西门子模块6ES7214-1BD23-0XB8现货充足
一、污水处理相关概述
1、概况
相关资料显示，美国平均每1万人拥有1座污水处理厂，英国和德国则每7000～8000人就拥有1座污水处理厂，而中国每150万人才拥有一座污水处理厂。所以在中国污水处理是迫切的，而污水处理的市场也呈现出一派蓬勃的景象。
2、常用的污水处理工艺
污水处理的方法主要有物理、化学、物理化学以及生物等几种。这些方法根据实际情况，可以单一使用，也可以针对不同的污水混合使用。目前，污水处理的方法一般以生物处理方法为主辅以物理处理法和化学处理法。常用的工艺有以下几种：
（1）传统活性污泥法。古老的污水处理工艺，关键组成部分为曝气池与沉淀池。污水中的有机物在曝气池停留的过程中，曝气池中的微生物吸附污水中的大部分有机物，并且在曝气池中被氧化成无机物，然后在沉淀池中微生物絮体下沉，经过一段时间后，就可以输出清水，同时为了保持曝气池中污泥的浓度，沉淀池中经过沉淀后的一部分活性泥需要回流到曝气池中。
图1
该工艺的优点有：有机物去除率高；污泥负荷高；池的容积小；耗电省，运行成本低。
该工艺的缺点有：普通曝气法占地多，因而建设投资大；仅能满足污水处理标准中的相关指标；容易产生污泥膨胀现象；磷和氮的去除率低。
（2）A/O法。在传统活性污泥法的基础上发展起来的一种污水处理工艺，其中A代表Anocix（缺氧的），O代表Oxic（好氧的）。A/O法是一种缺氧—好氧生物污水处理工艺。该工艺通过增加好氧池与缺氧池所形成的硝化—反硝化反应系统，很好地处理了污水中的氮含量，具有明显的脱氮效果。但是硝化—反硝化反应系统需要得到很好的控制，这样就对该工艺提出了更高的管理要求，这也形成了该工艺的一大缺点。
（3）氧化沟法。是活性污泥法的一种变形，属于低负荷、延时曝气活性污泥法。废水和活性污泥的混合液在环状的曝气渠道中不断地循环流动，因此又被称为“循环曝气池”。氧化沟法具有处理工艺及构筑物简单、无初沉淀池和污泥硝化池、有机物去除率较高、脱氮、除磷（沟前增设厌氧池）、剩余污泥少且容易脱水、处理效果稳定等优点，但存在负荷低、占地大、耗电大、运转费用偏高的缺点，适用于中小规模的低负荷污水处理厂。可根据构筑物不同分为：卡鲁塞尔氧化沟法、奥贝尔氧化法和一体化氧化沟法。
另外还有A2/O法，A/B法，SBR法及UNITANK法，在这里就不详尽介绍，，如需了解详细，请查阅相关资料。
3、污水处理系统控制形式
（1）DCS系统。是集散控制系统的简称，又称为分布式计算机控制系统，是由计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、通信网络技术等相互渗透形成的。有计算机和现场终端组成，通过网络将现场控制站、检测站和操作站、控制站等连接起来，完成分散控制和集中操作、管理的功能，主要是用于各类生产过程，可tigao生产自动化水平和管理水平，其主要特点如下：
①采用分级分布式控制，减少了系统的信息传输量，使系统应用程序比较简单。
②实现了真正的分散控制，使系统的危险性分散，可靠性tigao。
③扩展能力较强。
④软硬件资源丰富，可适应各种要求。
⑤实时性好，响应快。
（2）现场总线控制系统。是由DCS和PLC发展而来的，是基于现场总线的自动控制系统。该系统按照公开、规范的通信协议在智能设备与计算机之间进行数据传输和交换，从而实现控制与管理一体化的自动控制系统，其优点如下所示：
①可利用计算机丰富的软硬件资源。
②响应快，实时性好。
③通信协议公开，不同产品可互连。
（3）PLC系统。可编程逻辑控制器用于处理系统的控制器，实现控制系统的功能要求，也可利用计算机作为上位机，通过网络连接PLC，对生产过程进行实时监控，其特点如下：
①编程方便、开发周期短、维护容易。
②通用性强，使用方便。
③控制能力强。
④模块化结构，扩展能力强。
4 卸船机控制系统的故障诊断
4.1 硬件组成
卸船机的故障诊断系统建立在基于plc和故障显示单片机组成的控制系统上。plc在故障诊断系统中的功能主要是完成卸船机控制系统设备故障信号检测、预处理，转化存储并传输给故障显示单片机。故障显示单片机由于具有较强的科学计算功能，通过编码解码完成从故障特征到故障原因的识别工作，并显示于lcd屏，给出故障定位报告，并为操作员给出相应的排除故障的建议。
4.2 程序设计
根据plc在故障诊断系统中的功能，笔者将从故障层次结构、故障信号检测、预处理，转化存储和传输四个方面对程序进行分析。
(1) 故障层次结构图
在进行故障诊断设计时，必须对整个系统可能会发生的故障进行分析，得到系统的故障层次结构。根据卸船机运行中受控设备的组成，可以画出卸船机控制系统的故障层次结构图。为了描述简单，这里作了一定的简化。
图2 卸船机故障层次结构图
系统故障结构的层次性为故障诊断的设计提供了一个合理的层次模型。为了全面的显示系统故障，必须把系统所有可能引起故障的检测点引入plc，以便系统能及时进行故障处理；并且在系统允许的条件下尽可能多的将底层的故障输入信息引入plc的程序中，以便得到更多的故障检测信息为系统的故障自诊断提供服务。
(2) 故障点的信号检测和预处理
基于plc的卸船机故障诊断系统，为了得到设备故障情况实现系统的故障自诊断，plc程序将所有故障检测点的状态反映给内部寄存器，图3是节选的用来记录故障点的部分程序。
在程序段55中，i24.1是主风机断路器的闭合信号，当主风机正常运转时，i24.1的值是1，如果i24.1的值变为0，则程序中其常闭点闭合，说明主风机断路器故障，此时plc辅助寄存器位m2.1将记录此次信号的跳变。在程序段58中，i21.7是主风机变频器过热的信号，当变频器正常时，i21.7的值是0，如果i21.7的值变为1，则程序中其常开点闭合，说明变频器过热故障，此时位m2.6将记录此次信号的跳变。
图3 卸船机故障点记录程序
对于模拟量信号例如主风机电流的故障诊断，首先利用模拟量模块，接收来自电流变送器的模拟信号，将其转换为数字信号，然后与整定值或系统允许的极限值比较,若在允许范围之内则表明对应的设备处于正常运行状态，如果实际值接近或达到极限值，则为不正常状态。判断故障发生与否的极限值根据实际系统相应的参数变化范围确定。
(3) 故障点的转化存储
在程序设计中，将可能发生的故障点全都记录在辅助寄存器m中，并且将故障根据发生类型进行分类存储，如图4所示。
图4 卸船机故障点转化存储程序
单个故障点信息分别存储于plc内部寄存器字节m50和m51中，并通过逻辑或输出于q53.0。
(4) 故障信息的传输及显示
卸船机故障显示单片机通过双绞线与plc的输出模块建立连接及时读取plc的内部寄存器区的各种故障信息。如图五所示，故障显示单片机通过读取plc输出点q53.0-q53.7的值来获取当前设备的工作状态，并把工作状态显示在lcd屏上。如果设备发生故障，单片机还将把故障代号，详细信息和处理建议集中显示。
1 引 言
随着技术的发展，可编程控制器(plc)的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，作为一种成熟稳定可靠的控制器，目前plc已经在工业控制中得到了越来越广泛的应用。在工业生产过程控制中，它具有可靠性高、抗干扰能力强，在恶劣的生产环境里，仍然可以十分正常地工作等优点。作为plc本身，它的故障发生率非常低，但对以plc为核心的plc控制系统而言，组成系统的其他外部元器件(如传感器、断路器和执行器等)和软件本身则很可能发生故障，从而使整个系统发生故障，有时还会烧坏plc，使整个系统瘫痪，造成极大的经济损失。所以，一个完善的plc系统除了能够正常运行，满足工业控制的要求，还必须能在系统出现故障时兼顾及时的故障诊断和故障处理建议。
本文将针对日照港氧化铝接卸专用vigan卸船机plc控制系统的故障诊断设计进行分析。
2 plc的故障诊断功能
故障自诊断功能是工业控制系统的智能化的一个重要标志，对于工业控制具有较高的意义和实用价值。
plc控制系统故障诊断技术的基本原理是利用plc的逻辑或运算功能，把连续获得的被控过程的各种状态不断地与所存储的理想(或正确)状态进行比较，发现它们之间的差异，并检查差异是否在所允许的范围内(包括时间范围和数值范围)。若差异超出了该范围，则按事先设定的方式对该差异进行译码，后以简单的、或较完善的方式给出故障信息报警。故障诊断的功能包括 故障的检测和判断及故障的信息输出。在plc控制系统中，发生故障的情况是多种多样的。
3 卸船机控制系统概述
日照港氧化铝接卸专用卸船机是世界先进的niv400al型气力式连续卸船机，配备了 6条作业线的自动定量灌包系统。每台卸船机额定生产能力为300吨/小时，大能力为315吨/小时，12条作业线可昼夜卸船灌包氧化铝12000吨至15000吨，比传统的氧化铝卸船灌包作业效率tigao了40%以上，具有卸船灌包操作稳、给料快、计量准、能耗低、无污染等特点。
卸船机控制系统选用西门子s7-300系列cpu314-2dp作为主工作站，共有输入144点，输出64点，控制着卸船机的运行、各状态信号的采集和设备的故障诊断。其硬件组态如图1所示。
图1 卸船机控制系统硬件组态
青海盐湖团体年产100万吨KCI，该项目的采矿设备由8条漂浮式水采船组成。采船的一半重量由卤水的浮力支撑，另一半重量由4条液压驱动的履带支撑并推动采船向前行驶。8条采船分别在14个长1.25km,宽2.5km的深水盐田采收光卤石矿。深水盐田，水深约1.5m，在盐田底部沉积有卤水蒸发而形成的40cm厚的固态光卤石矿。采船的采矿工艺流程为：采船前真个双螺旋集料器将光卤石矿收集到低级泵的进口，低级泵将矿桨（光卤石和卤水的混合物）吸到船载的矿桨罐，然后增压泵将矿桨罐里的浓度为35%的光卤石矿桨通过浮管输送到加工车间。
水采船的PLC采用美国AB公司的Controllogix5000,利用美国TRIMBLE公司的MS-860 GPS导航。此套控制系统实现了采船的自动导航，以及liuliang、浓度等的自动控制，进步了采收率，实现了光卤石采收作s业的高产、稳产。
1 系统结构
该系统采用了ROCKWELL的以态网、控制网、设备网。上层治理网根据以态网协议构建。因8条船分布在4Okm2的光卤石池中进行采矿作业，与中心码头间隔远，且活动性大，故8条船采用data-linc公司的SRM6300无线以太网模块构成无线以太网，与中心码头通讯，实现中心码头对8条船的监控和生产治理。在每条船上还装有通过以太网与PLC联接的上位监控系统，实现采船上的操纵职员对采船的操纵。采船自动化程度较高，整船只需一人操纵。采船前仓的PLC和后仓的远程PLC机架通过1756-CNB控制网模块桥接起来。底层设备通过设备网联接，包括有低级泵变频器，增压泵变频器，液压泵软启动器，卤水泵电机启动器，淡水泵电机启动器，前、中、后排污泵电机启动器等。
水采船PLC控制系统结构示意图如图1。
2 系统硬件配置
系统中的PLC为AB公司Contrologix5000, CPU为L55M13处理器，内存扩展为1.5M。采用13槽机架，除装有模拟量，数字量I/O模块外，还有以太网模块，设备网模块及与GPS进行通讯的MVI56-GSC模块。船载GPS，还有控制网模块及远程机架。
在中心码头配置有一台PLC，它不仅负责控制中心码头的6台二级加压泵，而且接收8条采船发送过来的数据，进行生产治理及工艺控制。中心泵站PLC和船载PLC用无线以太网数据电台组成无线以太网。采船前仓配置一台PLC，后仓配置一个13槽的远程机架，通过控制网模块将本地PLC和远程机架桥接起来。由于采船长达40m，配置远程机架将后仓的一些模拟量，数字量的输进输出及设备网的接线接到后仓远程机架，可以减少接线的长度和信号干扰。
船载PLC采集有关模拟量、数字量。每船包括84路开关量输进，36路开关量的输出，39路模拟量的输进，33路模拟量输出。这些模拟量及数字量输进信号主要来自于liuliang计、密度计、液位仪表及液压差压开关，输出信号主要用于控制3台液压泵及履带的转向，tisheng及设备的保护等。它通过设备网控制低级泵、增压泵、液压泵、卤水泵、电气室空调等。利用prosoft公司的MVI56-GSC通讯模块和GPS通讯，获取采船的位置和姿态数据，通过PLC的背板将数据传到PLC，控制采船的履带转向系统，使采船自动按航道作业，做到了采船不漏采，也不重采，进步了采船的采收率和效率。
3 系统软件设计
3.1 网络组态
网络组态利用Rockwell Software公司的RSlinxProfessional，RSnetWorx for DeviceNet和RsnetWorxfor CotrolNet软件完成以太网、控制网和设备网的组态。通过网络联接各种智能设备，达到网络互联和信息共享。
3.2 PLC程序设计
编程软件采用Rockwell Software软件公司开发的面向logix平台的Rslogix5000软件。PLC程序以功能块图为主，梯形图为辅，实现了采船系统的自动导航、liuliang控制、浓度控制等。
3.2.1 GPS自动导航
GPS自动导航原理流程图如图2。当采船切割头中心点与所给航线偏差大于30m时，前后履带调整为间隔逼近状态，以垂直方向切进航道。当偏差在小于30m的范围内时，前履带进行间隔逼近，则后履带进行角度校正。进进lm微调区后，前后履都调整为逼近航线。
3.2.2船体水平保持控制
控制思想：采船体靠浮力平衡于水面。正常情况下，行走机构靠重力依附于盐田底面。
采船行驶时，油缸的柔性可在一定范围内自动调节其伸缩长度。由于盐田底面的高低不平和盐田光卤石矿对行走履带的羁绊、凹陷，需要对行走机构施加下压力。池板的不平及下压力的不平衡会导致船厂体倾斜。本设计采用可姿态控制的GPS，根据GPS数据可判定船体不平衡的方向，调整相应履带的下压力，保证船体的平衡。
3.2.3浓度控制
控制思想：若切割头不参与浓度控制，船的航速将与浓度成正比，但由于盐池成矿程度不同，简单的比例控制不能很好地解决这个题目。由于密度计的安装位置离矿浆进口比较近，整个系统可视为一个反应比较快的过程，因此整个系统的PID参数的设定成为系统控制好坏的关键。
3.3 上位机监控系统的设计
监控软件采用Rockwell software软件公司的RSview32软件，它包括人机界面开发软件和运行软件。提供创建和运行高效监视和治理控制应用程序所需的工具。RSview32还具有强大的网络通讯能力，可与Allen-Bradey公司各种类型的PLC网络进行数据通讯。在Rsview32中设置好Channel类型和Node节点号后，Rsview32便可与以太网进行通讯，以实现上位机对采船现场设备的检测与控制。
采船上的监控系统画面主要由采船总貌图、导航图、工艺参数图、液压设备图、变频驱动图、行走履带悬挂图、统计报表图及报警图组成。
4 结束语
本系统自2003年8月投运以来，显示状况良好，控制功能正常。PLC系统的投产，进步了深水盐田采收作业的自动化程度，大大减轻了采船操纵职员的劳动强度。同时，进步了盐田的采收率，保证了加工车间的供矿质量。(end)
