西門子PLC在污水廠自動控制系統中的應用

摘要：PLC自動控制系統在整個污水處理廠自動控制系統中是非常重要的組成部分。本文以光大水務（濟南）有限公司一廠為例，介紹了西門子PLC的硬件配置，以及實現進水泵房恒液位控制的PLC自動控制程序。

關鍵詞：西門子PLC 自動控制 硬件配置 進水泵房

Abstract：The PLC automatic control system is an important part of WWTP’s（Waste Water Treatment Plan） control system. Take the NO. 1 plant of Jinan EB（Ever Bright） Water Affairs Company as an example， this essay introduced the SIEMENS PLC hardware configuration ， and the PLC automatic control program which achieve the constant level control of the inlet pump.

一、概述

隨著工業化的不斷提高， PLC作為企業自動化控制的中心樞紐，在設備自動化方面已經成為不可或缺的組成部分，它具有通用性好，可靠性高，安裝靈活，擴展方便，性價比高等一系列優點，而且其總線與網絡能力越來越強，可方便地與上位機組成控制系統；另一方面，污水處理過程的共同特點就是開關量多，模擬量少，以邏輯順序控制為主，閉環回路控制為輔，因此PLC在污水處理行業得到了廣泛應用。本文以光大水務濟南有限公司一廠為例，來說明西門子PLC控制系統在污水處理廠的應用。

光大水務（濟南）有限公司一廠經過2008年升級改造，污水處理能力達到30萬噸/日，出水達到國家一級A排放標準，一廠共設五座現場PLC控制站，每個分控站均采用SIEMENS的S7-400系列的PLC，分別為PLC1、PLC2、PLC3、PLC4、PLC5。各現場控制站PLC的功能是：對上在中控室上位機的協調下運行，并傳送數據至上位機，對下承擔本區域的數據采集和自動控制功能，并通過現場總線PROFIBUB DP與本站內成套設備廠家自帶的PLC進行通迅和數據交換，即使上位機發生故障，各PLC也能獨立運行。

二、PLC控制系統硬件配置

所謂系統的配置，就是根據被控工業對象的要求，確定控制器的型號、控制器應具有的控制功能、相應數量的I/0卡數，以及維持系統正常運行所需的一些特殊模塊，附件等，組成一個完整的硬件系統。其硬件主要包括：中央處理單元（CPU）、通訊模板、輸入/輸出模板、功能模板、電源等。

一廠PLC控制器采用的是SIEMENS S7-400系列的412-2 CPU，通過S7-400系列的以太網卡CP443-1與光纖交換機通迅，進而組成以太網光纖環網，完成CPU與中控室上位機及本PLC的觸摸屏的數據交換。

CPU通過PROFIBUS-DP電纜與掛在PROFIBUS-DP網上的各I/O從站及其他品牌系列的CPU從站（為輔助系統設備廠家自帶）進行通迅，來完成I/O模塊與CPU之間的數據交換，CPU本身也做為PROFIBUS-DP網上的主站。I/O從站又由從站電源PS307、ETM200接口模塊IM153-1 、標準I/O模塊及可插拔底板組成。I/O模塊采用的是S7-300系列的模塊，包括SM321（32點開關量輸入）模塊、SM322（16點開關量輸出）模塊、SM331（8點模擬量輸入）模塊、SM332（8點模擬量輸出）模塊等四種。除SM322（16點開關量輸出）模塊是通過繼電器隔離外，其他模塊均是直接通過柜內統一排放的接線端子與現場儀表及設備連接。

1PLC1站硬件配置及控制范圍

控制范圍為：1#粗格柵和進水泵房、2#新建粗格柵和進水泵房、1#細格柵和沉沙池、2#細格柵和沉沙池、新建厭氧池、中間提升泵房、污泥回流泵房、紫外消毒渠、MCC1、MCC2。

2PLC2站硬件配置及控制范圍

該PLC2控制站由纖維濾池廠家提供，自成一套獨立控制系統，可以將需要的監控信號上傳至中控室，控制范圍為：高效纖維濾站。

3PLC3站硬件配置及控制范圍

控制范圍為：高密度沉淀池、加氯間、加藥間。

4PLC4站硬件配置及控制范圍

控制范圍為：分配池、1#生物池、2#生物池、鼓風機房、二沉池、污泥脫水機房、MCC3。

5PLC5站硬件配置

控制范圍為：前濃縮單元、污泥消化與加熱單元、脫硫單元、后濃縮單元、熱交換單元、MCC4、MCC5。

三、進水泵房PLC自動控制

2008年光大水務（濟南）有限公司進行了一級A升級改造，升級改造后1#進水泵房仍裝有10臺進水泵，但將其中2臺進水泵改為變頻運行。考慮到增加了變頻泵的控制，同時控制液位仍然只有50厘米，而濟南市由于管網改造等原因，對污水廠進水泵房液位高度提出了更高的要求，所以，重新編寫了泵房控制程序。新的控制系統仍然是4種控制方式：現場手動、MCC保護控制、PLC控制、VDU控制。其中現場手動、MCC保護控制與原系統完全一致，VDU控制基本一致，但因為增加了變頻進水泵的頻率調節控制，PLC控制方式發生了重大改變，其控制方式為：

1、設定水位控制點L0：L0點是水位控制目標（該水位上位機可調），當水位高于該點時，變頻泵頻率每T秒（該時間上位機可調）減少5赫茲，直到最低頻率；當水位低于該點時，變頻泵頻率每T秒增加5赫茲，直到最高頻率。

2、設定高液位H1：當水位高于該點時，系統將每10秒啟動一臺非變頻進水泵，一直到液位低于H1為止。

3、設定低液位L1：當水位低于該點時，變頻泵頻率每10秒關閉一臺非變頻進水泵，一直到液位高于L1為止。

4、設定高液位H2：當水位高于該點時，系統將每5秒啟動兩臺非變頻進水泵，一直到液位低于H2為止。

5、設定低液位L2：當水位低于該點時，變頻泵頻率每5秒關閉兩臺非變頻進水泵，一直到液位高于L2為止。

在上位機監控界面上，設置了L0點、H1點、L1點、H2點、L2點、間隔時間T等參數設置界面，以便運行人員根據實際運行情況調整參數，達到運行最佳狀態。

改造后進水泵房自動控制系統已經穩定運行3年多，未出現控制不穩定或者液位過高造成管網溢水等事故，并且通過充分利用變頻調節，實現了節約能源、降低能耗的作用，缺點是需要至少保證一臺變頻泵完好運行，否則無法實現恒液位控制。

四、結束語

基于PLC的自動控制在整個污水處理廠自動控制系統中是非常重要的組成部分。PLC是專門為在工業環境下應用而設計的一種專用微機，它的高可靠性和較強適應惡劣工業環境的能力保證了控制系統的高可靠性。由于PLC模塊化的功能，軟件又采用統一的結構，若加大處理規模，只需增加相應的功能模塊，增加適當的軟件功能就可在較小的投入下很方便地實現規模擴展，這大大提高了污水處理廠的自動化水平， 降低了勞動強度，對能源和設備的利用更加合理，并實現了節約能源、降低能耗，為促進城市與社會可持續發展發揮著極其重要的作用。

參考文獻

[1]SIMATIC 可編程控制器S7-400模塊規格參考手冊， 2005 年9 月版 ，Siemens Corporation