)數(shù)字化傳輸?shù)耐瑫r，將成本費用減少到最小，這種用于低層設(shè)備的低成本、高效率信息集成模式，已經(jīng)逐漸成為控制領(lǐng)域的主流。四、調(diào)試體會：通過親身經(jīng)歷，我們認為施耐德UNITY 確實是新一代自動化平臺上的硬件和

13、軟件產(chǎn)品：新軟件的使用可以大大地減少開發(fā)項目的時間，新硬件的使用可以大大地提高系統(tǒng)處理的速度，基于開發(fā)平臺和協(xié)同工具，施耐德UNITY 使得設(shè)計、制造、維護的自動化水平達到前所未有的高度，從而大大提高了生產(chǎn)效率。下面是我在實踐過程中的小體會：1 、施耐德UNITY PLC 具有超強的處理能力、超大存儲空間，并提供全面開放的通訊解決方案。其中，我們使用的140CPU65150兼容了 RS 232/485 Modbus/ASCII端口、 USB端口、MB+ 端口、 USB 終端口、 Ethernet TCP/IP端口，在實現(xiàn)多種網(wǎng)絡(luò)的同時，最大限度節(jié)約了成本。另外， 140CPU65150提供了一

14、個數(shù)顯操作屏我們不僅能監(jiān)視CPU狀態(tài)，而且對重要參數(shù)進行操作，這樣極大程度地方便了調(diào)試及維護。2 、施耐德UNITY PRO軟件界面友好、操作簡潔、使用方便。通過施耐德UNITY PRO軟件可以編寫多任務(wù)；可以通過多種調(diào)試語言形式編寫程序（不同調(diào)試語言可以在同一程序中混用）；可以使用標準或自建的語句塊，以滿足控制需要；可以根據(jù)要求建立各種類型的人性化變量；在IP 和 MB+通訊過程中，提供兩種通訊編寫方式；在不需要其它輔助軟件的情況下，提供模擬通訊功能以測試程序；可以編制內(nèi)部畫面，并能模擬監(jiān)控程序；提供多種診斷功能等。這些功能使我們在調(diào)試、維護過程中極大程度地提高了效率。同時這些軟件功能同其它

15、軟件相比也具有領(lǐng)先性。3 、為了使基于施耐德UNITY 平臺的控制系統(tǒng)能夠在高速的情況下穩(wěn)定運行，在選型中一定要選擇施耐德公司的產(chǎn)品或施耐德公司授權(quán)設(shè)備，一定不能貪圖便宜選用沒有經(jīng)過施耐德公司認證的第三方產(chǎn)品。4 、在選擇基于施耐德 UNITY平臺的支持 DP的主模塊時，須選擇PROSOFT公司的第三方模塊 PTQ DPM MV1。另外在配置PROSOFT模塊 CONFIG軟件時，須注意配置的GSD文件、從站地址、傳輸數(shù)據(jù)類型、數(shù)量必須和西門子從站一致。5 、調(diào)試前期，由于施耐德UNITY 控制系統(tǒng)不支持 MB的主站通訊模式，這樣我們就無法做到在不加網(wǎng)橋的情況下，通過內(nèi)置MB口對智能變送器進行通訊。在施納德公司大力的幫助下，我們對施耐德 UNITY控制系統(tǒng)進行軟、硬件全面升級，使施耐德UNITY 的 MB口支持 232（點對點）通訊，然后通過添加232-485 通訊轉(zhuǎn)換模塊方式，最終實現(xiàn)和智能變送器進行MB協(xié)議多點（ 485）通訊的功能。五、結(jié)束語：在江南水廠項目論證和實施過程中，我們發(fā)現(xiàn)施耐德公司新推出并推崇的施耐德UNITY系統(tǒng)具有高可靠性、高穩(wěn)定性、以及靈活的可擴展功能、強大透明和對復(fù)雜環(huán)境及處理要求的適應(yīng)性，為水廠的少人值守管理模式，提供了良好的技術(shù)支持。目前該系統(tǒng)正在調(diào)試中，預(yù)計年底正式投運，投運后，該廠將能承接相關(guān)企業(yè)委托的污