淺談西門子ＰＬＣ和ＷＩＮＣＣ在污水處理中的應(yīng)用

摘要:針對(duì)污水處理站自動(dòng)控制系統(tǒng)及污水工藝設(shè)備安全運(yùn)行的重要性，說(shuō)明污水自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及實(shí)現(xiàn)，總結(jié)西門子PLC和WINCC工業(yè)組態(tài)軟件在污水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:污水處理控制系統(tǒng)可編程控制器PLC工業(yè)組態(tài)軟件WINCC

0 引言

伴隨著我國(guó)環(huán)境污染治理力度的日益加大，對(duì)生產(chǎn)和生活污水的治理工作越發(fā)重要。而高效穩(wěn)定的污水處理系統(tǒng)就是做好這一工作的保障。近幾年來(lái)，我國(guó)新建城市污水處理廠和新增污水處理站大都采用了PLC和組態(tài)軟件技術(shù)在污水處理項(xiàng)目應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，取得了很好的污水處理效果。本文以實(shí)際污水處理站為例，說(shuō)明污水處理控制系統(tǒng)的組成及實(shí)現(xiàn)，總結(jié)西門子PLC和WINCC工業(yè)組態(tài)軟件在污水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 工藝流程 上海某設(shè)施項(xiàng)目污水處理站工藝流程圖，如下圖所示:

1.2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 結(jié)合實(shí)際工藝情況，設(shè)計(jì)采用了三級(jí)集散控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全廠范圍的污水處理工藝流程的監(jiān)測(cè)以及相關(guān)工藝設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控:第一級(jí):現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制。在各電氣站點(diǎn)設(shè)置就地控制箱，可單獨(dú)啟停各操控設(shè)備及各執(zhí)行機(jī)構(gòu)。第二級(jí):PLC邏輯聯(lián)動(dòng)控制。由PLC根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)各測(cè)試設(shè)備采集的數(shù)據(jù)及系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行邏輯關(guān)系，自動(dòng)控制各站點(diǎn)內(nèi)的電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。第三級(jí):中央控制計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)、修改PLC控制參數(shù)、上位機(jī)點(diǎn)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。手動(dòng)控制及自動(dòng)控制可以分別通過(guò)機(jī)房或中央控制室的“手自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)”進(jìn)行切換。這樣的控制方式能最大限度地保證污水處理裝置安全操作的需要。

1.3 PLC測(cè)控模式 本污水處理控制系統(tǒng)檢測(cè)信號(hào)開(kāi)關(guān)量多，模擬量少，以邏輯控制為主，閉環(huán)控制為輔。整套污水處理流程有多種監(jiān)控點(diǎn)，包括液位、壓力、流量、PH值、泵運(yùn)行狀態(tài)等等。PLC由電源、處理器、擴(kuò)展接口、輸入輸出模塊和通訊模塊組成，各模擬量參數(shù)通過(guò)相應(yīng)的變送器輸出4~20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，通過(guò)屏蔽電纜接至PLC的AI模塊。各模擬量輸出控制信號(hào)是以4~20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，從PLC的AO模塊通過(guò)屏蔽電纜接至相應(yīng)設(shè)備。數(shù)字輸入信號(hào)為24V直流電信號(hào)，通過(guò)電纜接至PLC的DI模塊。數(shù)字輸出控制信號(hào)為24V直流電信號(hào)，從PLC的DO模塊通過(guò)電纜接至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。每臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備原則上有三個(gè)狀態(tài)輸入信號(hào):故障、運(yùn)行/停止、手動(dòng)/自動(dòng);和一個(gè)輸出信號(hào):啟動(dòng)信號(hào)。為了使現(xiàn)場(chǎng)與PLC完全隔離，PLC所有數(shù)字量模塊與就地控制箱中間加中間繼電器。所有輸出信號(hào)(包括模擬量和數(shù)字量)由PLC內(nèi)部程序或上位機(jī)指令控制。

2 WinCC組態(tài)

工控組態(tài)軟件WinCC是一個(gè)集成的人機(jī)界面(HMI)系統(tǒng)和監(jiān)控管理系統(tǒng)，是視窗控制中心(Windows Control Center)的簡(jiǎn)稱。它包括變量管理、結(jié)構(gòu)變量、圖形編輯器、報(bào)警記錄、變量記錄、全局腳本、文本庫(kù)、用戶管理等功能，使其具有高性能的過(guò)程耦合、快速的畫(huà)面更新、以及可靠的數(shù)據(jù)管理功能。在大量的實(shí)踐中，WINCC已得到了廣泛的應(yīng)用，在此僅重點(diǎn)提出WINCC組態(tài)中值得注重的幾點(diǎn)。

2.1 主控界面的組態(tài) 由于系統(tǒng)設(shè)備較多，要將系統(tǒng)流程及設(shè)備操作界面分別呈現(xiàn)在多張畫(huà)面內(nèi)。畫(huà)面間的切換使用WinCC內(nèi)部按鈕的鼠標(biāo)動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)，非常簡(jiǎn)單。一般組態(tài)都要有一幅背景畫(huà)面，其中包括要顯示的靜態(tài)文本、OLE(例如，時(shí)鐘)、所有的圖形切換按鈕及推出關(guān)機(jī)按鈕。由于組態(tài)人員習(xí)慣不同，組態(tài)畫(huà)面會(huì)呈現(xiàn)不同風(fēng)格，但不會(huì)影響到畫(huà)面操作的一致性和美觀。值得注意的是報(bào)警記錄。用畫(huà)面顏色閃爍來(lái)提示操作者有故障發(fā)生，可以用C語(yǔ)言腳本在背景畫(huà)面的底部留下一條類似Windows狀態(tài)欄的報(bào)警欄，當(dāng)出現(xiàn)故障報(bào)警的時(shí)候在報(bào)警欄顯示最近一條報(bào)警記錄，操作人員可以利用按鈕切換到主報(bào)警記錄畫(huà)面了解故障的完全信息。

2.2 語(yǔ)音報(bào)警的組態(tài) 在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安全是極其重要的，利用工控機(jī)的聲卡和音箱在有故障發(fā)生的時(shí)候產(chǎn)生聲音報(bào)警。以往利用C語(yǔ)言腳本制作聲音報(bào)警編程比較繁瑣。在WINCC V6.0版本中可以用Horn組態(tài)實(shí)現(xiàn)聲音報(bào)警，不用編程。打開(kāi)Horn，在Message?assignment選項(xiàng)頁(yè)選定Message Class為Error，定義一個(gè)Bool型的Tag;在Signal Assingment選項(xiàng)頁(yè)選定Tag為剛才定義的Bool型的Tag，在Sound中選擇要播放的.wav聲音文件。運(yùn)行時(shí)，只要Error類別的報(bào)警觸發(fā)，則Bool型的Tag置位，.wav聲音循環(huán)播放;在報(bào)警控件中確認(rèn)報(bào)警，可以將Bool型的Tag復(fù)位，.wav聲音中止。要注意的是Horn是基本過(guò)程控制(BPC)的組件，標(biāo)準(zhǔn)安裝是不會(huì)安裝的。安裝WinCC時(shí)選擇“自定義安裝”，組件欄中選擇“Basic?Process Control”安裝即可。

2.3 WINCC與S7通訊問(wèn)題 本設(shè)計(jì)PLC選用CP315-2EH13

-0AB0，(1MPI/DP，1PN)其與WINCC間通訊采用PROFINET 通訊方式。PROFINET是一種用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的創(chuàng)新、開(kāi)放式以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。使用PROFINET，設(shè)備可以從現(xiàn)場(chǎng)級(jí)連接到管理級(jí)。通過(guò)PROFINET，分布式現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(如現(xiàn)場(chǎng)IO 設(shè)備，例如信號(hào)模板)可直接連接到工業(yè)以太網(wǎng)，與PLC 等設(shè)備通訊，并且可以達(dá)到與現(xiàn)場(chǎng)總線相同或更優(yōu)越的響應(yīng)時(shí)間。這里需要注意的有四點(diǎn):①在S7硬件組態(tài)中要新建一個(gè)子網(wǎng)Ethernet，其IP地址信息為默認(rèn)值192.168.0.1;②在SET PC/PG Inteface窗口中設(shè)置TCP/IN->本地網(wǎng)卡;③給本機(jī)設(shè)置IP 地址192.168.0.*，注意*不能是1;④在WINCC組態(tài)軟件中，TCP/IP連接PLC的屬性IP地址為192.168.0.1。

WinCC采用了當(dāng)今流行的面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，很類似流行的Visual Basic語(yǔ)言。對(duì)象的屬性可以進(jìn)行設(shè)定或編程以實(shí)現(xiàn)對(duì)該對(duì)象的動(dòng)畫(huà)及事件的觸發(fā)，內(nèi)嵌的MS C語(yǔ)言減少了開(kāi)發(fā)者的學(xué)習(xí)時(shí)間，并增加了其靈活性。WinCC也能和其他主要廠商的PLC進(jìn)行通訊，如:AB、GE、Omron等。如果與西門子的PLC系列及STEP 7軟件合用，將大幅降低工程時(shí)間，因?yàn)镾TEP 7中定義的變量可以在WinCC中直接使用。

3 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合實(shí)例，本文簡(jiǎn)要總結(jié)了西門子PLC和WINCC工業(yè)組態(tài)軟件在污水自控系統(tǒng)中的應(yīng)用。伴隨著我國(guó)污水處理工作的愈加細(xì)致和更高要求，對(duì)于污水處理工藝的自控系統(tǒng)的要求會(huì)越來(lái)越高。在今后的自控領(lǐng)域，我們期待更多更好的國(guó)內(nèi)品牌走進(jìn)污水處理領(lǐng)域，為我國(guó)的污水治理工作做出更多的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn):

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