6ES7214-2BD23-0XB8选型说明

6ES7214-2BD23-0XB8选型说明

一、工艺系统图

二、行业背景

       未来中国供水和污水市场的需求巨大。供水方面，随着国民经济的持续快速发展和城镇化水平的tigao，城镇用水人口呈增长趋势，我国“十一五”期间（2006年～2010 年），全国城市供水将新增 4000 万立方米/ 日的能力；污水处理方面，根据国家环保总局的规划，全国同期需要建设污水厂677 座，将有 3000 亿元左右资金投向污水处理设施建设领域。国有产权改革和水务市场化、产业化发展带来的合资、并购发展机会。目前，中国有城市 661 个，基本上每个城市都拥有自己的自来水公司，共有水厂 2000 多个，资产总额达 5000 亿，各自来水公司的供水能力普遍较小，所占份额也以当地需水量为限。中国现有供水企业区域经营分散特性，将为各类水务投资公司的购并发展带来巨大的潜在市场机遇。水价形成机制的合理化和改革，水务项目运营的改善、管理水平的tisheng和人力资源的合理配置，通过应用新技术、新工艺与设备运营的优化降低运营成本，都将给化的投资运营商带来较大的投资收益和管理收益。

三、系统结构
      监控子系统采用全开放分布式结构，系统由广域以太网络及其上分布的各节点计算机、机组 LCU 和分水点 RTU 组成。整个监控系统的网络由两个独立传输系统组成：一个以粤港调度中心为全线调度中心的专用的 SCADA 网络，另一个是金湖泵站为备用调度中心采用综合通信网（OTN 系统）作为监控系统的备用的 SCADA 网络。主要由四个层次构成：

1. 调度中心层
• 采 用两个冗余的核心路由交换机 Cisco 4503，组成冗余的 100/1000M 以太网络，通过长距离光纤媒体转换器　实现与主干泵站组成骨干网（双星型100M 以太网），并具有路由功能，实现各个泵站VLAN 之间的数据交换。

• 通过综合通信网（OTN 系统）与二期、三期电站相连，实现调度中心与各个站VLAN之间的数据交换。
• 　 提供一套 LCU（GE Fanuc 系列 90-30 PLC）用于在模拟屏上显示过程数据。泵站和调度中心模拟屏上显示的 LCU　数据，其采集通过 LCU 间的直接通讯来完成。

2、紧急备用调度中心层

      采用路由交换机 Cisco 2621，通过综合通信网（OTN 系统）与主干泵站组成数据备用网（10M以太网）实现金湖泵站备用调度中心各个站 VLAN 之间的数据交换。

3. 泵站层
• 四个泵站都是由两台 Cisco2950 交　换机并利用虚拟网络技术（VLAN）组成自身冗余的、独　立的 10/100M 子网络。同时，它还通过综合通信网　（OTN 系统）与各自的分水点 RTU 相连，实现各个站对
　相应分水点的监控。
• 每个新建泵站的每个机组配备有一套 LCU，用于机组数据采集和设备控制。为达到 LCU 和 SCADA 系统间的数据　 交换，所有的 LCU 都与泵站的每个交换机相连，每套LCU 有两个以太网控制器。

4. 现场层
• 现场是连接分布式现地控制装置及各种智能设备的 Genius、Modbus 和 Profibus_DP 现场总线。
• 为监控输水沿线的各分水点，每个分水点都配有现地控制装置 RTU，用于分水点数据采集和设备控制，分水点　RTU 通过综合通信网（OTN 系统）与各自新建泵站的B交换机相连，接入泵站 SCADA 系统。

四、系统功能
       计算机监控子系统由 SCADA（监控和数据采集）和 PLC 部件（LCU、RTU）构成，并通过以太网通讯系统相连。控制系统有三个控制层，分别是调度中心的 SCADA 系统、泵站的 SCADA 系统和 PLC（LCU 和 RTU）。

在泵站 SCADA 系统上实现的功能，在调度中心和备用调度中心上均能远程查看。
1. 数据采集和处理
• 生产过程运行参数的采集和处理
• 主要设备状态的监视及事件顺序记录
• 相关量追忆记录
2. 生产过程的控制
       监控子系统具有对输水沿线主要机电设备、辅助设备、厂用电系统、闸门系统的全面监视和控制功能。

      操作对象包括：输水沿线机组、开关、刀闸、厂用电、闸门、调节阀等。操作类型有：机组开、停机、liuliang增减、无功增减等操作；开关、刀闸单项合分操作；闸门和调节阀的开启、关闭等操作等。
       运行人员既可以在调度中心或泵站中控室操作员工作站也可以在现地控制单元工控机上操作命令。当系统 APC 功能投入时，就可以通过 APC 软件自动实现机组开机、停机操作及liuliang负荷调节。

3. 画面功能
       画面召唤方式。整个画面显示清晰稳定，在画面上可按设备进行操作，每个设备可生成设备控制操作菜单，可用三维动画形象动态地反映现场设备状态。画面可屏幕拷贝输出。
4. 辅助运行管理
• 事故记录和追忆
       当输水沿线发生事故时，监控系统立即以中断方式响应，并自动显示记录事故名称及时间；记录、显示和打印相关设备的动作情况；自动启动事入处理流程；自动记录前一分钟和后一分钟相关模拟量数据变化。事故后，监控系统提供了事故追忆，可用表格形式表示。

• 报表系统
[1] 全厂运行日志、各种一览表（包括事故一览表、故障一览表、状态一览表、操作一览表等）的自动统计
[2] 设备运行工况、事故与操作次数的统计
[3] 记录输水沿线抽水liuliang、耗电量、抽水效率等

• 用户管理
       监控子系统根据需要设置用户权限和规定不同的用户组，通过对来访者的不同身份进行不同的授权和活动区限制，
实现系统的安全运行和系统维护。
• 语言报警
        监控系统提供了语音报警功能，对所有 SOE 量均能语音报警。并报出事故类型，以便值班员能迅速做出判断，并采取相应措施。
5. 泵站 APC 功能
• 过程数值检查和计算（包括边界条件的计算、检查和监视）
• 按照泵组的起/停顺序，控制泵组的起/停

• 水位和liuliang控制（闭环控制）
• liuliang控制及各泵组的liuliang分布
• 泵站的 SAC（安全分析）功能（自动抽水控制）
6. 全线平衡和优化调度
      全线liuliang平衡与控制是整个供水安全运行的基础，是调度系统的重要任务和功能。全线liuliang变化的影响因素主要为总供水liuliang的变化、沿线 36 个分水点分水量的liuliang的变化以及各泵站水泵机组运行工况的偏差以及水库蓄水库容的影响。
全线平衡和优化调度主要完成以下功能：
• 防止溢洪
• 保持进水/出水池水位
• 全线liuliang均分
• 少数量的泵启/停
• 为水库供应所需的liuliang（体积）
• 短期目标：达到低能源消耗
长远目标：达到低能源成本
7. 通讯功能
监控子系统具有与综合通信网络通讯，并预留与MIS系统接口。

8. 在线自诊断和冗余管理
       监控子系统具有完善的系统自检、诊断和自恢复、自起动功能，包括系统硬件设备故障诊断和软件故障诊断。

一、自控系统的硬件选择
污水处理主要是顺序逻辑控制，这正是PLC控制的优势所在。在此工程中，PROFIBUS主站选S7-300 PLC，分布式IO选用北京鼎实公司DS300B系列分布式IO。DS300B系列是可扩展模块。PROFIBUS通讯适配器CC-PB-1.0带有标准PROFIBUS-DP接口，开关量、模拟量模块通过冗余的CAN BUS进行扩展，多可以扩展16个模块。各种单独的模块之间可进行广泛的组合以用于扩展。人机界面选用昆仑通态品牌，并配北京鼎实公司的PROFIBUS转MODBUS桥接模块，使昆仑通态HMI连接到DP总线上。
二、总体控制要求及功能
　　污水处理厂自控系统的要求是对污水处理过程进行自动控制和自动调节，使处理后的水质指标达到要求的范围；在中控室发出上传指令时，将当前时刻运行过程中的主要工作参数（水质参数、liuliang、液位等）、运行状态及一定时间段内的主要工艺过程曲线等信息上传到中控室。功能如下：
　　（1）控制操作：
　　在中心控制室能对被控设备进行在线实时控制，如启停某一设备，调节某些模拟输出量的大小，在线设置PLC的某些参数等。
　　（2）显示功能：
　　用图形实时地显示各现场被控设备的运行工况，以及各现场的状态参数。
　　（3）数据管理：
　　依据不同运行参数的变化快慢和重要程度，建立生产历史数据库，存储生产原始数据，供统计分析使用。利用实时数据库和历史数据库中的数据进行比较和分析，得出一些有用的经验参数，有利于优化曝气池的准闭环控制，并把一些必要的参数和结果显示到实时画面和报表中去。
　　（4）报警功能：
　　当某一模拟量（如电流、压力、水位等）测量值超过给定范围或某一开关量（如电机启停、阀门开关）阀发生变位时，可根据不同的需要发出不同等级的报警。
　　（5）打印功能：
　　可以实现报表和图形打印以及各种事件和报警实时打印。打印方式可分为：定时打印、事件触发打印。
　　
　　三、系统构成及其布局
　　如果采用常规集中控制方式，将现场信号通过电缆连接到集中控制室内的PLC上，由于工艺线路长、现场控制点分布范围广，需要敷设大量的电缆及桥架，且现场环境恶劣、施工难度非常大。鉴于此，采用了PROFIBUS现场总线技术，根据工艺划分，系统共设了两个主站、两个子站、两个操作员站。主站采用CPU315-2DP，子站采用北京鼎实公司DS300B系列分布式IO远程模块，用于现场数据的采集和控制，并借助PROFIBUS（工业现场总线），方便控制网络系统的建立。其自控系统见下图：

　　控制级主要功能是接收管理层设置的参数或命令，对污水处理生产过程进行控制，将现场状态输送到管理层。根据本厂工艺流程和总平面布置，结合马达控制中心MCC的位置和供配电范围，按照控制对象的区域、设备数量，以就近采集和单元控制为划分区域的原则，在曝气池旁中控室设主站PLC。在进水泵房、脱水机房设两座现场子站，主站与现场子站之间采用PROFIBUS-DP现场总线。现场子站采用北京鼎实公司DS300B系列分布式IO，每个DS300B由1个PROFIBUS通讯适配器模块和其它若干数字量、模拟量输入及输出模块组成。
　　进水泵房现场从站PLC－1监控范围为粗格栅、进水泵房、细格栅、沉砂池等，其主要控制对象为粗细格栅间的粗细格栅及进水电动闸门、进水泵房的污水tisheng泵、沉砂池的排砂装置和砂水分离等设备，此外，还负责进水水质如PH、SS（浊度测量）等参数的在线检测。其I/O配置为：DI＝138、DO＝58、A1＝16 、AO＝4。
　　脱水机房现场子站PLC－2监控范围为脱水机房、储泥池，其主要控制对象为储泥池的搅拌器、电动阀门，脱水机房的进泥泵、输送机、浓缩机、加药系统等设备。其I/O配置为：DI＝48、DO＝16、Al＝8。
曝气池主站PLC监控范围为厌氧池、曝气池、鼓风机房，主要完成对处理工艺参数的监测控制，如对溶解氧、污泥浓度、pH值、ORP值等参数的测控。对曝气设备、搅拌设备、排水设备及剩余泵等进行操作控制，以满足对处理出水水质的要求。其I/O配置为：DI＝184、DO＝60、A1=24。
　　5、系统软件
　　计算机操作系统采用Microsoft bbbbbbs 2000 Professional中文版操作系统。历史数据库采用Microsoft SQLServer 2000中文版软件。上位机监控软件采用Wincc5.1组态软件来实现。
　　 2）MCGS组态软件实现了对整个系统的开关量、状态量、电量、模拟量的采集和处理，并显示在工作站的HMI上；对一些污水处理厂重要的物理量如各个进水泵的电流、频率、出口压力等都实时显示在工作站的主界面上，便于调度员及时掌握系统的运行情况。
　　 3）数据库服务器上安装Microsoft SQL2000中文版数据库软件，用来储存整个污水厂重要的历史数据，通过MCGS与Microsoft SQL 2000的通讯来读取历史数据。单独设计一个数据库服务器可以避免因为系统局部故障导致历史数据丢失现象的发生。
　　 4）STEP7可以利用IEC-1131标准中八种编程语言中的6种（STL、LAD、FBD、CFC、SFC和SCL）进行编程。

目前，由于水环境的越来越恶劣，在人们增强环保意识，尽量减轻污染物排放的同时，水处理技术及效率就愈加重要。膜法工艺被认为是当前先进、的水处理工艺。下面结合日处理360吨，采用MF+NF工艺的移动集装箱水车的PLC控制应用。


　　一、 膜法水处理工艺简介

　　膜过滤是指液体在透过膜状物时，其中的部分物质被截留的现象。水处理行业通常所指的膜是指过滤孔径0.0001微米到10微米的固体膜。

　　从制造材料上，膜可分为有机膜和无机膜；从几何形状上，可分为平板膜、卷式膜、管式膜、中空纤维膜；从构成结构上，可分为单皮层膜和复合膜；从过滤流向上，可分为均向（对称）膜和非均向（非对称）膜。

　　由若干单位的膜组成的一个过滤单元，被成为膜组件。

　　由于切割分子量的区别，膜被分成反渗透（RO）、纳滤（NF）、超滤（UF）、微滤（MF）。其大约如下图所示：

　　一直以来，混凝沉淀过滤法和混凝过滤法作为前处理，被广泛用于自来水、工业用纯化水、半导体电力的超纯水、医药食品用的精制水、海水淡化等领域。上述处理方法是经过多年技术累积确立起来的，可以去除河水、井水、湖泊沼泽水和海水等原水中的悬浮物质。但是同时也逐渐产生了很多问题，例如：雨天水质的变动增加了絮状凝剂添加的复杂化；处理水中因使用絮状凝剂增加了铝、铁离子和污泥的产生量；絮状沉淀槽，沉淀池、沙过滤设备等设备占地面积大等等。

　　针对上述问题，膜法水处理工艺应运而生。大型MF膜组件不仅可以代替混凝沉淀过滤法和混凝过滤法，而且还可以通过过滤（除菌、清澈）工业用水，使取代一直以来使用纯化水作为工序用水的作法成为可能，工序水的成本也由此有望得到降低。


　　与传统水处理工艺相比，膜法工艺具有以下优势：

　　1）、可以得到高品质的产水
　　　　　不管进水水质如何变动都可过滤出浊度小于NTU的高品质水。
　　2）、可自动运行、运行简单
　　3）、不用絮凝剂、即使使用也只需要少量絮凝剂
　　4）、装置面积小
　　5）、建设工期短
　　6）、使用寿命长
　　　　　在通常使用中，无需考虑化学药品腐蚀或生物分解等产生的膜破裂。

图一、膜过滤法与传统砂滤方法比较


　　二、膜处理系统流程

　　膜处理系统流程分为过滤、反洗及空气擦洗及冲洗三个过程。

　　图二显示了膜处理系统的过滤工艺流程。本系统为外压式循环过滤系统，原水无需混凝前处理（但是，要去除单独使用膜处理无法去除的成分例如色度等，需要依靠添加混凝剂达到目标去除率的情况，也可以添加混凝剂。），可以通过预过滤去除原水中所含的大块垃圾（特别是容易纠缠住中空纤维难以排出的纤维状垃圾）供给膜组件。

图二、过滤工艺流程


　　为了运行的长期性和安定性，加入次氯酸钠（NaClO）溶液进行反洗和同时进行空气擦洗的设备也需要同时备好。见图三。

图三、反洗及空气擦洗工艺流程



　　图四显示了膜处理系统的冲洗工艺流程。

图四、冲洗工艺流程




　　三、PLC控制系统

　　应外方要求，PLC采用MITSUBISHI FX2N M80R CPU，及4个4AD和1个4DA扩展模块。触摸屏采用PRO-FACE GP2500T 10.4寸彩屏（带TCP/IP接口）。变频器采用ABB ACS350系列。采用SCHNEIDER低压电器。实际使用过程中觉得用SIEMENS S7-200 PLC加TP270触摸屏更有技术及功能优势。


　　PLC的控制功能

　　1）、采用步进程序编写过滤、反洗及空气擦洗及冲洗流程的逻辑顺序控制
　　2）、PID功能。利用FX2N内置PID功能块通过4DA控制变频器的输入给定，调节过滤泵的频率，从而达到恒liuliang控制。
　　3）、各设备的运行、故障状态信号及温度、压力、liuliang和液位信号的采集及各种泵、空压机和气动阀的控制。


　　触摸屏的控制功能

　　1）、通过触摸屏实现手/自动控制
　　2）、工艺流程显示
　　3）、手动操作
　　4）、工艺参数显示和设置
　　5）、PID参数设置
　　6）、膜泄露检查操作
　　7）、手动CIP清洗操作
　　8）、报警显示、存储及查询、打印功能
　　9）、模拟量趋势显示，查询、打印功能
　　10）、数据记录，显示，查询、打印功能
　　11）、可选的通过TCP/IP远程监控

　　图五、工艺流程主画面

　　图六、工艺参数设置画面

　　图七、趋势曲线画面

图八、膜处理系统