污水處理廠自動化控制基礎知識

1、之 前 言 自動化控制系統(tǒng)適用于生產(chǎn)、經(jīng)營、軍事等各自動化控制系統(tǒng)適用于生產(chǎn)、經(jīng)營、軍事等各個領域。如我們常見的有電梯運行、紅綠燈控制、個領域。如我們常見的有電梯運行、紅綠燈控制、衛(wèi)星發(fā)射、導彈制導、冶金、礦山等各個行業(yè)。而衛(wèi)星發(fā)射、導彈制導、冶金、礦山等各個行業(yè)。而且伴隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，自動化控制已經(jīng)漸漸且伴隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，自動化控制已經(jīng)漸漸的取代了人力勞動，這為企業(yè)的快速發(fā)展奠定了良的取代了人力勞動，這為企業(yè)的快速發(fā)展奠定了良好的基礎。因此說，企業(yè)的自動化程度決定了企業(yè)好的基礎。因此說，企業(yè)的自動化程度決定了企業(yè)的生死存亡。的生死存亡。自動化控制的發(fā)展自動化控制的發(fā)展史史污水處理

2、廠自控系統(tǒng)的運用污水處理廠自控系統(tǒng)的運用自控系統(tǒng)基本故障排除自控系統(tǒng)基本故障排除1 1、幾個基本概念幾個基本概念（1 1）什么叫）什么叫PLCPLC PLC 是一個數(shù)字式的電子裝置，它使用了可編程序的記憶體儲存指令。用來執(zhí)行諸如邏輯，順序，計時，計數(shù)與演算等功能，并通過數(shù)字或類似的輸入/輸出模塊，以控制各種機械或工作程序。最早是由美國電氣制造商協(xié)會NEMA經(jīng)過四年的調(diào)查工作，于1984 年首先將其正式命名為PLC（Programmable logic Controller），中文意思為可編程邏輯控制器。（2 2）什么叫上位機）什么叫上位機 上位機在自動化控制系統(tǒng)中主要是指邏輯指令的發(fā)出命令，具

3、體到實際工作中，就是我們所說的工業(yè)控制計算機中用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)指令下達和邏輯判斷的軟件，對PLC、自動化儀表的各種信號的監(jiān)控、操作等等。在本廠自控系統(tǒng)中，就是我們值班人員每天所看到的人機界面。（3 3）什么叫下位機）什么叫下位機 下位機即指PLC控制器，具體到本廠的下位機即指西門子S7-300，它的具體功能就是收集現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸至上位機中，或者是將上位機中下達的指令有效的傳達至現(xiàn)場，驅動現(xiàn)場繼電器動作，從而實現(xiàn)設備的開啟?？刂?。（4 4）自控系統(tǒng)通訊方式）自控系統(tǒng)通訊方式 常見的通訊方式有光纖通信，微波通信，衛(wèi)星通信，移動通信，圖像通信等等。而PLC 中的通訊主要有兩種，一是MPI通訊，二

4、是以太網(wǎng)通訊。目前污水處理廠上位機與下位機的通訊是以以太網(wǎng)為通訊手段的，它是以一根網(wǎng)線連接工控機與PLC 的PN接口的。2 2、自動化系統(tǒng)的發(fā)展歷史、自動化系統(tǒng)的發(fā)展歷史局部自動化自動化技術的形成自動化技術的形成 社會的需要是自動化技術發(fā)展的動力。自動化技術是緊社會的需要是自動化技術發(fā)展的動力。自動化技術是緊密圍繞著生產(chǎn)、軍事設備的控制以及航空航天工業(yè)的需要而密圍繞著生產(chǎn)、軍事設備的控制以及航空航天工業(yè)的需要而形成和發(fā)展起來的。其最早產(chǎn)生是在形成和發(fā)展起來的。其最早產(chǎn)生是在17881788年，瓦特為了解決年，瓦特為了解決工業(yè)生產(chǎn)中提出的蒸汽機的速度控制問題，把離心式調(diào)速器工業(yè)生產(chǎn)中提出的蒸汽機

5、的速度控制問題，把離心式調(diào)速器與蒸汽機的閥門聯(lián)結起來，構成蒸汽機轉速調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使蒸與蒸汽機的閥門聯(lián)結起來，構成蒸汽機轉速調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使蒸汽機變?yōu)榧劝踩謱嵱玫膭恿ρb置。瓦特的這項發(fā)明開創(chuàng)了汽機變?yōu)榧劝踩謱嵱玫膭恿ρb置。瓦特的這項發(fā)明開創(chuàng)了自動調(diào)節(jié)裝置的研究和應用，在解決隨之出現(xiàn)的自動調(diào)節(jié)裝自動調(diào)節(jié)裝置的研究和應用，在解決隨之出現(xiàn)的自動調(diào)節(jié)裝置的穩(wěn)定性的過程中，數(shù)學家提出了判定系統(tǒng)穩(wěn)定性的判據(jù)，置的穩(wěn)定性的過程中，數(shù)學家提出了判定系統(tǒng)穩(wěn)定性的判據(jù)，積累了設計和使用自動調(diào)節(jié)器的經(jīng)驗。積累了設計和使用自動調(diào)節(jié)器的經(jīng)驗。局部自動化局部自動化20世紀40年代50年代末到60年代初 20世紀40年代是自動

6、化技術和理論形成的關鍵時期，一批科學家為了解決軍事上提出的火炮控制、魚雷導航、飛機導航等技術問題，逐步形成了以分析和設計單變量控制系統(tǒng)為主要內(nèi)容的經(jīng)典控制理論與方法。機械、電氣和電子技術的發(fā)展為生產(chǎn)自動化提供了技術手段。 50年代以后，自動控制作為提高生產(chǎn)率的一種重要手段開始推廣應用。它在機械制造中的應用形成了機械自動化；在石油、化工、冶金等連續(xù)生產(chǎn)過程中應用，對大規(guī)模的生產(chǎn)設備進行控制和管理，形成了過程自動化。電子計算機的推廣和應用，使自動控制與信息處理相結合，出現(xiàn)了業(yè)務管理自動化。 50年代末到60年代初，大量的工程實踐，尤其是航天技術的發(fā)展，涉及大量的多輸入多輸出系統(tǒng)的最優(yōu)控制問題，用經(jīng)

7、典的控制理論已難于解決，于是產(chǎn)生了以極大值原理、動態(tài)規(guī)劃和狀態(tài)空間法等為核心的現(xiàn)代控制理論。現(xiàn)代控制理論提供了滿足發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星的控制手段，保證了其后的若干空間計劃（如導彈的制導、航天器的控制）的實施?？刂乒ぷ髡邚倪^去那種只依據(jù)傳遞函數(shù)來考慮控制系統(tǒng)的輸入輸出關系，過渡到用狀態(tài)空間法來考慮系統(tǒng)內(nèi)部結構，是控制工作者對控制系統(tǒng)規(guī)律認識的一個飛躍。綜合自動化綜合自動化60年代中期以后70年代中期現(xiàn)代控制理論在自動化中的應用，特別是在航空航天領域的應用，產(chǎn)生一些新的控制方法和結構,如自適應和隨機控制、系統(tǒng)辨識、微分對策、分布參數(shù)系統(tǒng)等。與此同時，模式識別和人工智能也發(fā)展起來，出現(xiàn)了智能機器人和專

8、家系統(tǒng)?，F(xiàn)代控制理論和電子計算機在工業(yè)生產(chǎn)中中的應用，使生產(chǎn)過程控制和管理向綜合最優(yōu)化發(fā)展。自動化的應用開始面向大規(guī)模、復雜的系統(tǒng)，如大型電力系統(tǒng)、交通運輸系統(tǒng)、鋼鐵聯(lián)合企業(yè)、國民經(jīng)濟系統(tǒng)等，它不僅要求對現(xiàn)有系統(tǒng)進行最優(yōu)控制和管理，而且還要對未來系統(tǒng)進行最優(yōu)籌劃和設計，運用現(xiàn)代控制理論方法已不能取得應有的成效，于是出現(xiàn)了大系統(tǒng)理論與方法。80年代初，隨著計算機網(wǎng)絡的迅速發(fā)展，管理自動化取得較大進步，出現(xiàn)了管理信息系統(tǒng)、辦公自動化、決策支持系統(tǒng)。與此同時，人類開始綜合利用傳感技術、通訊技術、計算機、系統(tǒng)控制和人工智能等新技術和新方法來解決所面臨的工廠自動化、辦公自動化、醫(yī)療自動化、農(nóng)業(yè)自動化以及

9、各種復雜的社會經(jīng)濟問題。研制出柔性制造系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)、智能機器人和專家系統(tǒng)等高級自動化系統(tǒng)。 自動化技術的發(fā)展歷史是一部人類以自己自動化技術的發(fā)展歷史是一部人類以自己的聰明才智延伸和擴展企管功能的歷史，自動的聰明才智延伸和擴展企管功能的歷史，自動化是現(xiàn)代科學技術和現(xiàn)代工業(yè)的結晶，它的發(fā)化是現(xiàn)代科學技術和現(xiàn)代工業(yè)的結晶，它的發(fā)展充分體現(xiàn)了科學技術的綜合作用。展充分體現(xiàn)了科學技術的綜合作用。1 1、污水處理廠、污水處理廠PLCPLC柜柜基本知識基本知識 此為污水處理廠自動化控制系統(tǒng)PLC控制柜，即指在前文提到的下位機。目前污水處理廠共有PLC控制柜三臺，其由北京賽特雷特公司制造，實現(xiàn)與上位機之

10、間的數(shù)據(jù)交換與控制，內(nèi)部主要組成部分有以下幾項：此為斷路器此為斷路器此為此為CPU此為繼電器此為繼電器此為交直流此為交直流轉換電源轉換電源 CPU的核心內(nèi)容相當于人的大腦，如同計算機中CPU的作用，主要作用就是將上位機下達的各項指令有效的傳輸至各模塊，引起動作；其次是將現(xiàn)場的數(shù)據(jù)進行有效的收集，將數(shù)據(jù)傳輸至上位機，由上位機做出判斷。 我們知道，在任何控制電路和任意電路中，均需要有斷路器，斷路器的主要作用是防止高電壓或高電流突然沖擊對用電設備造成傷害，而PLC柜中的斷路器工作目的也是如此，其主要作用是保護各模塊防止高電壓產(chǎn)生時對模塊造成損害。 繼電器的作用相當于開關控制當量。當上位機發(fā)出指令，需

11、要某臺設備啟用或者停止時，這時繼電器就發(fā)揮作用，通過它控制現(xiàn)場設備的接觸器，閉合或打開相應的觸點，實現(xiàn)設備的啟停控制。 交直流轉換電源不僅僅是將交流電轉換為直流電，在西門子S7-300中，交直流轉換器需要將交流220V電壓轉換為直流24V電壓。24V直流電壓的用途一是對機架進行供電，即對模塊進行供電，保證模塊正常運轉，二是為繼電器的動作提供支持。此為接線端此為接線端子子此為模塊此為模塊此為此為PN接口接口此為浪涌保此為浪涌保護器護器 模塊的作用對于輸入端來說，就是收集現(xiàn)場數(shù)據(jù)、信息，提供給上位機；對于輸出端來說，就是送出可編程控制器的各項指令，已達到遠程控制的目的。 接線端子的作用有兩種，一是

12、實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)到上位機的數(shù)據(jù)傳輸，或者是將指令傳遞至現(xiàn)場設備，控制現(xiàn)場設備的啟停；二是實現(xiàn)信號分離的目的，當然在實現(xiàn)信號分離過程中需要新增加信號分配器，將一種信號分離為兩種、三種、四種信號，以實現(xiàn)不同的需要。 浪涌保護器的作用就相當于一種保護裝置，它主要適用于現(xiàn)場模擬信號輸入模塊；在信號傳輸過程中采用的是小信號傳輸，即模擬信號量為420mA的小信號，但是為防止出現(xiàn)大電流誤接入模塊，導致模塊燒壞，需要一定的保護裝置，這就是浪涌保護器存在的道理。 PN接口的作用很簡單，那就是實現(xiàn)上下位機之間的連接。前面已經(jīng)進行了介紹，在本污水處理廠，PLC柜之間的數(shù)據(jù)傳輸是通過網(wǎng)線傳輸，在上位機與下位機之間的數(shù)據(jù)傳

13、輸也是通過網(wǎng)線的形式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換與傳輸?shù)摹? 2、污水處理廠上位、污水處理廠上位機的相關知識機的相關知識 此為污水處理廠自動化控制系統(tǒng)的上位機主機，上位機在自控系統(tǒng)中也叫工業(yè)控制計算機，其與家用微型計算機的區(qū)別就在于硬件配置要高，無論是CPU還是硬盤，容量都遠遠高于家用計算機。 此為污水處理廠上位機的監(jiān)控頁面。從監(jiān)控頁面中可以實時反映出當前污水處理廠設備運行狀況，現(xiàn)場儀表數(shù)據(jù)傳輸情況，及污水處理廠整個的工藝流程圖。3 3、自控系統(tǒng)的啟動、自控系統(tǒng)的啟動 污水處理廠自控系統(tǒng)的啟動可分為以下三個步驟，由于其與家用計算機不同，其啟動步驟及按鈕開關也是不一樣的。1、打開鑰匙2、按下啟動按鈕3、雙擊污

14、水處理系統(tǒng)圖標4 4、界面操作及數(shù)據(jù)查詢、界面操作及數(shù)據(jù)查詢 通過工藝流程圖，第一可以全面的觀察到整個設施設備的情況，即指可以通過工藝流程圖可以直觀的看到污水廠的整個的工藝流程，其次可以反映出當前設備的運行狀況，儀表數(shù)據(jù)監(jiān)測情況；三是通過工藝流程圖可以實時的發(fā)現(xiàn)設備運轉異常，如發(fā)生跳閘等事件可以第一時間進行報警，值班人員可以發(fā)現(xiàn)。點擊可以查看報警項目點擊可以查看日月報表點擊可以查看分流程點擊可以進入電流及主要指標監(jiān)測畫面點擊可以進行用戶登錄，方可以更改參數(shù)4.14.1工藝畫面工藝畫面 通過工藝畫面，可以直觀看到以下幾幅圖，他們分別是整個工藝流程的擴展圖，通過擴展圖可以更加詳盡的了解到污水處理流

15、程的走向及設備運轉狀況。這是預處理部分設備設施圖這是厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)設備設施圖這是泥水分離區(qū)、集泥池及干化場設備設施圖4.24.2報表畫面報表畫面 通過報表畫面，可以直觀看到目前所使用儀表的數(shù)據(jù)傳輸狀況，報表畫面，通過調(diào)整最上端的日期，可以進行數(shù)據(jù)的有效查詢。這是數(shù)據(jù)趨勢圖這是報表畫面未查詢圖這是報表畫面查詢后圖4.34.3報警畫面報警畫面 通過報警畫面，可以實時的看到所有故障設備發(fā)生的時間，故障消除的時間，這為中控管理規(guī)范化奠定基礎，與此同時，還通過報警畫面，能夠最短時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)故障設備，減少設備故障率擴大化。這是報警畫面圖4.4NEW4.4NEW畫面畫面 根據(jù)河南省根據(jù)河南省環(huán)保廳的相

16、關要環(huán)保廳的相關要求，需要對污水求，需要對污水廠進出水水質、廠進出水水質、提升泵電流、污提升泵電流、污水處理過程中溶水處理過程中溶解氧、污泥濃度、解氧、污泥濃度、曝氣轉刷等電流曝氣轉刷等電流參數(shù)進行監(jiān)控，參數(shù)進行監(jiān)控，在在20122012年年底進年年底進行了系統(tǒng)改造及行了系統(tǒng)改造及升級，這就是新升級，這就是新增加的系統(tǒng)。增加的系統(tǒng)。進出水質曲線查詢進出水質曲線查詢曝氣機組曲線查詢曝氣機組曲線查詢生化參數(shù)歷史曲線生化參數(shù)歷史曲線設施運行參數(shù)設置設施運行參數(shù)設置進出水量曲線查詢進出水量曲線查詢綜合疊加曲線查詢綜合疊加曲線查詢運行記錄報表查詢運行記錄報表查詢?nèi)吭O施運行狀態(tài)全部設施運行狀態(tài)4.4.1

17、4.4.1運行記錄報表查詢運行記錄報表查詢 通過運行記錄報表查詢，可以查詢當前一天的數(shù)據(jù)情況，也可以查詢一個月的數(shù)據(jù)情況，還可以查詢一年內(nèi)的數(shù)據(jù)情況，查詢方式是通過改變頂端日期并選擇報表類型。查詢前報表查詢后報表4.4.24.4.2綜合疊加曲線查詢綜合疊加曲線查詢 通過綜合疊加曲線查詢，可以查看所有監(jiān)控參數(shù)的曲線，通過調(diào)整下端日期開始時間與結束時間，可以查詢一段時間內(nèi)的參數(shù)變化曲線。查詢前曲線查詢后曲線4.4.34.4.3進出水量曲線查詢進出水量曲線查詢 通過進出水量曲線查詢，可以查看進口、出口水量的變化曲線，還可以查詢提升泵房四臺提升泵的電流變化曲線。查詢前曲線查詢后曲線4.4.44.4.4

18、進出水質曲線查詢進出水質曲線查詢 通過進出水質曲線查詢，可以查看進出水氨氮、COD的曲線變化情況，從而形成直觀的方式判斷進出水的穩(wěn)定性。查詢前報表查詢后報表4.4.54.4.5曝氣機組曲線查詢曝氣機組曲線查詢 通過曝氣機組曲線查詢,可以查看到曝氣機組的運行情況，并且通過勾選旁邊的選框，可以查看到不同選擇下的曲線狀況。曝氣機組曲線查詢圖4.4.64.4.6生化參數(shù)歷史曲線生化參數(shù)歷史曲線 通過查詢生化參數(shù)曲線，可以查看在運行過程中溶解氧、污泥濃度的含量的變化曲線，通過調(diào)整下方的日期選擇，可以查詢一段時間內(nèi)的生化參數(shù)的變化曲線。查詢前報表查詢后報表1 1、萬用表的使用、萬用表的使用 在污水處理廠自動化控制系統(tǒng)故障排除過程中，我們將經(jīng)常使用的檢測儀器是萬用表，那么首先我們先看一下萬用表的基本使用。電壓、電阻測量表筆插入孔電流測量表筆插入孔通斷測量檔2 2、異常斷電下的恢復、異常斷電下的恢復 在異常停電后，如果想要進行恢復自控系統(tǒng)，首先需要對PLC柜內(nèi)的供電部分進行恢復，方