6ES7211-0AA23-0XB0一级代理

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1 引言

甘肃刘化集团地处黄河上游，由于历史原因污水基本没有经过处理直接排入黄河，对周边环境造成了一定影响。刘化集团污水处理厂是刘化集团响应国家环保要求新建的负责处理整个刘化集团工业污水及生活污水的污水处理厂，是为保护黄河上游水质、节省水资源、深入发展城镇经济而建设的重点项目。

2 工艺简介

刘化集团污水处理厂采用生物曝气法进行污水处理，设计规模为日处理量10000方，其主要建筑物有：栅格间、预曝调节池、高架配水井、竖流沉淀池、生物曝气滤池、清水池、浓缩池、鼓风机房等。污水首先由进水管经格栅进入预曝调节池，再通过预曝调节池内的三台提升泵将污水提升至竖井沉淀池，然后经由竖井沉淀池自流进入生物曝气滤池，后经过生物曝气处理后的清水进入清水池；而竖井沉淀池底部的沉淀物质经过浓缩池和浓缩一体式脱水机后进行后的处理。

3 自动控制系统组成

该污水处理厂自动控制系统采用冗余以太网通讯方式，由监控中心与一个lk大型plc控制站构成。plc控制站采集设备的启停、阀门的开关及报警状态，污水流量、水位及ph等信号，通过以太网与上位监控中心连接。监控中心由两个操作员站作为一主一从服务器用来存储实时运行数据，服务器上装有和利时公司监控软件smartpro做为上位监控界面。系统配置结构如图1所示。

图1 系统配置结构

4 控制系统功能介绍

本控制系统设计采用三种控制方式，即监控中心远程控制、现场plc控制、设备现场手动控制等，其优先级别分别为现场手动控制高，其次为现场plc控制，低为监控中心远程控制。

各自动控制单元通过lk大型plc实现的功能分别是：

4.1 格栅间

主要实现的功能有：采集格栅的运行状态信号及现场仪表的数据信号，并通过自动控制程序实现格栅自动运行控制，参见图2：

（1）两台格栅自动控制采用水位差控制和时间控制。通过水位差测量仪检测粗格栅前后水位差值，当水位差值大于设定值时，启动粗格栅。当粗格栅距上次运行的时间超过设定值时，启动粗格栅；（如图2所示）

图2 粗格栅控制逻辑框图

（2）采集进水ph值和格栅前后液位差。

4.2 预曝调节池

主要实现的功能有：采集提升泵、加药泵、阀门的运行状态信号及现场仪表的数据信号，并通过自动控制程序实现预曝调节池内设备的自动运行控制，参见图3。

图3 提升泵控制逻辑框图

（1）三台提升泵自动控制由池内液位控制。当水位升高时，控制水泵依次逐台启动，水泵的启动顺序按累计的水泵运行时间从小到大排列。当水位降低时，控制水泵依次逐台停止，顺序与之相反。同时自动累积水泵运行时间，实现水泵的自动轮值，保证水泵总是处在佳运行状态。当水位降低到干运转保护水位时，水泵全停；

（2）两个加药泵和三个阀门的监视和控制；

4.3 竖流沉淀池

主要实现的功能有：采集进水、回水阀门的运行状态信号，并通过自动控制程序实现竖流沉淀池内设备的自动运行控制：四组进水、回水阀门的监视和控制。

4.4 生物曝气池

主要实现的功能有：采集进水、出水、反冲进水、反冲进气、曝气进气阀门的运行状态信号及现场仪表的数据信号，并通过自动控制程序实现生物曝气池内设备的自动运行控制：

（1）六组进水、出水、反冲进水、反冲进气、曝气进气阀门受时间和生物曝气池液位的控制；

（2）采集生物曝气池液位数据。

4.5 清水池

主要实现的功能有：采集反冲泵、回用泵的运行状态信号及现场仪表的数据信号，并通过自动控制程序实现清水池内设备的自动运行控制：

（1）三台回用泵自动控制由池内液位控制。其控制原理同预曝调节池的提升泵；

（2）两台反冲泵自动控制与生物曝气池内的反冲进水阀联动；

（3）采集清水池液位及出水ph数据。

4.6 鼓风机房

主要实现的功能有：采集曝气、搅拌、反冲鼓风机的运行状态信号，并通过自动控制程序实现鼓风机房内设备的自动运行控制：

（1）两台曝气鼓风机与生物曝气池内的曝气进气阀门联动；

（2）两台反冲鼓风机和一台搅拌鼓风机与生物曝气池内的反冲进气阀门联动。

4.7 浓缩池

主要实现的功能有：采集螺杆泵、浓缩一体式脱水机、螺旋输送机的运行状态信号及现场仪表的数据信号，并通过自动控制程序实现浓缩池内设备的自动运行控制：

两台螺杆泵、一台浓缩一体式脱水机和一台螺旋输送机的监视和控制。

整个污水厂的运行基本实现了全自动控制，所有设备运行参数及仪表数据都被送入plc，plc再通过以太网与上位监控系统进行数据交换，用以监视和控制污水处理厂各个生产环节的运行。进水流量计及回水流量计通过rs485口与plc系统进行通讯，保证了现场测量数据与控制中心数据的完全一致。

5 lk大型plc功能应用

5.1 硬件功能介绍

针对系统控制要求，和利时公司设计了基于lk大型plc的工程方案。方案中主要利用lk大型plc的模拟量处理、以太网通讯、串口通讯等功能。

lk大型plc是和利时公司于2006年推出的新一代高端plc系统，该系统支持冗余、热插拔，单指令执行时间仅为13ns，支持多种通信协议，软件编程便捷，适用于逻辑控制、顺序控制、过程控制、传动控制和运动控制等领域。lk大型plc目前推出的主要产品如下：

（1）cpu模块：lk207、lk210

（2）数字量输（di）模块：lk610、lk611、lk612、lk613、lk614、lk650

（3）数字量输出（do）模块：lk710、lk750、lk720

（4）模拟量输入（ai）模块：lk410、lk411、lk430、lk440

（5）模拟量输出（aoi）模块：lk510、lk511

（6）模拟量输入出（ai/o）模块：lk850

（7）特殊功能（高速计数和soe）模块：lk680、lk690

（8）通讯接口模块：lk231

（9）背板：lk101、lk102、lk110、lk111、lk112、lk120、lk121

本污水处理厂自控系统选用的模块具体性能参数见附表。

附表 模块性能参数表

5.2 软件功能介绍

本污水处理厂计算机监控系统采用smartpro v3.1.3上位组态软件设计运行，该系统提供了友好的人机界面，参见图4全厂工艺流程图，具备如下功能：

（1）实现了工艺流程监控。该系统实现了污水处理厂整体工艺流程、各主要工艺设备运行状态、过程控制及各生产环节生产数据的实时采集与显示，主要画面有：全厂工艺流程图、滤池工艺流程图及在线仪表实时参数显示表、生产数据历史趋势图等。实现的工艺生产设备监控功能有：所有被监控制设备的运行状态、启停控制、设备与设备之间的连锁控制、工艺参数的设定，以及ph、液位、流量等参数的显示、报警、记录、趋势以及累积量计算等。

（2）控制回路显示与控制。包括电机开关、运行时序、气动阀门开关、联锁控制等所有控制回路，可修改设定值、控制方式、调节参数等。

（3）报警功能。包括工艺数据报警、设备故障报警、系统故障报警，并根据不同的报警信息提供不同的报警画面，在故障确认后可实现报警解除。

图4 全厂工艺流程图

（4）历史数据的存储与检索。记录生产过程中所有参数的历史数据，记录时间不小于一个月，并可根据要求任意设置。对重要的数据进行在线存储。可以通过历史报表或者历史趋势曲线的方式来检索历史数据。

（5）统计分析历史记录。根据生产数据，建立生产数据库系统，并对这些数据进行有目的的分析，可以做出不同角度、不同应用场合的数据分析和历史记录。

（6）操作记录。记录生产过程中操作员所进行的所有操作，记录时间不小于一个月，并根据要求任意设置。

（7）报表显示和打印。采用了dde技术，从而使用户能够直接使用excel编制报表，借助excel的强大功能，用户可以随心所欲地编制各种各样的报表，可以是实时数据的报表，也可以是历史数据的报表。报表打印所有受控设备的工作情况、工作状态，仪表测点设备的流量、ph、液位等参数的定时记录打印，以及各种管理报表，班报表、日报表、月报表和年报表。

（8）系统的安全管理。对重要设备的操作、重要参数的修改均会自动记录，包括登录的操作员、对设备进行的操作、时间以及修改前的参数值、修改后的参数等，以利于进行管理及事故分析；系统设置为多用户、多区域方式，各类用户均有自己的用户名和密码，对应着不同的安全级别，决定了操作员可观察的范围、可使用的功能、可修改的参数等。多可以设置为8级用户、8级区域。

6 结束语

基于lk大型plc的污水处理厂自控制系统以其强大的功能、灵活的安装和简单的操作应用到污水处理厂自动控制系统中，达到了智能控制的目的，满足了可靠性和安全性的要求，同时减小了系统空间，降低了系统的成本。

1250离心机是立式刮刀卸料自动过滤离心机，主要用于固相为颗粒状悬浮物料固液相分离，也可用于纤维状物料固液相分离。矿物、环保、医药、化工等行业中广泛应用。目前多数离心机仍由继电器控制，采用有级调速，离心机工作转速调节单一、设备故障率较高，生产效率低下。为克服这些问题，我们对制药厂1250离心机电控系统进行技术改造，采用PLC控制和变频器调速，该系统自动化程度高、稳定性好，运行可靠，现已成功应用于多家制药厂。

2.系统原理

离心机工作原理是将待分离物料经进料管送入高速旋转离心机转鼓内，离心机力场作用下，物料滤布（滤网）实现过滤，液相经出液管排出，固相则截留转鼓内，待转鼓内滤饼达到机器规定装料量，停止装料，对滤饼进行洗涤，同时将洗涤液滤出，达到分离要求后，离心机低速运转，刮刀装置动作，将滤饼刮下，完成一次工作循环。图1为1250离心机结构图。

离心机离心工艺过程：1）进料：当变频器速度达到20Hz时，首先打开进料阀、料层检测阀，当检测到料层满时，关闭进料阀并延时10S，料层满信号消失再次打开进料阀连续执行上述动作2次。2）离心：当第三次料满信号产生时，关闭进料阀变频器升速至50Hz进行高速分离，离心时间可由触摸屏设置，时间到后变频器降速至40Hz。3）清洗甩干：打开清洗阀进行清洗，清洗时间、暂停时间和清洗次数所分离药物品种由触摸屏设置。清洗工艺完成后进入甩干过程，变频器升至50Hz，甩干时间由触摸屏设置。时间到后进入卸料状态。4）卸料：甩干后料层过厚，刮刀采用分段定时旋转卸料，即刮刀旋转（时间可设置）→ 停2秒 → 刮刀下降（下降高度可设置），重复上述动作，直至后一次刮刀下降至下限感器动作，然后上升到顶部至上限位停止动作。

图1

3 系统设计

3．1硬件设计

系统采用三菱公司FX2N-40MR型可编程序控制器（PLC）控制，当程序设定好后可进行无人看护自动化操作或选择手动控制，并对加料、初过滤、洗涤、精过滤、卸料等进行全过程监护。离心机调速采用PLC+D/A模块、变频器进行调速，电压（0-10V）来控制变频器频率，变频器采用德国伦茨公司EVF系列变频器，功率22KW。触摸屏采用EASYVIEW 5.7英寸4灰度触摸屏。

PLC共有20个输入点，15个输出点。图2为PLC外部硬件配置图。控制系统主回路及变频器外部接线如图3所示。

图2

图3

其中为消抖防信号干扰，输入点X11、X12、X13、X14、X15、X16、X17、X20分别经4个隔离栅接入PLC输入

3．2软件设计

编程采用编程软件MELSECMEDOC软件包，它基于个人计算机，适用于三菱公司PLC用户程序编制和监控，SC-09RS232/RS422接口与PLC编程口相连，可用梯形图或指令编程。本系统PLC梯形图程序控制要求采用STL和SET步进指令编制。主要有初始化设定，进料、分离、清洗、甩干控制程序、自动控制程序等。程序设计中采取安全保护有:转速检测，过振动保护，开盖保护，电机过载过热保护，刮刀旋转，升降机械电气双重控制，刮刀与转鼓联动锁定。程序流程图4所示。

图4

4.结束语

该系统多家药厂现场运行，结果令人满意各项指标满足现场技术要求。系统启动平稳，分离因数可调，操作简洁方便，自改造投入运行以来，运行稳定调速方便，免维护，为现场操作人员创造了一个高效率工作环境，实现了1250离心机较为先进控制技术。