您好, 歡迎來到化工儀器網
西門子S7-400H應用在污水處理中
本工程主要處理發(fā)電廠產生的混合污水（其中主要為電廠的工業(yè)污水和經過生物二級處理后的生活污水），通過管道輸送到調節(jié)水池。
控制水平：滿足工藝要求的熱備系統(tǒng)。系統(tǒng)可以實現全自動控制，要求通過可編程控制器和上位計算機實現。
系統(tǒng)范圍：整個系統(tǒng)所有的設備、儀表、電機、閥門等控制對象。
二、污水處理系統(tǒng)總要求
1．處理水量：Q≥400m³/h（其中工業(yè)污水：310 m³/h，生活污水：75 m³/h）
2．含油 ： ≤300ppm
3．供水方式：連續(xù)供水
4．控制方式：全自動控制
三、工藝流程
1． 污水處理工藝流程：
混凝劑
污水來水?格柵?調節(jié)池?污水提升泵?氣浮池?中間水池1?污水提升泵
混凝劑
?澄清池?中間水池2 ?污水提升泵?無閥濾池?清水池
2．污泥處理工藝流程：
脫水劑
氣浮池、澄清池來污泥?污泥池?污泥提升泵?污泥濃縮器?污泥螺桿泵?帶式壓濾機?泥餅外運
四、控制系統(tǒng)概述
1．自動控制系統(tǒng)
本污水處理工程的控制系統(tǒng)采用開放式的射線式結構，主要由MCC柜、西門子PLC及中國臺灣研華工控機組成
MCC柜安裝在廢水車間里，上位機、PLC柜放在中央控制室內。MCC柜將動力回路連接到設備，在MCC柜上可以實現對所有控制對象的現場手動控制。PLC柜里安裝了控制系統(tǒng)的核心部分---PLC（可編程控制器），能實現整個系統(tǒng)的全自動控制。上位機是工業(yè)級計算機，通過以太網交換機與PLC交換數據，實施系統(tǒng)的遠程監(jiān)視和控制功能。系統(tǒng)中的水箱液位，水泵壓力 ，閥門位置，水泵運行、故障等信號，都通過控制電纜一一對應至PLC的輸入端。其中電動閥門開、關到位，水泵運行、故障信號等為數字量，水箱液位、流量計等連續(xù)變量為4-20mA模擬量。全系統(tǒng)共設有298個數字輸入點、44個模擬輸入點、146個數字輸出點、4個模擬輸出點。
2．PLC控制系統(tǒng)
該系統(tǒng)的z重要部分是PLC控制系統(tǒng)，它的好壞將關系到整個系統(tǒng)的成敗，因此本系統(tǒng)的PLC主要選用的是西門子S7-400H系列模塊，它是西門子提供的冗余PLC，由于它是SIMATIC S7家族的一員，這意味著S7-400H擁有所有SIMATIC S7具有的*性。（需要補充）
根據工藝和業(yè)主的要求，PLC控制系統(tǒng)采用的是主、從站結構，由一個主站、三個從站和一個PC站（上位機）組成。用S7-400H系列模塊做主站，S7-300系列模塊作從站，主站通過PROFIBUS總線電纜和接口模塊與從站通訊，這樣的構架既保證了PLC系統(tǒng)的*性又為用戶節(jié)省了成本。主站是由一個支持冗余的底板和兩套S7-400H系列電源模塊、CPU模塊、以太網模塊組成，模塊支持熱插拔。從站是ET200M站，ET200M是在工業(yè)現場經常使用的PROFIBUS DP分布式從站，ET200M從站由一個有源總線模板的導軌、2個IM153接口模塊、若干塊S7-300系列的模塊（PS電源模塊、I/O模塊、CP通訊模塊、FM功能模塊）組成，從站的模塊也支持熱插拔。（需要補充）
2．1系統(tǒng)要求：
系統(tǒng)可利用率不低于 99.9%。
系統(tǒng)精度：輸入信號為±0.1%（高電平）, ±0.2%（低電平）；輸出信號為±0.2%。
抗*力：共模電壓為250V；共模抑制比90dB；差模電壓為60V；差摸抑制比為60dB。
數據庫刷新周期≤1s。
CRT畫面刷新周期≤1s（復雜畫面≤2s）。
CRT畫面及數據對鍵盤指令響時間≤1s。
從鍵盤發(fā)出操作指令到通道板輸出或返回信號從通道板輸入至CRT上顯示的總時間為2.5s。
控制器工作周期，模擬量控制≤0.25s；開關量控制≤0.1s。
i忙時，控制器CPU負荷率≤60% ，操作員站CPU負荷率≤40%。
內部存儲器占用容量≤50%，外部存儲器占用容量≤40%。
I/O點裕量為15%。I/O卡槽裕量為15%。
PLC內部通訊總線的負荷率≤30%。
電氣模擬量輸入采樣周期≤50ms, 非電氣模擬量輸入采樣周期≤200ms，開關量采樣周期≤100ms。
2．2硬件配置：
?。?）配備有一個主機架，主機架上有電源模塊 PS 407 10A 2塊、CPU模塊 CPU 414-4H 2塊、以太網模塊 CP 443-1 2塊。CPU模塊具有大型的程序存儲容量，考慮了40%的備用量，存貯器采用閃存（FLASH RAM）技術；模塊上有PROFIBUS-DP主/從接口，可以配置成分布的自動化結構，易于今后的系統(tǒng)擴展。過程控制、監(jiān)視和用所需的故障診斷等，所有功能設置于可編程控制器內。這些功能包括下列內容: 實時鐘和日歷、繼電器和鎖存繼電器、過渡觸點、計時器、計數器、算術運算、邏輯功能、移位寄存器等。智能化的診斷功能連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)工作是否正常，并記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件。
（2）接口模塊采用IM153-2,共6塊，用于多機架配置中主機架和擴展機架之間的連接，可擴展多個機架，各機架之間的z大距離為10米。
（3）配備有三個機擴展機架，擴展機架上有電源模塊、接口模塊和信號模塊，其中數字量輸入模塊11塊、輸出模塊5塊，模擬量輸入模塊7塊、輸出模塊1塊。數字量輸入/輸出模塊能自動診斷無編碼器電源、無內外部輔助電壓、模塊參數錯誤、看門狗錯誤、EPROM故障、過程報警信息丟失等；模擬量輸入模塊能自動診斷無外部電壓、組態(tài)參數錯誤、共模故障、短線、測量范圍溢出等故障；模擬量輸出模塊能自動診斷無外部電壓、組態(tài)參數錯誤、對地短路等故障。
2．3軟件配置：
（1）PLC編程軟件是西門子公司推出的SETP7 V5.3，組態(tài)軟件選用的是北京三維力控科技有限公司開發(fā)的PCAuto 3.62 SP2。由于是在標準的Windows操作系統(tǒng)下運行，又有在線幫助功能，學習掌握方便。
（2）口令保護，多機口令保護可以使用戶高度、有效的保護其技術秘密，防止未經允許的復制和修改。
3．PC工控機
PC工控機在系統(tǒng)中是PC站，它即可作為工程師站對PLC和組態(tài)軟件進行編程，編程完畢后，又可作為操作員站監(jiān)控系統(tǒng)的運行。PC工控機選用的是中國臺灣研華產品，配置為P4/1.7G/40G/256M，三星21”彩顯（CRT），PC機上裝有（Windows2000、CAD2002、WORD、EXCEL等基本軟件，還裝有編程軟件SETP7 V5.3、通訊軟件SIMATIC NET 6.2和組態(tài)軟件北京三維力控PCAuto 3.62。工控機系統(tǒng)由1000VA UPS供電，它的232串口通過MPI適配器連接S7-400PLC的編程口。打印機使用是惠普公司的LaserJet 3500 型彩色打印機。
4．網絡結構
工廠采用的是聯(lián)網集中控制,本工程是工廠整個系統(tǒng)控制網絡的一個子系統(tǒng)，工業(yè)污水處理站控制系統(tǒng)作為整個系統(tǒng)控制網絡的一個子站，因此留有滿足上層網絡要求的軟、硬件通訊接口（如以太網和PROFIBUS DP接口）,并提供了聯(lián)網所需的軟件（如通訊軟件SIMATIC NET 6.2）和硬件（如以太網交換機）。
工控機和PLC之間采用的是小型工業(yè)以太網絡，西門子PLC與上位機之間采用的是TCP/IP協(xié)議，使用以太網交換機連接PC機和PLC，既可編制程序，還可通訊、監(jiān)控,并帶有OPC接口。系統(tǒng)完成調試投入正常運行后，工控機掛接的以太網，可與任一臺裝有組態(tài)軟件，并帶有OPC功能的計算機相連接，PLC控制程序的組態(tài)和修改也可在業(yè)主方水處理系統(tǒng)集中控制網絡的工程師站上進行，并通過通訊網絡在線下載到工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)的PLC中，實現整個系統(tǒng)的聯(lián)網集中控制。
5．PCAuto 3.62軟件的主要功能及特性
PCAuto 3.62是北京三維力控科技有限公司的版組態(tài)軟件。它的z大特點是能以靈活多樣的“組態(tài)方式”而不是編程方式來進行系統(tǒng)集成，提供了良好的用戶開發(fā)界面和簡潔的工程實現方法，只要將其預設置的各種軟件模塊進行簡單的“組態(tài)”，便可以非常容易地實現和完成監(jiān)控層的各項功能，縮短了自動化工程師的系統(tǒng)集成的時間，大大的提高了集成效率。它能同時和國內外各種工業(yè)控制廠家的設備進行網絡通訊，與高可靠的工控計算機和網絡系統(tǒng)結合，便可以達到集中管理和監(jiān)控的目的，同時還可以方便的向控制層和管理層提供軟、硬件的全部接口，實現與“第三方”的軟、硬件系統(tǒng)的集成。（需要補充）
5．1與國內外同類產品相比，PCAuto 3.62組態(tài)軟件具有以下特點：
?。?）全中文、可視化、面向窗口組態(tài)開發(fā)界面，符合中國人的使用習慣和要求。真正的32位程序，支持多任務、多線程、可運行于Microsoft Windows95/98/Me/NT/2000/XP等多種操作系統(tǒng)；
（2）龐大的標準圖形庫、完備的繪圖工具集以及豐富的多媒體支持，使您能夠快速地開發(fā)出集圖像、聲音、動畫等于一體的漂亮、生動的工程畫面；
（3）全新的ActiveX動畫構件。包括存盤數據處理、條件曲線、計劃曲線、相對曲線、多行文本、通用棒圖等、使您能夠更方便、更靈活地處理、顯示生產數據。
（4）支持目前絕大多數硬件設備，同時可以方便地定制各種設備驅動；此外*的組態(tài)環(huán)境調試與靈活的設備操作命令相結合，使硬件設備與軟件系統(tǒng)間的配合天衣無縫。
（5）簡單易學的類Basic腳本語言與豐富的策略構件，使您能夠輕而易舉的開發(fā)出復雜的流程控制系統(tǒng)。
（6）強大的數據處理功能。能夠對工業(yè)現場產生的數據以各種方式進行統(tǒng)計處理，使您能夠在*時間獲得有關現場情況的*手數據。
?。?）方便的報警設置、豐富的報警類型。報警存貯與應答，實時打印報警報表，以靈活的報警處理函數，使您能夠方便、及時、準確地捕捉到任何報警信息。
（8）完善的安全機制。允許用戶自由設定菜單、按鈕及退出系統(tǒng)的操作權限。此外，PCAuto 3.62還提供了工程密碼、鎖定軟件狗、工程運行期限等功能，以保護組態(tài)的成果。
（9）強大的網絡功能。支持TCP/IP、Modem、485/422/232，以及各種無線網絡和無線電臺等多種網絡體系結構。
（10）良好的可擴充性?？赏ㄟ^OPC、DDE、ODBC、ActiveX等機制，方便地擴展PCAuto 3.62組態(tài)軟件的功能，并與其他組態(tài)軟件、MIS系統(tǒng)或自行開發(fā)的軟件進行連接。
（11）提供了WWW瀏覽功能，能夠方便地實現生產現場控制與企業(yè)管理的集成。在整個企業(yè)范圍內，只使用IE瀏覽器就可以在任意一臺計算機上方便地瀏覽與生產現場一致的動畫畫面，實時和歷史的生產信息，包括歷史趨勢、生產報表等等，并提供完善的用戶權限控制。
5．2組態(tài)軟件的功能
?。?）軟件功能：主要指監(jiān)控軟件的要求，它是基于多任務、多平臺、實時性好、開放性好的集成軟件包。標準畫面和用戶組態(tài)畫面均漢化，漢字符合國家標準。
操作員站的基本功能如下：
監(jiān)視系統(tǒng)內每一個模擬量和數字量
顯示并確認報警，并提供操作指導
建立趨勢畫面并獲得趨勢信息
打印報表
控制驅動裝置
自動和手動控制方式的選擇
調整過程設定值和偏置等
設備和網絡系統(tǒng)故障診斷和狀態(tài)監(jiān)視功能
工程師站的基本功能如下：
程序開發(fā)
系統(tǒng)診斷
控制系統(tǒng)組態(tài)
數據庫管理和維護
畫面的編輯及修改
?。?）顯示功能：具有多窗口的PID圖、報警畫面、趨勢圖、指導畫面、控制畫面、參數修改畫面、故障診斷畫面、動態(tài)畫面等各種監(jiān)視畫面。調用任一畫面的擊鍵次數不大于3次，任何CRT畫面均能在1秒的時間內*顯示出來。任何操作指令均在1秒或更短的時間內*被執(zhí)行。
?。?）安全功能：分別設定操作員和系統(tǒng)管理員的進入口令。在運行環(huán)境下，屏蔽WORD2000所有熱鍵，從而鎖定系統(tǒng)自由進出。系統(tǒng)受電后自動恢復運行狀態(tài)。設定操作站的優(yōu)先級來保證控制室內操作站與現場人機接口同時操作的安全性。
（4）歷史數據管理：可對所有采集數據任意設定存取間隙和存取方式。
（5）打印報表：可按用戶定義的報表格式進行定時、報警和隨機打印。
?。?）事件記錄：事件和內部時鐘可按時間順序區(qū)分和管理，并可及時顯示和打印。
定期記錄包括交接班記錄、日報、和月報。對交接班記錄和日報，系統(tǒng)在每一小時的時間間隔內，提供400個預選變量的記錄。而對月報，則在每一天的時間間隔內，提供400個預選變量的記錄。在每一個交接班后，或每一天結束時，或每一個月結束時，自動進行記錄打印。或根據運行人員指令召喚打印。
系統(tǒng)記錄運行人員在水系統(tǒng)集中控制室進行的所有操作項目及每次操作的時間。通過對運行人員操作行為的準確記錄，可便于分析運行人員的操作意圖，分析事故原因。
（7）監(jiān)控TAG及調試：采用結構化TAG定義。既可通過TAG定義隨時修改每個測點的有效狀態(tài)、報警管理、歷史數據、死區(qū)與PLC通訊參數等，同時按修改數據庫的TAG值來執(zhí)行調試操作。
?。?）在工程師站上生成的任何顯示畫面和趨勢圖等，均能通過網絡加載到操作員站。各程控系統(tǒng)PLC控制程序的組態(tài)和修改可在網絡控制系統(tǒng)的工程師站上進行，并通過網絡下載到程序控制系統(tǒng)的PLC中。通過網絡，工程師站能調出系統(tǒng)內任一PLC站的系統(tǒng)組態(tài)信息和有關數據，還可以將組態(tài)的數據從工程師站下載到各PLC站和操作員站。此外，當重新組態(tài)的數據被確認后，系統(tǒng)能自動地刷新其內存。
?。?）控制操作功能
可按組態(tài)通過鼠標畫面上的對象進行開關或增減操作?？刂葡到y(tǒng)采用程控、遠控、就地控制相結合的方式，對于電動門、氣動門、泵、風機等控制對象除了在控制室進行遠方控制外，還保留就地操作手段。
在遠控手動方式下操作員啟停電動機、開關閥門及其它設備時，CRT畫面提供操作指導?，F場設備故障，影響程控繼續(xù)進行時，在滿足相關約束下，運行人員干預可進行跳步操作。 設備處于就地操作方式時，上位機操作無效。
（10）系統(tǒng)狀態(tài)顯示功能
系統(tǒng)能在系統(tǒng)診斷畫面上顯示網絡系統(tǒng)中的控制設備的運行狀態(tài)、CPU負載、電源負載、網絡通訊負載等診斷信息。設備故障時具有聲光報警提示。
5．3畫面設計原則
?。?）按照工藝流程圖設計CRT畫面，設有足夠的幅數以保證工藝系統(tǒng)和控制對象的完整性及能詳細反映所控系統(tǒng)的運行和控制狀況。
?。?）可顯示系統(tǒng)內所有的過程點，包括模擬量輸入、模擬量輸出、數字量輸入、數字量輸出、中間變量和計算值。
?。?）對顯示的每一個過程點，以中文顯示其標志號（通常為Tag）、數值、性質、工程單位、高低限值等。
?。?）運行人員可通過鍵盤，對畫面中的任何被控裝置進行手動控制。畫面上的設備正處于自動程控狀態(tài)時，模擬圖上反映出運行設備的狀態(tài)及自動程序目前進行至哪一步。若自動程序失敗，則有報警并顯示故障出現在程序的哪一步，且可切換到自動順序邏輯原理圖，顯示條件滿足情況。
（5 ）CRT畫面能分別顯示系統(tǒng)的工藝流程及測量參數、控制方式、順序運行狀況、控制對象狀態(tài)，也能顯示成組參數。當參數越限報警、控制對象故障或狀態(tài)變化時，設備符號閃爍進行顯示。鍵盤的操作有觸感、有聲音反饋，反饋的音量大小可以調整。
?。?）采用多層顯示結構，顯示的層數根據工藝過程和運行要求來確定。多層顯示包括功能組顯示和細節(jié)顯示。
功能組顯示可觀察某一功能組的所有相關信息，可采用棒狀圖形式，或采用模擬M/A站（功能塊）面板的畫面，面板上有帶工程單位的所有相關參數，并用數字量顯示出來。功能組顯示包含過程輸入變量、報警條件、輸出值、設定值、回路標號、縮寫的文字標題、控制方式和報警值等。
細節(jié)顯示可觀察以某一回路為基礎的所有信息。對于調節(jié)回路，至少顯示出設定值、過程變量及過程變量曲線、輸出值、運行方式、高/低限值、報警狀態(tài)、工程單位、回路組態(tài)數據等調節(jié)參數。
（7）報警顯示
系統(tǒng)若確認某一點越過預先設置的限值，CRT屏幕顯示報警畫面，并發(fā)出聲響信號 。
報警區(qū)別于其它級別的報警方式，如采用彈出報警窗并發(fā)出不同于其它報警的聲響信號。
報警顯示按時間順序排列，發(fā)生的報警優(yōu)先顯示在報警畫面的頂部，每個報警點可有三個不同的優(yōu)先級，并且三種不同的顏色顯示該點的Tag，加以區(qū)分。
若某一已經確認的報警再一次發(fā)出報警時，作為報警再一次顯示在報警畫面的頂部，報警點的標簽號顏色的改變能表示出該報警點重復報警的次數。
所有帶報警限值的模擬量輸入信號和計算變量均分別設置“報警死區(qū)”以減少參數在接近報警限值時產生的頻繁報警。
在設備停運及設備啟動時，有模擬量和數字量信號的“報警閉鎖”功能，以減少不必要的報警。啟動結束后，“報警閉鎖”功能自動解除。“報警閉鎖”不影響對該變量的掃描采集。
?。?）操作窗口彈出后，可以方便地在窗口內對設備的參數進行修改或改變設備的運行狀態(tài)，所進行的任何操作均在確認后方可生效。
采用彈出式窗口操作的內容有：儀表、閥門、雙項或多項選擇開關、泵及馬達的啟停等。 選擇項的設備進行操作時，由閃爍的紅色邊框（或設備提示符）給予操作人員提示，該操作激活后可連續(xù)操作。
?。?）定義一些的功能鍵用于完成某個操作或快速調出一幅畫面，從而簡化操作程序，提高操作速度。
5．4監(jiān)控畫面的介紹
本系統(tǒng)的監(jiān)控操作畫面多達20多屏，包括：方便工人操作的監(jiān)控畫面和為軟件工程師提供接口的整定畫面；形象直觀的模擬畫面；易于統(tǒng)計抄表的參數畫面；便于追查事故原因的歷史趨勢畫面；提供技術分析信息的實時曲線畫面等等。
畫面分為兩大類：操作員畫面、工程師畫面
操作員畫面向操作人員提供了各種數據、曲線、功能鍵，顯示內容豐富鮮明、操作簡捷可靠。系統(tǒng)中畫面的組態(tài)編制有很多新穎之處，其中模擬畫面中九個調節(jié)閥的閥位均可以從畫面中翻板示意的角度來得知，并在閥旁邊給出了三位有效數字（一位小數）的百分開度，形象、準確地反映了現場閥門的實際開度，使操作人員感到熟悉親切；系統(tǒng)共有四臺攪拌機，為了準確反映各攪拌機的運轉情況，該畫面中設置了攪拌機動態(tài)旋轉葉片，運轉的攪拌機其葉片在旋轉，攪拌機停止時無葉片顯示，故操作人員可以清晰明了的看到四臺攪拌機的運轉情況；因攪拌機的轉速與變頻頻率成正比，所以攪拌機中的旋轉葉片的轉速隨變頻器的頻率大小而改變，頻率大時，旋轉葉片轉速大；頻率小時，旋轉葉片轉速小，動態(tài)顯示十分逼真；在整個系統(tǒng)管網的各個控制點均有相應的采集數字顯示，真實的反映了各個控制點的瞬時值，總之，畫面中各大管道走向明了，主體設備位置確切，工作狀態(tài)形象生動，各種參數“就地顯示”，整個系統(tǒng)運行工況集于一屏。
工程師畫面：為軟件工程師提供了進行系統(tǒng)整定的良好界面，是工程師在調試中進行參數修改和設定的重要環(huán)境，也是自控系統(tǒng)的核心。（需要修改）
操作員站運行監(jiān)視具有數據采集、CRT畫面顯示、參數處理、越限報警、制表打印以及各系統(tǒng)PLC參數設置、設備監(jiān)控、控制邏輯的修改、系統(tǒng)的調試等功能。對控制系統(tǒng)的組態(tài)不能影響系統(tǒng)的正常運行。
乙方提供用于控制的所有CRT畫面 （包括模擬圖、棒狀圖、趨勢圖、操作畫面、報警畫面及操作指導等），并按照甲方對控制網絡的統(tǒng)一要求進行組態(tài)。組態(tài)軟件具有良好的透明性和兼容性，以便于將其集成在集中控制室的操作員站上。乙方提供良好的軟件和硬件接口，并無條件滿足甲方為實現整體控制方案而要求乙方對其所提供的軟件的修改。
CRT畫面能分別顯示工藝流程及測量參數、控制方式、順序運行狀況、控制對象狀態(tài)，也能顯示成組參數。當參數越限報警、控制對象故障或狀態(tài)變化時，以不同顏色進行顯示，并有音響提示。乙方按照系統(tǒng)工藝流程圖設計CRT畫面,設有足夠的幅數以保證工藝系統(tǒng)和控制對象的完整性及詳細反映出所控系統(tǒng)的運行和控制狀況。