西门子模块6ES7216-2BD23-0XB8保内产品
1 引言
公司工程技术人员针对电厂生产废水处理的特点和工程实例，经过数百次的反复试验研究，成功研制一种新型、高效、低运行成本的处理工艺，并将该工艺应用于佛山市光明发电厂有限公司的污水处理中。经过一年多的调试运转，经检测，该工艺的各项指标均达到了国家污水综合排放标准GB 8978-1996中的一级排放标准。
由于污水处理的环境恶劣且一些工艺参数要求严格，在人工操作时，会因操作人员的错误判断而影响处理效果，甚至造成不可挽回的损失。因此在该工程中，我们设计了PLC自动控制系统，实现了污水处理过程的自动控制，工艺过程的操作和工艺参数显示均通过触摸屏实现，工作人员通过触摸屏设置好必要的参数后，只需监控处理过程，进行一些必要的干预。
2 污水处理工艺流程简介
电厂含油废水是由离心分离机脱水及维修设备时产生，废水的酸碱度变化大，水质的含油量变化大，乳化程度高，一般的处理系统受各种因素影响比较大(水量、含油量、酸碱度)，造成各项排放指标超标(电厂废水排放标准COD≤100ppm. SS≤70ppm,含油率≤5ppm)。以下介绍一种新型的处理工艺，其流程如图1所示。
废水的处理过程:前级采用旋流分离器对含油废水进行预处理，它利用两种不相溶液体的比重差，在压差的条件下，产生高速旋转，使得密度高的水抛出，密度小的油溢出，实现油水的高效分离，它相对于自然重力沉降平流隔油高效得多，离心分离后能有效地除去大部分的浮重油，降低次级负荷(降低加药量)，次级采用竖流沉淀池进行破乳、絮凝沉淀，在竖流沉淀加药池的混凝方式是加药方向与被处理的废水相对流，保证充分、快速混凝。为配合发挥药物的佳功效，采用特殊的控制方式响应系统各种因素的变化，通过絮凝沉淀完成对石油及SS的有效处理，后级采用氧化-过滤器对COD进行有效降解。系统的COD主要由维修分厂的废水产生，成分主要为芳烃族类，氧化—过滤器通过撞击流的方式，利用气水高速相撞，改变芳烃族类的理化特性，从而降解系统的COD。废水经过以上工艺处理后环保考核的主要三项指标COD、SS、含油率达到了国家一级排放标准(COD≤100ppm. SS≤70ppm,含油率≤5ppm)。
3 PLC控制系统结构
3.1 硬件结构
自控系统分为两级:上位监视级和下位控制级，如图2所示。监视级由一台日本Hakko公司的V606i型触摸屏和一台打印机组成，实现现场工作状态的同步监视，并可随时打印现场的运行数据。控制级由一台S7-200 CPU224 型可编程逻辑控制器(PLC)及一个模拟量采集模块EM 235、一个I/O扩展模块EM 223和触摸屏组成。其中，PLC用于流量采集、1＃、3＃计量泵的输出信号处理和反洗水泵、搅拌泵、空压机、抽水泵的控制;EM 235用于PH计的信号输入和2＃计量泵的输出信号处理;EM223用于水位信号采集和漩流分离器、撞击流装置的控制;触摸屏除了提供监视功能，也具有控制功能，可通过它设定参数及实现对每个系统设备的单独控制。触摸屏和PLC之间通过RS-442/485转换线通信。
3.2 软件构成
S7-200型PLC的组态编程采用STEP 7软件，该软件基于WIN32或以上版本，具有在PC上对S7-200控制系统进行常规配置、程序编辑、编译及反编译、监控和在线命令等功能。V606i型触摸屏的编程采用V-SFT软件设计，这是HAKKO公司V6系列触摸屏用户画面的专用软件。它运行于bbbbbbs 95/98/NT操作系统，仅需指定PLC的型号，当向V6下载画面数据时，对应的PLC通讯程序就会自动下载到V6中，因此两者之间的兼容不存在任何问题。
4 PLC控制系统的功能
为提高处理效率，减轻工人的劳动强度，保证设备正常运行，PLC控制系统具有生产过程自动控制、在线监视、故障显示报警、生成报表等基本功能。
4.1 生产过程自动控制
本控制系统的检测仪表为多种类、在线连续检测，其中包括液位、流量、pH值的测量和控制。pH计测量的4～20mA信号和流量计的脉冲信号输入PLC，经程序运算处理后传输至触摸屏监视和打印，并通过程序里的公式运算，分别输出高速脉冲和4～20mA信号至两个计量泵，进行污水的絮凝剂PAC(聚合氯化铝)和PAM(聚丙稀酰胺)的自动调节。检测仪表的控制信号(液位上下限)送至PLC参与系统的逻辑控制。主要控制回路介绍如下:
含油废水一般是中性的，pH值在6～8之间，但当维修车间清洗时，废水将带有碱性，如果pH值超过9，将会对废水的絮凝效果产生影响，所以要加酸中和，将污水的pH值调节至6.5～7.5。另外，PAC和PAM的加入也必须按一定的顺序和比例，才能达到好的絮凝效果。
，影响污水处理效果的主要调节回路有污水加酸中pH值的控制和PAC、PAM加入量的控制，现分别加以详细说明。
(1) 污水的pH值调节
我们选用了一台台湾JENCO公司生产的3675 型工业式酸度/氧化还原测试仪对pH进行控制。这种控制器除实现pH值检测外，还具备两组开关控制输出(上下限报警)和pH值讯号输出(4~20mA)。我们可通过控制器设定pH值的上下限，将两组开关控制信号输出至PLC，通过程序运算，输出信号，控制3＃计量泵的开停。另外，也可以通过触摸屏上设计的按钮，直接控制3＃计量泵，实现pH值的手动调节。pH值讯号(4~20mA)输出至PLC，经程序换算为数值在触摸屏上显示。
(2) PAC、PAM加入量的控制
由于选用的是日本TACMINA公司的PZi4型计量泵，它可以接收模拟量或脉冲量信号控制，因此，我们首先将涡轮流量计的脉冲信号输入PLC，通过程序内高速计数器计算脉冲数和公式换算,得出PAC、PAM的加药量，再通过程序进行数模转换，由PLC和扩展模块分别输出脉冲信号和模拟量信号来控制1＃、2＃计量泵，使PAC、PAM可以随着流量的连续变化而变化，从而使污水处理效果稳定、高效。另外，通过触摸屏可以设定相关参数，或通过界面上内置的高值、中值、低值三个按钮方便快捷地改变参数，还可以在触摸屏上直接输入加药量，对系统进行调控，实现加药量的手动调节。加药量经程序换算为数值在触摸屏上显示。
4.2 在线监视、报警功能
对系统运行参数、水位状态、设备状态、各种越限报警信号，进行实时监测、处理、记录和显示。
(1) 工艺图的切换
PLC和触摸屏的程序开发时，在触摸屏的屏幕上可以显示动态的工艺流程图和8个子界面，在这些界面上可以显示现场设备的运行状况、仪表检测数据，以及某些工艺参数的变化趋势、历史记录。操作人员可以直接在触摸屏上了解处理系统的运行状态，并且可以随时切换每个界面，调整工艺参数和对自控系统进行干预。
(2) 工作流程的自动监控
现场操作人员可在触摸屏上设置各项参数，操作水泵、设备，实现流程的监视、选择流程的启动和停止。另外，触摸屏程序组态了扇形图和柱状图显示流量和pH值数据，并将数据记录在历史趋势图中，以更直观地观测生产数据和分析运行过程。
(3) 越限报警
控制系统对生产中出现的负载故障和控制参数越限(如pH值超过上限)有声光报警功能，以引起操作人员注意，及时采取措施排除故障，从而使生产恢复正常。
4.3 报表功能
为将污水处理情况记录下来，可根据需要由操作人员通过触摸屏的打印输出功能，将里面的一些重要检测数据和历史趋势图打印出来。
5 结束语
从近一年的运行情况来看，该控制系统完全满足电厂污水处理工艺的要求，提高了处理效率，降低了工人的劳动强度和运行成本，体现了污水处理站的现代化水平，具有和工艺成套应用及推广的价值。
1 引言
挖泥船监控系统是大型挖泥船的重要组成部分，具有控制设备多、作业流程复杂等特点。工作环境恶劣，粉尘、潮气、盐雾、高温、振动等干扰比较严重。
可编程控制器(PLC)相对于传统的继电器控制方式，可适应恶劣的工业环境，可靠性高;硬件系统可采用模块化结构，易于扩展，具有网络通讯功能;控制功能大部分由软件实现，程序编制容易、修改方便。
2 系统简介
2.1 原系统构成
海狸4602号是一艘全液压驱动、非自航的大型挖泥工程船舶。船上布置有液压工作机械20台，其中绞刀系统有液压马达6台;绞刀架起落系统有液压油马达2台，紧定油缸1只;横移系统有液压油马达4台抛锚系统有液压油马达2只;定位桩油缸2只;甲板吊系统有液压油马达2台;绞盘液压油马达1只。由一台卡特柴油机驱动的6台VICKERS双联叶片泵构成该船的液压动力泵站，另有一台小型的应急柴油机驱动1台应急油泵构成应急泵站。所有液压工作机械均采用电磁阀控制，由传统的继电器控制系统进行控制。
此外，海狸4602号的动力部分由5台大型柴油机组成，其中1台1140马力的辅机除了驱动全船的液压泵站外，还驱动1台40KW的发电机进行对全船的供电。另外4台柴油机(4*863马力)分为2组，由2台相同的柴油机构成串联机组驱动泥浆泵。机组和泥浆泵中间经过一泥泵齿轮箱减速驱动。为保证柴油机和泥泵齿轮箱的安全运行。该船分别在机舱和操纵室内配置有柴油机冷却水位、冷却水温、柴油机润滑油压力、润滑油温度、齿轮箱润滑油压力、冷却水温度的报警系统以及紧急停车系统。这2套系统也由传统的继电器控制系统进行控制。
该船的控制系统经过20多年的使用，部分元器件已经老化，工作的稳定性差。引入PLC对挖泥船的监控系统进行改造有必要提上议事日程。
2.2 控制系统构成
结合海狸4602好挖泥船原有的设备状况，构建PLC监控网络对原控制系统进行改造，利用上位机监视全船设备的运行状态，并根据实际的工况条件，在挖泥过程中采用模糊控制算法，对绞刀速度、绞刀下放深度、横移速度、进桩距离等重要参数进行优控制，实现该船的自动挖泥。
改造后的挖泥船控制系统具有自动和手动2种控制方式，并实现通过上位机对全船设备的运行进行实时监测显示、故障报警和紧急停车的功能。
图1 系统构成原理框图
图1中Controller bbbb为现场控制网络，其通讯波特率可达2Mbps，通讯距离可达1km，是目前PC与PLC、PLC与PLC之间通讯速率快的通讯系统, CLK单元通过端子板、CLK支持卡通过专用插件与双绞线连接，接线非常方便。CLK单元上内置了终端电阻，通过简单的开关设置就可以配备网络两端点所需的终端电阻。在数据链接上，Controller bbbb控制网络除使用LR区外，还可以使用IR、CIO、DM和扩展DM区进行链接，每台PLC发送的字数可达1k，发送和接收的总字数可达8k，具有大容量数据链接的功能。但由于其通讯模块价格较高，以此构成的系统成本高。考虑本文的篇幅，暂时不介绍基于Controller bbbb总线网络的远程实时组态监控系统。
整个监控系统由2台PLC组成现场控制网络，#1PLC负责对液压工作机械控制，它由基本控制单元和6块开关量I/O模块和1块A/D模块组成，完成自动挖泥过程以及对液压系统工作负荷的测量。#2PLC则由5块开关量I/O模块和2块A/D模块组成。主要用于动力部分和各类辅助机械运行参数的分析处理以及全船的故障报警。
2.3 控制系统工作原理
(1) 基本逻辑控制过程。
PLC逻辑控制流程见图2所示。PLC是按照重复扫描的方式执行它的操作，它使PLC中的用户程序逐行被解读，并按照操作信号发出的控制命令，实现对液压系统工作过程的控制。
(2) 系统硬件设计
a) 2台PLC均采用OMRON C200型PLC。
CPU单元、输入、输出单元均使用24VDC电源。继电器输出单元C200H-OC225的大通断能力:2A，24V.在实船控制系统中，出于安全可靠方面的考虑，不用PLC的I/O模块直接驱动负载，而是在PLC的输出端设置插件式的半导体负荷驱动板。该驱动板具有无触点开关的优点，而且本身设置有短路保护环节，带有指示灯熔断器，便于及时维护。
b) 操作台和控制柜的布置仍然尊重旧有的工作习惯，基本按照原有的位置进行布置。#1PLC放在驾驶室操作台内，#2PLC放在机舱的报警箱内，以减少输入信号到PLC输入单元的线缆长度。驾驶室操作台实现挖泥操作的所有动作，包括自动挖泥和对绞刀、横移、桥架、抛锚、定位桩的单独控制。同时具有对机舱和舱面设备的远程控制功能.机舱控制柜主要负责舱内设备的安全报警，包括5台柴油机、液压系统以及辅助设备的运行参数的监控。
c) 系统监测与状态显示部分除了沿用过去直观的指针式真空、压力表之外。还在液压系统中设置18个压力传感器，既可以通过数字式仪表对液压系统和柴油机润滑系统的工作压力进行测量监视。也可以采集绞刀、横移、桥架、抛锚、定位桩等装置的工作负荷，将模拟量送PLC的A/D模块进行转换，经过数值计算和信号处理之后，一部分作为开关量信号输出用作液压装置的保护。另外一部分可以上传至上位机，显示挖泥工作状态。
d) PLC设备的供电。PLC允许供电电源电压的变化幅度为-15%~+10%V，瞬时电源故障时间应不大于10ms。在实际工作中对PLC采取两路供电，提高供电的可靠性。一路由交流220V经稳压电源送PLC电源模块，另外一路作为应急供电措施，用24V蓄电池组作电源，保证应急状态下控制系统能够操作。
(3) 系统软件设计
a) 自动挖泥程序设计
绞吸式挖泥船的的挖泥过程是指绞刀的垂向及水平给量与横移速度所形成的合适的切削过程。为此需要控制绞刀在三维空间的准确位置和绞刀的转速。从而要求具有能使垂向、水平给量相当稳定，绞刀切削泥土正常并相应前移的四种自动控制功能。即桥架绞车控制，绞刀转速控制、横移绞车控制、定位桩前移控制。
考虑到海狸4602号挖泥船现有设备的局限性，比如定位桩部分不是采用的定位桩台车装置。因此在程序设计过程中，在尽可能提高挖泥作业自动化水平，简化操作的同时，也充分考虑到系统所应具备的灵活性，以适应复杂多变的施工环境。特别是在遭遇风浪、潮汐、塌方、水下障碍物等意外情况时，仍然离不开人工操作。另外，为了尽量避免误操作给设备运行带来的损坏，在程序设计中加了更多安全联锁保护环节。比如定位桩的下落操作中，为防止定位桩在下落过程中突然提桩，导致定位桩巨大的惯量冲击破坏液压缸装置，在程序中通过设置延时程序取代以往的在定位桩系统的液控单向阀中加装节流螺钉的做法。再比如对横移的启动和停止，也通过程序设置为加减速模式，防止人工操作过程中高速启动和停止对液压系统和缆绳的冲击以及对船体稳定性的影响。此外所有液压系统的过载保护也在程序中进行互锁，使液压系统在电气和机械上具有双重保护。
整个系统可以在手动工作和自动控制工作方式下操作。上述工作方式的转换由“自动/手动”转换开关来实现。手动方式下，可以对绞刀、横移、桥架、定位桩、抛锚等系统进行单独操作，即在特殊情况下，可以完全由人工进行挖泥操作。
自动方式下，将挖泥操作分为三大块。分别为绞刀自动、横移自动、进桩自动。绞刀自动部分负责将绞刀头调到预定挖泥模式的起始点，实现对绞刀垂直给量的位置控制和绞刀切削厚度控制。横移自动部分主要是根据挖泥过程中的状态参数的反馈量，对横移速度进行控制，保证各种驱动装置不超过负荷，泥浆正常稳定地输送。进桩自动部分则是根据开挖泥层的土质状况，控制绞刀合适的水平进给量。自动挖泥的程序流程见图3。
b) 报警监测程序设计
在挖泥作业过程中，保证设备的安全及正常运转是整个工程成败的基础。#2PLC完成对机舱设备、液压系统、泥泵系统运行参数的采集。实现柴油机润滑油的油压、油温、冷却水水位、水温的极限报警和柴油机飞车状态下的停车保护和紧急停车保护。实现齿轮箱润滑油油压、油温的极限报警和紧急脱泵保护。实现液压系统液
压油位过低和油温过高报警。实现泥泵堵死、吸泥口堵死报警和管道内泥浆浓度过高，流速低于临界流速的堵管报警和泥浆浓度过低的低效率报警。
3 结束语
本系统采用高性价比的C200Hα型PC构成的挖泥船监控系统，成本低廉，可靠性高，可操作性强，自动化水平的提高在很大程度上降低了挖泥作业人员的劳动强度。同时使系统具有了较强的系统自诊断功能，方便运行维护人员排除故障。该系统的成功改造为国内老龄挖泥船舶以及其它工程船舶的技术改造提供了典型范例，特别是将PLC技术应用到老龄船舶技改领域，从而提高船舶自动化程度有重要的现实意义。
1 引言
中密度板(MDF)由于性能优良，已成为用途广泛的人造板。中密度生产线是木材加工生产中电气设备多、控制复杂的生产线。热压机是整个系统中重要的设备，必须按时间、行程、压力、温度、位移等原则或工艺参数进行协调控制。随着可编程控制器(PLC)技术的发展，把PLC 应用于热压机，解决了系统的工艺要求，提高了系统的可靠性和维修的快速性。
2 工艺要求
热压机是中密度纤维生产线中主要的设备。根据工艺要求，压机在热压过程中应满足“压力-时间-位置”曲线和压机的闭合及开启时的速度要求。中密度板厚度要求的变化、原料及胶合剂的变化等都要影响工艺曲线，生产过程中应该做相应的调整。本文仅介绍PLC控制的热压机部分控制过程。
成品厚度为15mm的MDF基准热压工艺曲线如图1所示。
图1中时间、压力的参数设定为:装板辅助时间20s，空闭合时间10s(t1)，升压0-8.0Mpa时间30s(t2)，
保压8.0Mpa 时间10s(t3)，升压 8.0-18.0Mpa时间40s(t4),保压时间10s(t5)，卸压18.0-3.0Mpa时间120s(t6),保压 3.0Mpa时间250s(t7),卸压时间从8.0-18.0Mpa 40s(t8)，卸板辅助时间10s。以上合计一个热压周期。
3 系统的硬件设计
系统采用OMRON公司C2000H型PLC,其硬件基本由开关量输入单元、模拟量输入单元、脉冲输入单元、继电器输出单元和晶体管输出单元组成。由于输入输出参数较多，故硬件图省略，下面仅由图2及表1、表2给出PLC控制系统部分主要的硬件连接关系。
4 系统的软件设计
系统控制的软件设计内容较多，
本文仅介绍几种主要的输入输出控制方法:星形三角形启动，参数设定和参数输出显示和位置测量。
4.1 星形三角形启动
系统用的加压泵和充压泵D1、D2、D3、D4、D5共5个电机的容量较大，启动时应采取星形三角形启动方式。具体梯形图如图3所示。图3中所示:A—启动输入:I00008，I00010，I00012，I00014，I00100。B—停止输入:I00009，I00011，I00013，I00015，I00101。C—压机高压力:I00112。D-03400，03401，03402，03403，03404。E—自锁，为D的触点。TA—定时器:T010～T014，定时4秒。TB—定时器:T015～T019，定时4.2秒。F—星形启动:Q00300，Q00302，Q00304，Q00306，Q00308。G—三角形运行:Q00301，Q00303，Q00305，Q00307，Q00309。TC—定时器T020～T0204，定时1秒。
4.2 参数设定和参数输出显示
注:A为V1选择:HR4001～HR4009;B为类型选择:I00102～I00105;C为设定选择:I00106;DMX为各参数数据的数据存储单元。
图4中I00212～I00215将1位拨码输入转换成十进制数(V1)来确定要设置的第几个参数;I00200～I00211将3位拨码输入(4位BCD码V2)作为V1选择的第几个参数的数值存入IR030中;再将参数的数值存入对应的数据单元中。每个参数数值多可以设置10个数据。如压机压力设置V1=2,V2=120,则压机第二段压力设置为120Kg/cm2
图5中A为输出选通信号，将热压、位置、时间和蓄压器压力显示出来。图5中A为23601,23603,23605,23607;B为Q00412,Q00413,Q00414,Q00415;DMX为DM0130，DM0140，DM0150，DM0160;Q00400～Q00411输出3位8421数据，以便显示;Q00412～Q00415对热压、位置、时间、蓄压进行输出显示选通。
4.3 蓄压器力、热压机压力和位置测量
5 结束语
本系统采用高性能价格比的C200H- PLC其成本低廉,可靠性高,可以在生产过程中灵活方便地改变热压机的压力、时间、板厚等参数，以便满足不同原料、不同板厚和不同工艺要求的中密度板材的生产。系统采用模块式结构,其硬件配置灵活,维修方便.生产实践证明采用PLC控制该系统远行可靠。
