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摘要:针对污水处理站自动控制系统及污水工艺设备安全运行的重要性,说明污水自动控制系统的组成及实现,总结西门子PLC和WINCC工业组态软件在污水控制系统中的应用。
关键词:污水处理控制系统可编程控制器PLC工业组态软件WINCC
0 引言
伴随着我国环境污染治理力度的日益加大,对生产和生活污水的治理工作越发重要。而高效稳定的污水处理系统就是做好这一工作的保障。近几年来,我国新建城市污水处理厂和新增污水处理站大都采用了PLC和组态软件技术在污水处理项目应用的经验,取得了很好的污水处理效果。本文以实际污水处理站为例,说明污水处理控制系统的组成及实现,总结西门子PLC和WINCC工业组态软件在污水控制系统中的应用。
1 系统简介
1.1 工艺流程 上海某设施项目污水处理站工艺流程图,如下图所示:
1.2 控制系统结构 结合实际工艺情况,设计采用了三级集散控制系统,实现全厂范围的污水处理工艺流程的监测以及相关工艺设备的运行状态的监控:第一级:现场手动控制。在各电气站点设置就地控制箱,可单独启停各操控设备及各执行机构。第二级:PLC逻辑联动控制。由PLC根据现场各测试设备采集的数据及系统设备运行逻辑关系,自动控制各站点内的电气设备运行状态。第三级:中央控制计算机监测、修改PLC控制参数、上位机点动控制,实现实时监控。手动控制及自动控制可以分别通过机房或中央控制室的“手自动转换开关”进行切换。这样的控制方式能最大限度地保证污水处理装置安全操作的需要。
1.3 PLC测控模式 本污水处理控制系统检测信号开关量多,模拟量少,以逻辑控制为主,闭环控制为辅。整套污水处理流程有多种监控点,包括液位、压力、流量、PH值、泵运行状态等等。PLC由电源、处理器、扩展接口、输入输出模块和通讯模块组成,各模拟量参数通过相应的变送器输出4~20mA的标准信号,通过屏蔽电缆接至PLC的AI模块。各模拟量输出控制信号是以4~20mA的标准信号,从PLC的AO模块通过屏蔽电缆接至相应设备。数字输入信号为24V直流电信号,通过电缆接至PLC的DI模块。数字输出控制信号为24V直流电信号,从PLC的DO模块通过电缆接至现场设备。每台现场设备原则上有三个状态输入信号:故障、运行/停止、手动/自动;和一个输出信号:启动信号。为了使现场与PLC完全隔离,PLC所有数字量模块与就地控制箱中间加中间继电器。所有输出信号(包括模拟量和数字量)由PLC内部程序或上位机指令控制。
2 WinCC组态
工控组态软件WinCC是一个集成的人机界面(HMI)系统和监控管理系统,是视窗控制中心(Windows Control Center)的简称。它包括变量管理、结构变量、图形编辑器、报警记录、变量记录、全局脚本、文本库、用户管理等功能,使其具有高性能的过程耦合、快速的画面更新、以及可靠的数据管理功能。在大量的实践中,WINCC已得到了广泛的应用,在此仅重点提出WINCC组态中值得注重的几点。
2.1 主控界面的组态 由于系统设备较多,要将系统流程及设备操作界面分别呈现在多张画面内。画面间的切换使用WinCC内部按钮的鼠标动作来实现,非常简单。一般组态都要有一幅背景画面,其中包括要显示的静态文本、OLE(例如,时钟)、所有的图形切换按钮及推出关机按钮。由于组态人员习惯不同,组态画面会呈现不同风格,但不会影响到画面操作的一致性和美观。值得注意的是报警记录。用画面颜色闪烁来提示操作者有故障发生,可以用C语言脚本在背景画面的底部留下一条类似Windows状态栏的报警栏,当出现故障报警的时候在报警栏显示最近一条报警记录,操作人员可以利用按钮切换到主报警记录画面了解故障的完全信息。
2.2 语音报警的组态 在工业现场安全是极其重要的,利用工控机的声卡和音箱在有故障发生的时候产生声音报警。以往利用C语言脚本制作声音报警编程比较繁琐。在WINCC V6.0版本中可以用Horn组态实现声音报警,不用编程。打开Horn,在Message?assignment选项页选定Message Class为Error,定义一个Bool型的Tag;在Signal Assingment选项页选定Tag为刚才定义的Bool型的Tag,在Sound中选择要播放的.wav声音文件。运行时,只要Error类别的报警触发,则Bool型的Tag置位,.wav声音循环播放;在报警控件中确认报警,可以将Bool型的Tag复位,.wav声音中止。要注意的是Horn是基本过程控制(BPC)的组件,标准安装是不会安装的。安装WinCC时选择“自定义安装”,组件栏中选择“Basic?Process Control”安装即可。
2.3 WINCC与S7通讯问题 本设计PLC选用CP315-2EH13
-0AB0,(1MPI/DP,1PN)其与WINCC间通讯采用PROFINET 通讯方式。PROFINET是一种用于工业自动化领域的创新、开放式以太网标准。使用PROFINET,設备可以从现场级连接到管理级。通过PROFINET,分布式现场设备(如现场IO 设备,例如信号模板)可直接连接到工业以太网,与PLC 等设备通讯,并且可以达到与现场总线相同或更优越的响应时间。这里需要注意的有四点:①在S7硬件组态中要新建一个子网Ethernet,其IP地址信息为默认值192.168.0.1;②在SET PC/PG Inteface窗口中设置TCP/IN->本地网卡;③给本机设置IP 地址192.168.0.*,注意*不能是1;④在WINCC组态软件中,TCP/IP连接PLC的属性IP地址为192.168.0.1。
WinCC采用了当今流行的面向对象的技术,很类似流行的Visual Basic语言。对象的属性可以进行设定或编程以实现对该对象的动画及事件的触发,内嵌的MS C语言减少了开发者的学习时间,并增加了其灵活性。WinCC也能和其他主要厂商的PLC进行通讯,如:AB、GE、Omron等。如果与西门子的PLC系列及STEP 7软件合用,将大幅降低工程时间,因为STEP 7中定义的变量可以在WinCC中直接使用。
3 结束语
结合实例,本文简要总结了西门子PLC和WINCC工业组态软件在污水自控系统中的应用。伴随着我国污水处理工作的愈加细致和更高要求,对于污水处理工艺的自控系统的要求会越来越高。在今后的自控领域,我们期待更多更好的国内品牌走进污水处理领域,为我国的污水治理工作做出更多的贡献。
参考文献:
[1]刘栓,王太通.PLC控制系统在污水处理过程中的应用.矿山机械2003.
[2]SIEMENS AG.Wincc v6 The Configuration Manual and the Communication Manual.[P].Germany:Siemens 2000.
[3]SIEMENSAG.SIMATIC PROFINET IO 入门指南集.[P].Germany:Siemens 2006.
关键词:污水处理控制系统可编程控制器PLC工业组态软件WINCC
0 引言
伴随着我国环境污染治理力度的日益加大,对生产和生活污水的治理工作越发重要。而高效稳定的污水处理系统就是做好这一工作的保障。近几年来,我国新建城市污水处理厂和新增污水处理站大都采用了PLC和组态软件技术在污水处理项目应用的经验,取得了很好的污水处理效果。本文以实际污水处理站为例,说明污水处理控制系统的组成及实现,总结西门子PLC和WINCC工业组态软件在污水控制系统中的应用。
1 系统简介
1.1 工艺流程 上海某设施项目污水处理站工艺流程图,如下图所示:
1.2 控制系统结构 结合实际工艺情况,设计采用了三级集散控制系统,实现全厂范围的污水处理工艺流程的监测以及相关工艺设备的运行状态的监控:第一级:现场手动控制。在各电气站点设置就地控制箱,可单独启停各操控设备及各执行机构。第二级:PLC逻辑联动控制。由PLC根据现场各测试设备采集的数据及系统设备运行逻辑关系,自动控制各站点内的电气设备运行状态。第三级:中央控制计算机监测、修改PLC控制参数、上位机点动控制,实现实时监控。手动控制及自动控制可以分别通过机房或中央控制室的“手自动转换开关”进行切换。这样的控制方式能最大限度地保证污水处理装置安全操作的需要。
1.3 PLC测控模式 本污水处理控制系统检测信号开关量多,模拟量少,以逻辑控制为主,闭环控制为辅。整套污水处理流程有多种监控点,包括液位、压力、流量、PH值、泵运行状态等等。PLC由电源、处理器、扩展接口、输入输出模块和通讯模块组成,各模拟量参数通过相应的变送器输出4~20mA的标准信号,通过屏蔽电缆接至PLC的AI模块。各模拟量输出控制信号是以4~20mA的标准信号,从PLC的AO模块通过屏蔽电缆接至相应设备。数字输入信号为24V直流电信号,通过电缆接至PLC的DI模块。数字输出控制信号为24V直流电信号,从PLC的DO模块通过电缆接至现场设备。每台现场设备原则上有三个状态输入信号:故障、运行/停止、手动/自动;和一个输出信号:启动信号。为了使现场与PLC完全隔离,PLC所有数字量模块与就地控制箱中间加中间继电器。所有输出信号(包括模拟量和数字量)由PLC内部程序或上位机指令控制。
2 WinCC组态
工控组态软件WinCC是一个集成的人机界面(HMI)系统和监控管理系统,是视窗控制中心(Windows Control Center)的简称。它包括变量管理、结构变量、图形编辑器、报警记录、变量记录、全局脚本、文本库、用户管理等功能,使其具有高性能的过程耦合、快速的画面更新、以及可靠的数据管理功能。在大量的实践中,WINCC已得到了广泛的应用,在此仅重点提出WINCC组态中值得注重的几点。
2.1 主控界面的组态 由于系统设备较多,要将系统流程及设备操作界面分别呈现在多张画面内。画面间的切换使用WinCC内部按钮的鼠标动作来实现,非常简单。一般组态都要有一幅背景画面,其中包括要显示的静态文本、OLE(例如,时钟)、所有的图形切换按钮及推出关机按钮。由于组态人员习惯不同,组态画面会呈现不同风格,但不会影响到画面操作的一致性和美观。值得注意的是报警记录。用画面颜色闪烁来提示操作者有故障发生,可以用C语言脚本在背景画面的底部留下一条类似Windows状态栏的报警栏,当出现故障报警的时候在报警栏显示最近一条报警记录,操作人员可以利用按钮切换到主报警记录画面了解故障的完全信息。
2.2 语音报警的组态 在工业现场安全是极其重要的,利用工控机的声卡和音箱在有故障发生的时候产生声音报警。以往利用C语言脚本制作声音报警编程比较繁琐。在WINCC V6.0版本中可以用Horn组态实现声音报警,不用编程。打开Horn,在Message?assignment选项页选定Message Class为Error,定义一个Bool型的Tag;在Signal Assingment选项页选定Tag为刚才定义的Bool型的Tag,在Sound中选择要播放的.wav声音文件。运行时,只要Error类别的报警触发,则Bool型的Tag置位,.wav声音循环播放;在报警控件中确认报警,可以将Bool型的Tag复位,.wav声音中止。要注意的是Horn是基本过程控制(BPC)的组件,标准安装是不会安装的。安装WinCC时选择“自定义安装”,组件栏中选择“Basic?Process Control”安装即可。
2.3 WINCC与S7通讯问题 本设计PLC选用CP315-2EH13
-0AB0,(1MPI/DP,1PN)其与WINCC间通讯采用PROFINET 通讯方式。PROFINET是一种用于工业自动化领域的创新、开放式以太网标准。使用PROFINET,設备可以从现场级连接到管理级。通过PROFINET,分布式现场设备(如现场IO 设备,例如信号模板)可直接连接到工业以太网,与PLC 等设备通讯,并且可以达到与现场总线相同或更优越的响应时间。这里需要注意的有四点:①在S7硬件组态中要新建一个子网Ethernet,其IP地址信息为默认值192.168.0.1;②在SET PC/PG Inteface窗口中设置TCP/IN->本地网卡;③给本机设置IP 地址192.168.0.*,注意*不能是1;④在WINCC组态软件中,TCP/IP连接PLC的属性IP地址为192.168.0.1。
WinCC采用了当今流行的面向对象的技术,很类似流行的Visual Basic语言。对象的属性可以进行设定或编程以实现对该对象的动画及事件的触发,内嵌的MS C语言减少了开发者的学习时间,并增加了其灵活性。WinCC也能和其他主要厂商的PLC进行通讯,如:AB、GE、Omron等。如果与西门子的PLC系列及STEP 7软件合用,将大幅降低工程时间,因为STEP 7中定义的变量可以在WinCC中直接使用。
3 结束语
结合实例,本文简要总结了西门子PLC和WINCC工业组态软件在污水自控系统中的应用。伴随着我国污水处理工作的愈加细致和更高要求,对于污水处理工艺的自控系统的要求会越来越高。在今后的自控领域,我们期待更多更好的国内品牌走进污水处理领域,为我国的污水治理工作做出更多的贡献。
参考文献:
[1]刘栓,王太通.PLC控制系统在污水处理过程中的应用.矿山机械2003.
[2]SIEMENS AG.Wincc v6 The Configuration Manual and the Communication Manual.[P].Germany:Siemens 2000.
[3]SIEMENSAG.SIMATIC PROFINET IO 入门指南集.[P].Germany:Siemens 2006.