系統(tǒng)應(yīng)用實例

自動控制系統(tǒng)是具有一定功能，可以完成某種控制任務(wù)的系統(tǒng)。自動控制系統(tǒng)的組成和工作原理與人體的構(gòu)成和工作機理有很多相似之處：自動控制系統(tǒng)中有相當(dāng)于人的感覺器官的傳感器，有相當(dāng)于人的大腦和神經(jīng)系統(tǒng)的控制裝置，也有相當(dāng)于人的手、腿及其肌肉的執(zhí)行機構(gòu)。傳感器用于檢測指令信息、外界變 化信息以及被控對象的狀態(tài)信息，并將其變換成電信號傳給控制裝置?？刂蒲b置則計算出被控對象的當(dāng)前狀態(tài)（稱為被控量，或系統(tǒng)的輸出量）與所希望的狀態(tài)（稱為輸入信號）之差，并根據(jù)這一偏差（稱為誤差信號）按一定規(guī)律產(chǎn)生出控制信號，然后經(jīng)過放大，送給操作執(zhí)行機構(gòu)。操作執(zhí)行機構(gòu)用于驅(qū)動被控對象運動，直到它的狀態(tài)達(dá)到所希望的狀態(tài)為止。這種把系統(tǒng)的輸出或系統(tǒng)的另外一些受控變量和系統(tǒng)的輸入作比較后，形成的控制稱為閉環(huán)控制或反饋控制。

根據(jù)廠區(qū)總體布局和工藝流程的特點，自控系統(tǒng)采用集中管理，分散控制（SCADA）系統(tǒng)，整個自動控制系統(tǒng)由計算機（又稱上位機）系統(tǒng)、可編程控制器（PLC）系統(tǒng)、檢測儀表、控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成。該SCADA系統(tǒng)污水處理全過程進(jìn)行實時監(jiān)控和調(diào)度管理。SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，它可以應(yīng)用于、給水系統(tǒng)、石油、化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過程控制等諸多領(lǐng)域。在電力系統(tǒng)以及電氣化鐵道上又稱遠(yuǎn)動系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)是以計算機為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過程控制與調(diào)度自動化系統(tǒng)。它可以對現(xiàn)場的運行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號報警等各項功能。

由于各個應(yīng)用領(lǐng)域?qū)CADA的要求不同，所以不同應(yīng)用領(lǐng)域的SCADA系統(tǒng)發(fā)展也不完全相同。

一、計算機（上位機）系統(tǒng)功能及構(gòu)成

1.1上位機系統(tǒng)的放置：上位機系統(tǒng)放置在污水凈化中心綜合辦公樓控制室內(nèi)。

1.2上位機系統(tǒng)的組成：由計算機，UPS電源，報表打印機，報警打印機等組成。

1.3上位機系統(tǒng)的功能：負(fù)責(zé)全廠生產(chǎn)過程監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)采集。

1.4上位機系統(tǒng)的控制軟件

1.4.1系統(tǒng)簡介

IGSS（交互圖形管理系統(tǒng)）是一種開放式的，建立在PC基礎(chǔ)上的交互配置系統(tǒng)，主要用于在 WINTEL微機上的工業(yè)運行。Wintel即Wintel架構(gòu)。字面上是指由Microsoft Windows操作系統(tǒng)與Intel CPU所組成的個人計算機。實際上是指Microsoft（微軟）與Intel（英特爾）的商業(yè)聯(lián)盟，該聯(lián)盟意圖并成功地取代了IBM公司在個人計算機市場上的主導(dǎo)地位，所以也稱為Wintel聯(lián)盟。Wintel聯(lián)盟壟斷桌面端長達(dá)20多年。依靠英特爾的摩爾定律和微軟Windows系統(tǒng)的升級換代，雙方通過共同轄制下游PC生產(chǎn)商而不斷攫取巨額暴利。但因為平板電腦和移動設(shè)備的興起，微軟宣布下一代Windows操作系統(tǒng)將支持ARM處理器 。ARM處理器是英特爾的競爭對手，使得Wintel聯(lián)盟已經(jīng)出現(xiàn)裂痕。

IGSS設(shè)計的一個主要目標(biāo)是創(chuàng)造一個簡單而有效的系統(tǒng)，在建立新的管理系統(tǒng)和使用現(xiàn)存系統(tǒng)現(xiàn)代化上節(jié)省公司的時間和經(jīng)費。用戶友好性，公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)確以及開放的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是IGSS發(fā)展的隅石。

用戶使用IGSS只需點擊敏感區(qū)域就能造出模擬圖和圖形，通過模擬圖和圖形可以監(jiān)視不斷變化的工藝運行參數(shù)。對于誤差和故障來說，報警顯示，報警窗口和報警存入是其重要功能。

它的累積記錄系統(tǒng)能夠從IGSS自動產(chǎn)生的內(nèi)存文件中抽取數(shù)據(jù)為工藝運行提供參數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)檢索功能可向其他報表系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù)。此外，操作員可以通過定義清晰的開放式接口由C程序語言或?qū)镮GSS研制開發(fā)的邏輯程序語言IGAL進(jìn)入IGSS數(shù)據(jù)庫。

1.4.2 應(yīng)用范圍

IGSS應(yīng)用范圍廣泛。一種是為工藝工程師提供的用于繪圖的圖形功能；另一種是為操作員提供的接口，用于管理和控制工廠的運行；第三種是邏輯程序編制；還有一系列報表系統(tǒng)，其中一種是方法處理和報表，另一種是處理人工采集的報表數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)端腳本；可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來，PLC得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。同時，PLC的功能也不斷完善。隨著計算機技術(shù)、信號處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運動控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運動控制、過程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。

所有應(yīng)用功能都可作為一個整體運行，在這個整體中操作保持不變；同時，各種應(yīng)用功能結(jié)合起來使用使IGSS適用于任何形式的工廠，而完整性則體現(xiàn)在所有應(yīng)用功能都在同一個數(shù)據(jù)庫中工作。

1.4.3 系統(tǒng)功能

——數(shù)據(jù)采集；

——監(jiān)視，控制和報警處理；

——（日，周，月，季，年）報表；

——人工報表和數(shù)據(jù)編輯；

——參數(shù)報表；

——報警報表；

——報警分析和統(tǒng)計；

——報警呼叫并通過電話機兼打印機通知；

——能量報警；

——數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)提取程序；

——方法處理；

——調(diào)整功能；

——輸入和輸出配置說明。

——另外在中心控制室設(shè)置有一面0.55m＊3.0m的模擬屏。模擬屏有以下功能。

A、設(shè)備控制，可以在中控進(jìn)行人工干預(yù)設(shè)備的運行狀態(tài)；

B、設(shè)備狀態(tài)，顯示設(shè)備的運行，停止，故障狀態(tài)；

C、流量記錄，流時計數(shù)器可顯示當(dāng)前進(jìn)水流量，累計進(jìn)水量，日累計時水量，累計出水量，當(dāng)前出水流量以及兩臺帶式壓濾機進(jìn)泥的當(dāng)前流量和累計進(jìn)泥量；

D、液位及溶解氧顯示，可以觀察當(dāng)前氧化溝液位及溶解氧的值；

E、 記錄儀，記錄了進(jìn)出水流量，進(jìn)泥流量及溶解氧曲線。

二、可編程控制器（PLC）系統(tǒng)功能及構(gòu)成

該PLC系統(tǒng)設(shè)有三套PLC控制站。它們分別放置在格柵間（CP06），中心控制室（CCP），污泥脫水間（CP27）。三套PLC均采用德國西門子（SIEMENS）公司的S%-115U PLC。放置在格柵間的PLC控制站（CP06）負(fù)責(zé)控制格柵間，曝氣沉砂池，鼓風(fēng)機，計量槽等構(gòu)筑物內(nèi)的設(shè)備，并對進(jìn)廠水流量進(jìn)行計量；放置在中心控制室的PLC控制站（CCP）負(fù)責(zé)控制厭氧池，氧化溝，終沉池，回流污泥泵房等構(gòu)筑物內(nèi)的設(shè)備，并對氧化溝內(nèi)溶解氧及出水調(diào)節(jié)堰水位，回流污泥泵房液位開關(guān)進(jìn)行檢測計量；放置在污泥脫水車間的PLC控制站（CP27）負(fù)責(zé)控制污泥濃縮池，污泥均質(zhì)池，污泥脫水機房等構(gòu)筑物內(nèi)的設(shè)備，并對均質(zhì)池內(nèi)液位，污泥投配量進(jìn)行檢測計量。PLC是由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀(jì)七十年代的PLC只有開關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。

2.1 PLC系統(tǒng)的組成

每套PLC都由下列基本模塊組成：安裝機架，電源模塊，處理器模塊，離散量輸入模塊，離散量輸出模塊，模擬量輸入模塊，模擬量輸出模塊，通訊模塊，接口模塊，前連接器，操作員面板，光纖收發(fā)器等構(gòu)成。CP06，CP27，CCP配置圖。光纖收發(fā)器，是一種將短距離的雙絞線電信號和長距離的光信號進(jìn)行互換的以太網(wǎng)傳輸媒體轉(zhuǎn)換單元，在很多地方也被稱之為光電轉(zhuǎn)換器（Fiber Converter）。產(chǎn)品一般應(yīng)用在以太網(wǎng)電纜無法覆蓋、必須使用光纖來延長傳輸距離的實際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，且通常定位于寬帶城域網(wǎng)的接入層應(yīng)用；同時在幫助把光纖最后一公里線路連接到城域網(wǎng)和更外層的網(wǎng)絡(luò)上也發(fā)揮了巨大的作用。

2.2 各主要模塊功能

2.2.1電源模板（PS）把外部電源轉(zhuǎn)換成內(nèi)部工作電壓，24V鋰電池用于斷電情況下保存程序存儲器和內(nèi)部標(biāo)志?？稍O(shè)置下列開關(guān)及工作指示。

a、電壓選擇開關(guān)（VOLTAGE SELECTOR）

設(shè)置AC模板電源電壓在115VAC或230VAC，PS951還可用24VDC電源工作。

b、接通/關(guān)斷開關(guān)（INT DC POWER）

接通或關(guān)斷工作電壓。

c、復(fù)位開關(guān)（RESET）

應(yīng)答電池故障出現(xiàn)。

d、外部3.4……9VDC插口（EXT BATT34V）

電源關(guān)斷時更換電池的后備電源。

e、電池故障指示器（BATT LOW）

指示無電池，電池安裝不正確或電池電壓低于2.8V。

f、工作電壓顯示

2.2.2中央處理單元（CPU CPU943B）讀入信號狀態(tài)，處理控制程序及控制輸出，提供內(nèi)部寄存器，計時器和計數(shù)器。運行方式選擇及工作指示如下。

a、方式選擇器（RN/ST）

CPU運行方式選擇

RN——運行

ST——停止

b、復(fù)位設(shè)置開關(guān)（NR/RE/OR）

NR——無保持預(yù)置

RE——有保持預(yù)置

OR——總復(fù)位

c、工作方式LED

2.2.3 通訊處理模塊（CP）用以實現(xiàn)人機以及機機之間的通訊，對機器功能或過程順序的監(jiān)視和控制。

2.2.4 輸入/輸出模塊（I/O）

數(shù)字量輸入模板適配數(shù)字信號。

數(shù)字量輸出模板轉(zhuǎn)換S5-115U內(nèi)部信號電平成為數(shù)字信號電平。

模擬量輸入模板轉(zhuǎn)換模擬過程信號。如把傳感器或熱敏電阻來的信號，變?yōu)镾5-115U數(shù)字化信號。

模擬量輸出模板把S5-115U的數(shù)字值轉(zhuǎn)換為模擬過程信號，如用于速度控制器。

2.2.5 接口模板（IM305）用于擴展模板的安裝，S5-115U安裝在一個或多個具有一定數(shù)量的安裝支架上，安裝電源模板，CPU和輸入/輸出模板的支架稱為中央基板。

三、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)功能及構(gòu)成

本控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)為工業(yè)以太網(wǎng)。在CP06 PLC控制站，CP27 PLC控制站分別配有以太網(wǎng)通訊處理器模塊和光纖收發(fā)器，在CCP控制站配有一個光纖交換機，在上位機內(nèi)配有一個以太網(wǎng)網(wǎng)卡。通訊介質(zhì)為光纖。以太網(wǎng)（Ethernet）指的是由Xerox公司創(chuàng)建并由Xerox、Intel和DEC公司聯(lián)合開發(fā)的基帶局域網(wǎng)規(guī)范，是當(dāng)今現(xiàn)有局域網(wǎng)采用的最通用的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。以太網(wǎng)絡(luò)使用CSMA/CD（載波監(jiān)聽多路訪問及沖突檢測）技術(shù)，并以10M/S的速率運行在多種類型的電纜上。以太網(wǎng)與IEEE802·3系列標(biāo)準(zhǔn)相類似。

四、設(shè)備控制方式

設(shè)備控制方式有現(xiàn)場控制，電機控制中心控制，中控模擬屏控制，主控計算機控制及PLC控制，它們的控制級別由高向低排列順序為主：現(xiàn)場操作，PLC控制，主控計算機控制。對于一個設(shè)備的操作，只有上級所有操作狀態(tài)位于“自動”（AUTO）時此操作才能對設(shè)備進(jìn)行控制。

五、設(shè)備維護(hù)

5.1 PLC日常維護(hù)

5.1.1更換鋰電池。在電源程序故障指示器顯示時，應(yīng)及時更換電池，若在無電或PLC系統(tǒng)電源關(guān)斷時更換應(yīng)接入后備電源。

5.1.2斷電處理。若預(yù)先知道停電的情況下，應(yīng)先將所有設(shè)軒控制電源及溶解氧儀工作電源關(guān)閉，然后將PLC系統(tǒng)電源關(guān)閉；來電后應(yīng)先將PLC系統(tǒng)電源打開，然后逐步開啟設(shè)備控制電源及溶解氧儀工作電源。溶解氧儀是測量溶解在水溶液內(nèi)的氧氣的含量。氧氣通過周圍的空氣、空氣流動和光合作用溶解于水中?？捎脕頊y量用來對氧含量會影響反應(yīng)速度、流程效率或環(huán)境的流程進(jìn)行監(jiān)控：溶解氧儀是測量溶解在水溶液內(nèi)的氧氣的含量。氧氣通過周圍的空氣、空氣流動和光合作用溶解于水中。通過呼吸和分解作用，溶解氧會在水中消耗，主要依靠空氣和光合作用進(jìn)行補充。水中氧的含量主要取決于溫度。溫水的氧濃度要低于冷水。但溶氧含量過高對動植物會有害。溶氧電極可以用來測量現(xiàn)場或?qū)嶒炇覂?nèi)被測樣品水溶液內(nèi)的溶氧含量。由于溶解氧是水的質(zhì)量的主要指標(biāo)之一，

5.1.3系統(tǒng)復(fù)位。系統(tǒng)斷電后來電，執(zhí)行冷啟動。

若系統(tǒng)出現(xiàn)故障時應(yīng)熱啟動，將復(fù)位設(shè)置開關(guān)置為（RE），將方式選取擇器先設(shè)置為停止（ST）狀態(tài)，然后再將方式選擇器設(shè)置為運行（RN）狀態(tài)。熱啟動之前，CPU將先執(zhí)行冷啟動。

5.1.4更換濾網(wǎng)。對于PLC的CPU降溫風(fēng)扇防塵濾網(wǎng)，應(yīng)每月及時更換。

5.2.1遙控現(xiàn)場設(shè)備

進(jìn)水是流量計數(shù)器復(fù)位。每日應(yīng)定時抄表后將進(jìn)水日流量計數(shù)器復(fù)位清零。

5.2.2特殊情況處理。若遇特殊情況，需進(jìn)行人工干預(yù)時，應(yīng)嚴(yán)格控以下步驟進(jìn)行操作；

設(shè)備由一個狀態(tài)切換至另一個狀態(tài)時，應(yīng)先切換至關(guān)閉（“0”）狀態(tài)，等待5S再切換至目標(biāo)狀態(tài)。

注意：在手工打開出水堰板時，應(yīng)開啟5S，停止5S，徐徐間斷開啟，切忌一次完全打開，以減輕終沉池負(fù)荷。

六、參數(shù)調(diào)整

SET-05進(jìn)水采樣及移動橋參數(shù)

每1000M2給采樣器發(fā)送一個信號

采一個樣的延續(xù)時間/S 10

每天移動橋啟動次數(shù) 10

移動橋停止后砂水分離器延遲時間/S 600

（砂水分離器）螺旋輸送器工作時間/S 180

SET-14氧化溝參數(shù)

溶解氧最大值/（mg O2/L） 3

溶解氧最小值/（mg O2/L） 0.5

溶解氧最長檢測間隔時間/S 300

溶解氧最短檢測間隔時間/S 180

一組氧化溝的運行周期/min 240

階段一的時間長度/min 80

從D階段到DN階段轉(zhuǎn)換進(jìn)開啟轉(zhuǎn)刷數(shù) 4

轉(zhuǎn)刷淹沒深度/cm 88

液位檢測周期/S 30

出水堰門工作時間/S 3

一組溝之間階段延遲時間/S 1210

SET-17污泥泵房參數(shù)

污泥回流比/% 60

（按回流比20%——100%）

每天最小回流量/（m3/h） 1000

每天最大回流量/（m3/h） 6300

（按100%回流比算出）

回流泵額定流量/（m3/h） 1500

每30min運行時間/S 1200

剩余泵每天運行時間/min 440

交替時間/min 20

SET-20出水流量計參數(shù)

每1000m3給采樣器發(fā)送一個信號

采一個樣的延續(xù)時間/S 10

七、數(shù)據(jù)分析

7.1氧化溝設(shè)備

攪拌器工作時間（min）=24＊60/運行周期（min）＊階段1的時間（min）

例如：運行周期為240min，階段1的時間長度為80min，則攪拌器工作時間=24＊60/240＊80=180（min）=8（h）

攪拌器因為在D階段也可能工作，故運行時間可能大于8H，但不會超出太多。

轉(zhuǎn)刷最大工作時間=24H-攪拌器運行時間

例如：攪拌器運行時間為8H，則轉(zhuǎn)刷最大工作時間性=24H-8H=16H

根據(jù)轉(zhuǎn)刷的工作特點，每天工作時間小于等于最大工作時間。

7.2 污泥泵房設(shè)備

7.2.1回流污泥泵

日回流量（m3）=進(jìn)水量（m3）＊回流比

如果日回流量大于設(shè)定的最大日回流量，則日回流量取最大日回流量。

單臺回流泵運行時間（h）=回流量（m3）/[回流泵揚程（m3/h）＊臺數(shù)]

例如：日進(jìn)水量為150000m3，回流比為60%，回流泵揚程為1500m3/h，6臺回流泵，最大日回流量為63000m3/h＊24.

日回流量（m3）=150000＊60%=90000（m3）

單臺回流泵日運行時間（H）=90000/（1500＊6）=10（H）

每30min運行時間=600/（24/0.5）=12.5（min）=750（s）

7.2.2剩余污泥泵

單臺剩余污泥泵日運行時間（H）=440（min）/60（min/h）=7.3（H）

440min是設(shè)定的參數(shù)。