6ES7253-1AA22-0XA0实体经营
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随着我国的社会和经济的高速发展，环境问题日益突出，尤其是城市水环境的恶化，加剧了水资源的短缺，严重影响着人民群众的身心健康，这些情况已经成为城市可持续发展的严重制约因素；我国现阶段很多大中型城市的废水排放量大，已造成城市地表水的严重污染；三峡库区水环境保护事关三峡工程长期安全运行和长江中下游地区经济社会的可持续发展，因此受到国内外广泛关注，但目前各城市仍然是直接排放污水或因水处理自控系统不完善没处理好就把污水排放了，很多操作和检测监控过程仍停留在人工阶段，监控时间覆盖率低，手工采集样品缺乏科学性和代表性，难以反映企业和城市污水处理及排放连续变化的情况。大范围的建立污水处理系统及在线自动控制监控体系，势在必行。
系统简介：
重庆巫山污水处理厂位于巫山县城边缘，厂区紧邻长江流域，处于三峡库区腹地，该污水处理厂采用的是改良型Orbal氧化沟工艺，日处理污水量3万吨，厂区主体构筑物有：综合楼、配电房、进水提升泵房、粗细格栅井及旋流沉砂装置、Orbal氧化沟、终沉池、污泥回流剩余泵井、脱水机房等；整个厂区设备及阀门均采用MCC和PLC两种控制方式，正常情况下可以实现仪表、PLC的完全自动检测控制及运行状况监控；下位机采用施耐德电气的Premium 系列PLC，上位机采用北京华富Control2000监控软件。该厂自动控制系统于2006年7月11日全面完成调试，目前系统运行正常。 PLC资料网
污水处理系统详述：
一、Orbal氧化沟工艺介绍如（图一）
图一 Orbal氧化沟工艺简图
Orbal氧化沟水处理工艺起源于南非，后经不断改进和推广，在全球范围得到广泛应用。城市污水由管道集中后，水流首先经过粗格栅，将粗的垃圾去除，然后由提升泵将污水提高水头（后面工艺要求有高水头），再经过细格栅及旋流沉砂池，进一步去除小的垃圾和泥砂，污水进入水处理主体结构——氧化沟，污水在“O”型的氧化沟中经过曝气机调节曝气，使得污水得到缺氧、氧化、硝化、反硝化等反应，在该过程中完成BOD（生物耗氧量）、COD（化学耗氧量）的去除及污水脱氮的功能，并为下一步水的沉淀作好准备，经过氧化沟处理的水流入终沉池，加入Fe3+、或Al3+ 使得水中的（PO4）3- 得以沉淀，充分沉淀后，清水后经二氧化氯消毒后排入长江。沉淀的污泥经脱水机滤干后焚烧处理。
二、厂区主要设备控制要求
1、粗细格栅机及其附属输送压榨设备的控制
定时控制：根据外来污水状况和运行经验，通过设定相关定时参数，自动控制格栅机的启动时间和停止时间。
PLC资料网
液位差控制：在格栅机的前后均设置一台超声波液位传感器，检测出格栅机的前后液位差。设定低液位差LDF2和高液位差LDF1，当检测到的液位差大于LDF1时，启动格栅机；当检测到的液位差低于LDF2时，停止格栅机（减少了运行时间，有效的节约成本）。控制过程如（图二）
图二
格栅附属设备的联动：皮带输送机和压榨机作为格栅机的附属输送压榨设备，它们在定时或自动运行模式下，一般与格栅机联动。附属设备适当的提前或延时运行。
图三 提升泵控制原理图
图四2、 提升泵的自动控制
控制描述如（图三、四）：
(1) P1—变频器，BU1—软启动器，PT—超声波液位计，ZJ1、ZJ2—用于控制系统的MCC/PLC转换。
(2) 由图可见，变频器连接在台水泵电机上，需要加泵时，变频器停止运行，并由变频器的输出端口RO1～RO3输出信号到PLC，由PLC控制切换过程。
(3) PLC根据泵池液位高中低信号自动调节三台泵的启停；泵池水位到预设的低水位时启动1#泵，水位上升到预设的中水位时，1#泵由变频运行转换到工频运行，这时再变频启动2#泵，依次启动到3#泵。
(4) 切换开始时，变频器停止输出(变频器设置为自由停车)，利用水泵的惯性将台水泵切换到工频运行，变频器连接到第二台水泵上起动并运行，照此，将第二台水泵切换到工频运行，变频器连接到第三台水泵上起动并运行。
(5) 水位下降需要减泵时，系统将第三台水泵停止，第二台水泵切换到变频调节状态。水位继续下降，系统将第二台水泵停止，台水泵切换到变频调节状态。
(6) 另外，设置软启动器作为备用。当变频器或PLC故障时，可用软起动器现场手动轮流起动各泵运行以保证供水。作为多台提升泵的自动控制，满足先启先停的原则，以优化资源的利用率；为了提升泵的安全，系统设置了提升泵的干运转保护；同时，系统还设置了泵的频繁启停保护，群启动保护等，以延长其使用寿命。 PLC资料网
3、曝气系统的自动控制
生化池作为全厂污水处理的核心，具有举足轻重的作用。污水经过预处理后，在这里通过微生物吸附污水中的有机物，达到脱磷脱氮的目的。对生化池的自动控制，主要是溶解氧浓度的控制。
曝气量自动控制系统作为一个恒值控制系统，系统给定一个保持不变的佳溶解氧值，通过PLC控制调节输出量（即曝气机开启台数），使被控量（实测氧化沟溶解氧浓度）不断地接近给定值。在这个系统中，要求稳定性和动态特性良好，被控量向给定值过渡的时间短，同时过程平稳，振荡幅度小。
曝气供氧系统是由鼓风机、电动调节阀和溶解氧仪共同组成的闭环系统，为反应池好氧段提供氧气，并维持好氧过程的溶解氧浓度值。依照好氧过程的溶解氧浓度值控制鼓风机的开启程度，维持溶解氧浓度值在一定的范围内变动。控制流程如（图五）。
三、控制模式
手动模式：手动模式又可以分为盘柜模式和就地模式。盘柜模式就是通过MCC上的按钮实现对设备的操作；就地模式就是通过现场控制箱上的按钮实现对设备的操作。 PLC资料网
遥控模式：就是通过中心控制室上位操作站实现对设备的操作。
自动模式：设备的运行完全由各PLC根据污水厂的工况及工艺参数来完成对设备的启停控制，而不需要人工干予。
四、系统构成如（图六）
通过前面的描述，设备的控制还是比较复杂的，为达到以上的设备自动控制要求，该工程基本构成如下：
下位机：选用了施耐德 Premium PLC来做系统
上位机：选用了北京华富Control2000软件
中间协议：采用Simatic TOP Server，衔接上、下位机，进行数据交换
整个厂区共有3个PLC站，硬件采用施耐德电气Premium PLC，分别用光纤及光纤交换机，采用星型连接方式构成以太网络连接至中控室，在PLC2站，现场电力仪表采用Modbus通讯方式实现数据的采集；软件采用施耐德的PL7Pro，根据控制要求开发程序，完全可以实现前面描述的控制要求。三个站分别处于进水泵房、配电房、脱水机房，基本配置如下：
| PLC1站 | 施耐德电气Premium PLC | ||
电源模块 | TSX PSY2600M | 1 | 块 |
CPU模块 | TSX P57 2623M | 1 | 块 |
扩展存储卡 | TSX MFP128P Flash EPROM 128K | 1 | 块 |
模拟量输入模块 | TSX AEY 800 | 2 | 块 |
模拟量输出模块 | TSX ASY 410 | 1 | 块 |
开关量输入模块 | TSX DEY 32D2K | 2 | 块 |
开关量输出模块 | TSX DSY 16T2 | 2 | 块 |
PLC机架 | TSX RKY 8EX | 1 | 个 |
| PLC2站 | 施耐德电气Premium PLC | ||
电源模块 | TSX PSY2600M | 1 | 块 |
CPU模块 | TSX P57 2623M | 1 | 块 |
扩展存储卡 | TSX MFP128P Flash EPROM 128K | 1 | 块 |
模拟量输入模块 | TSX AEY 800 | 3 | 块 |
开关量输入模块 | TSX DEY 32D2K | 3 | 块 |
开关量输出模块 | TSX DSY 16T2 | 2 | 块 |
PLC机架 | TSX RKY 8EX | 1 | 个 |
| PLC3站 | 施耐德电气Premium PLC | ||
电源模块 | TSX PSY2600M | 1 | 块 |
CPU模块 | TSX P57 2623M | 1 | 块 |
扩展存储卡 | TSX MFP128P Flash EPROM 128K | 1 | 块 |
模拟量输入模块 | TSX AEY 800 | 1 | 块 |
模拟量输出模块 | TSX ASY 410 | 1 | 块 |
开关量输入模块 | TSX DEY 32D2K | 2 | 块 |
开关量输出模块 | TSX DSY 16T2 | 1 | 块 |
PLC机架 | TSX RKY 8EX | 1 | 个 |
PLC
图七：厂区工艺流程图
图八：设备控制盘
图九：开发调试阶段报表查询数据示例
下位机采用施耐德电气Premium PLC，上位机用北京华富德Control2000，二者之间的标签连接及数据通讯必须有一个统一的协议驱动，本工程采用的是SIMATICA TOP SERVER来实现的，报表查询系统采用VB6.0来开发外挂程序实现报表的实时查询。
五、该工程自控系统的特点
1、技术先进：现代化的工厂要求与时俱进，该自动化控制系统无论是从使用的现场总线、通讯网络、可编程控制器、组态软件，还是从自动化控制技术来讲，都具有时代性。
2、稳定可靠：选用的自动化产品绝大部分来自国外品牌，建立的自动化控制平台，经过严格的测试，可以保证系统稳定可靠地运行。
3、自动化程度高，使用简单：对于全厂的控制中心——中心控制室上位界面，采用全中文的设计界面，立体三维流程图形来表达工艺，便于操作员掌握；同时下位机PLC采用施耐德的PLC，系统稳定性好，自动化程度高，整个系统维护量小。 PLC
4、开放性：该系统采用的现场总线是国际通用的具有开放协议的现场总线，同时各控制站均留有I/O余量，以便于以后系统的改造和扩展。
5、安全性：该系统采用全面的设备保护体系，包括潜水泵的干运转保护、自控平台的防雷保护、进水水质异常保护、报警系统等，以防止因为某些意外或操作员的疏忽而发生事故。
六、应用总结
该城市污水处理系统建成后，施耐德电气Premium PLC系统运行稳定，采集数据准确快捷，控制的重要设备运行安全，程序开发好后，其维护量几乎为零，同时个人感觉该PLC现场安装、与其它设备的接口等均方便好用，系统投运后，自动化程度高，工作人员维护量小，出水水质能达到国家规定的标准，该系统的形成投运无疑给长江流域、三峡库区的环保事业作出了贡献，希望在长江流域沿线有更多的采用自动化程度高的污水处理厂。巫山污水处理厂的施耐德电气Premium PLC系统的应用将是一个很好的榜样。
目前，PLC（可编程逻辑控制器）已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，它具有高可靠性、抗干扰能力强、功能强大、灵活，易学易用、体积小，重量轻，价格便宜的特点，在流量计量方面也有着广泛的用途，在用于流量累积时又有其编程的独特之处，下面进行详细的分析和论述，包括在西门子S7-200CPU上编程的例子。
流量计输出的信号一般是脉冲信号或4-20mA电流信号，这两种信号输出的都是瞬时流量（也有用继电器输出累积量信号，原理一样，不再赘述），我们的目的是在PLC中计算和显示瞬时流量值和计算累积量值，当输入信号是脉冲信号是，在计算瞬时流量的时候，必须按照一个严格的时间间隔计算才能保证瞬时流量的准确性，因此，计算瞬时流量的时候必须用定时中断来进行，而且，在PLC系统中只能运行这一个中断程序，不允许再产生其它中断（即使是低优先级的中断也不允许运行），以防止干扰定时中断的时间间隔的准确性，计算瞬时流量就是将这个时间段的累计脉冲个数换算成累计流量，再除以时间就是瞬时流量，对于4-20mA输入只需按照其对应的量程进行换算就可以直接得到瞬时流量，而累积流量就是将每个时间段内的累积流量累加起来就是累积流量，在实际使用PLC编程的过程中必须注意以下几个问题：
1. 输入脉冲频率范围是否超出PLC接收的范围；
2. PLC高速计数器在达到大计数值时如何保证计算正确；
3. 如何保证定时中断不受干扰；
4. 如何避免计算累积量的误差；
5. 累积量的大累积位数；
6. 如何复位累积量；
下面就关键的2，4，6问题进行详细的叙述，以西门子S7-200 CPU224为例，S7-200的CPU224具有6个单相大30kHz的高速计数器，但PLC内部没有提供相应的算法来计算频率，因此，需要自己编程计算，这就需要在PLC高速计数器在达到大计数值时要保证计算的正确性，实际编程时，对高速计数器初始化以后就使之连续计数，不再对其进行任何干预，其高速计数器的初始化程序如下：
注意：此段程序应该放到PLC个扫描周期执行的程序中执行。
对于高速计数器是否达到大计数值时需要判断，S7-200CPU的高速计数器是可以周而复始的进行累计的，高位为符号位，小值为7FFFFFFF，由于计数器是一直累加的，不可能出现本次读取的的计数值小于上次的计数值，因此判断计数器当前值是否小于前一次的计数值，就可以判断计数是否达到大值的拐点（7FFFFFFF），如果达到，则执行特殊的计算以便消除计算错误，如下列程序所示，当当前计数值大于等于上次计数值时，两个计数值做差，就得到程序两次扫描时间间隔内的计数差值，同时将当前计数值赋值到上次计数值上；当当前计数值小于上次计数值时，计算上次计数值与7FFFFFFF之间的差值（用减法），以及当前计数值和7FFFFFFF之间的差值（用加法），然后将两个结果相加就是程序两次扫描时间间隔内的计数差值，从而实现对对累计计数值达到拐点时的正确计算。
注：此程序应放在定时中断子程序中执行。
实际上，在现场应用中定时中断子程序是采用250ms中断一次执行的，使用SMB34进行控制的，需要注意的是，系统中必须只保证这个中断是唯一存在的，不会受到其他中断的影响，否则可能会由于其他中断的影响使周期性中断不准时，从而影响精度。
通过以上计算就得到了250ms内流量计发过来的脉冲个数，这个数值乘以脉冲当量就是250ms内的流量值，再除以时间就是瞬时流量，另外，在250ms内再执行累加程序就可以计算累积流量了，在计算累积流量过程中需要避免累积过程的的计算误差，我们知道，流量累积量是一直累积的一个数值，一般会累积到8位数，而PLC内部的浮点数的有效位数是6位，当累积量数值很大的时候就会造成一个大数和一个小数相加，势必导致小数的有效位数丢失，造成很大的累积误差，因此，要避免大数和小数相加的情况出现，解决方法是采用多个流量累积器，只允许同数量级的数值相加，从而避免数值有效位数损失，实际编程中采用了5个累积器，根据常用流量情况下，在周期中断时间间隔（250ms）内流过的流量乘以15作为个累积器的上限，当达到这个累积器的上限值后，将这个累积器的值累加到第2个累积器中，并把个累积器清零，对于第三个累积器也同样处理，第4个累积器用于保存累积量小数部分数值，第5个累积器用于保存累积量整数部分数值，这样在显示总累积量时只需显示整数部分和小树部分就可以了，整个过程充分避免了累积过程中大数与小数相加的情况出现，在实际工程中，需根据流量的大小、周期中断的时间间隔来确定所用累积器的个数，而累积器的整数部分用双整数来表示，双整数的范围是-2,147,483,648到+2,147,483,647，因此，可以使累积器的整数位数达到9位，这样，在显示累积量时就可以多显示9位整数的累积量和6位的小数累积量。总计15位，从而省略累积器倍乘系数，使读数更简便。
对累积器需要在一定条件下复位，累积到大数值或手动复位，在中断程序中判断累积量是否达到超过大位数，当超过大数值时，将各个累积器清零，另外清零的触发信号也可以是手动触发。
