西門子PLC在污水廠自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：PLC自動控制系統(tǒng)在整個污水處理廠自動控制系統(tǒng)中是非常重要的組成部分。本文以光大水務(wù)（濟南）有限公司一廠為例，介紹了西門子PLC的硬件配置，以及實現(xiàn)進水泵房恒液位控制的PLC自動控制程序。

關(guān)鍵詞：西門子PLC 自動控制 硬件配置 進水泵房

Abstract：The PLC automatic control system is an important part of WWTP’s（Waste Water Treatment Plan） control system. Take the NO. 1 plant of Jinan EB（Ever Bright） Water Affairs Company as an example， this essay introduced the SIEMENS PLC hardware configuration ， and the PLC automatic control program which achieve the constant level control of the inlet pump.

一、概述

隨著工業(yè)化的不斷提高， PLC作為企業(yè)自動化控制的中心樞紐，在設(shè)備自動化方面已經(jīng)成為不可或缺的組成部分，它具有通用性好，可靠性高，安裝靈活，擴展方便，性價比高等一系列優(yōu)點，而且其總線與網(wǎng)絡(luò)能力越來越強，可方便地與上位機組成控制系統(tǒng)；另一方面，污水處理過程的共同特點就是開關(guān)量多，模擬量少，以邏輯順序控制為主，閉環(huán)回路控制為輔，因此PLC在污水處理行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。本文以光大水務(wù)濟南有限公司一廠為例，來說明西門子PLC控制系統(tǒng)在污水處理廠的應(yīng)用。

光大水務(wù)（濟南）有限公司一廠經(jīng)過2008年升級改造，污水處理能力達到30萬噸/日，出水達到國家一級A排放標(biāo)準(zhǔn)，一廠共設(shè)五座現(xiàn)場PLC控制站，每個分控站均采用SIEMENS的S7-400系列的PLC，分別為PLC1、PLC2、PLC3、PLC4、PLC5。各現(xiàn)場控制站PLC的功能是：對上在中控室上位機的協(xié)調(diào)下運行，并傳送數(shù)據(jù)至上位機，對下承擔(dān)本區(qū)域的數(shù)據(jù)采集和自動控制功能，并通過現(xiàn)場總線PROFIBUB DP與本站內(nèi)成套設(shè)備廠家自帶的PLC進行通迅和數(shù)據(jù)交換，即使上位機發(fā)生故障，各PLC也能獨立運行。

二、PLC控制系統(tǒng)硬件配置

所謂系統(tǒng)的配置，就是根據(jù)被控工業(yè)對象的要求，確定控制器的型號、控制器應(yīng)具有的控制功能、相應(yīng)數(shù)量的I/0卡數(shù)，以及維持系統(tǒng)正常運行所需的一些特殊模塊，附件等，組成一個完整的硬件系統(tǒng)。其硬件主要包括：中央處理單元（CPU）、通訊模板、輸入/輸出模板、功能模板、電源等。

一廠PLC控制器采用的是SIEMENS S7-400系列的412-2 CPU，通過S7-400系列的以太網(wǎng)卡CP443-1與光纖交換機通迅，進而組成以太網(wǎng)光纖環(huán)網(wǎng)，完成CPU與中控室上位機及本PLC的觸摸屏的數(shù)據(jù)交換。

CPU通過PROFIBUS-DP電纜與掛在PROFIBUS-DP網(wǎng)上的各I/O從站及其他品牌系列的CPU從站（為輔助系統(tǒng)設(shè)備廠家自帶）進行通迅，來完成I/O模塊與CPU之間的數(shù)據(jù)交換，CPU本身也做為PROFIBUS-DP網(wǎng)上的主站。I/O從站又由從站電源PS307、ETM200接口模塊IM153-1 、標(biāo)準(zhǔn)I/O模塊及可插拔底板組成。I/O模塊采用的是S7-300系列的模塊，包括SM321（32點開關(guān)量輸入）模塊、SM322（16點開關(guān)量輸出）模塊、SM331（8點模擬量輸入）模塊、SM332（8點模擬量輸出）模塊等四種。除SM322（16點開關(guān)量輸出）模塊是通過繼電器隔離外，其他模塊均是直接通過柜內(nèi)統(tǒng)一排放的接線端子與現(xiàn)場儀表及設(shè)備連接。

1PLC1站硬件配置及控制范圍

控制范圍為：1#粗格柵和進水泵房、2#新建粗格柵和進水泵房、1#細格柵和沉沙池、2#細格柵和沉沙池、新建厭氧池、中間提升泵房、污泥回流泵房、紫外消毒渠、MCC1、MCC2。

2PLC2站硬件配置及控制范圍

該PLC2控制站由纖維濾池廠家提供，自成一套獨立控制系統(tǒng)，可以將需要的監(jiān)控信號上傳至中控室，控制范圍為：高效纖維濾站。

3PLC3站硬件配置及控制范圍

控制范圍為：高密度沉淀池、加氯間、加藥間。

4PLC4站硬件配置及控制范圍

控制范圍為：分配池、1#生物池、2#生物池、鼓風(fēng)機房、二沉池、污泥脫水機房、MCC3。

5PLC5站硬件配置

控制范圍為：前濃縮單元、污泥消化與加熱單元、脫硫單元、后濃縮單元、熱交換單元、MCC4、MCC5。

三、進水泵房PLC自動控制

2008年光大水務(wù)（濟南）有限公司進行了一級A升級改造，升級改造后1#進水泵房仍裝有10臺進水泵，但將其中2臺進水泵改為變頻運行。考慮到增加了變頻泵的控制，同時控制液位仍然只有50厘米，而濟南市由于管網(wǎng)改造等原因，對污水廠進水泵房液位高度提出了更高的要求，所以，重新編寫了泵房控制程序。新的控制系統(tǒng)仍然是4種控制方式：現(xiàn)場手動、MCC保護控制、PLC控制、VDU控制。其中現(xiàn)場手動、MCC保護控制與原系統(tǒng)完全一致，VDU控制基本一致，但因為增加了變頻進水泵的頻率調(diào)節(jié)控制，PLC控制方式發(fā)生了重大改變，其控制方式為：

1、設(shè)定水位控制點L0：L0點是水位控制目標(biāo)（該水位上位機可調(diào)），當(dāng)水位高于該點時，變頻泵頻率每T秒（該時間上位機可調(diào)）減少5赫茲，直到最低頻率；當(dāng)水位低于該點時，變頻泵頻率每T秒增加5赫茲，直到最高頻率。

2、設(shè)定高液位H1：當(dāng)水位高于該點時，系統(tǒng)將每10秒啟動一臺非變頻進水泵，一直到液位低于H1為止。

3、設(shè)定低液位L1：當(dāng)水位低于該點時，變頻泵頻率每10秒關(guān)閉一臺非變頻進水泵，一直到液位高于L1為止。

4、設(shè)定高液位H2：當(dāng)水位高于該點時，系統(tǒng)將每5秒啟動兩臺非變頻進水泵，一直到液位低于H2為止。

5、設(shè)定低液位L2：當(dāng)水位低于該點時，變頻泵頻率每5秒關(guān)閉兩臺非變頻進水泵，一直到液位高于L2為止。

在上位機監(jiān)控界面上，設(shè)置了L0點、H1點、L1點、H2點、L2點、間隔時間T等參數(shù)設(shè)置界面，以便運行人員根據(jù)實際運行情況調(diào)整參數(shù)，達到運行最佳狀態(tài)。

改造后進水泵房自動控制系統(tǒng)已經(jīng)穩(wěn)定運行3年多，未出現(xiàn)控制不穩(wěn)定或者液位過高造成管網(wǎng)溢水等事故，并且通過充分利用變頻調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了節(jié)約能源、降低能耗的作用，缺點是需要至少保證一臺變頻泵完好運行，否則無法實現(xiàn)恒液位控制。

四、結(jié)束語

基于PLC的自動控制在整個污水處理廠自動控制系統(tǒng)中是非常重要的組成部分。PLC是專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的一種專用微機，它的高可靠性和較強適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力保證了控制系統(tǒng)的高可靠性。由于PLC模塊化的功能，軟件又采用統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)，若加大處理規(guī)模，只需增加相應(yīng)的功能模塊，增加適當(dāng)?shù)能浖δ芫涂稍谳^小的投入下很方便地實現(xiàn)規(guī)模擴展，這大大提高了污水處理廠的自動化水平， 降低了勞動強度，對能源和設(shè)備的利用更加合理，并實現(xiàn)了節(jié)約能源、降低能耗，為促進城市與社會可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮著極其重要的作用。

參考文獻

[1]SIMATIC 可編程控制器S7-400模塊規(guī)格參考手冊， 2005 年9 月版 ，Siemens Corporation