摘要：本文詳細敘述了日本歐姆龍公司的CS1系列PLC在吉林省松原市江南污水處理廠的應(yīng)用
前 言
松原市江南污水處理廠是國家松花江環(huán)境保護目的的重點工程，該項目由日本政府貸款、設(shè)計日處理污水能力10萬噸。該項目在2006年建成并投入運行。
該廠污水處理方案是使用SBR污水處理技術(shù)，相對來說該工藝對主要設(shè)備自動控制的要求較高，所以本自動控制系統(tǒng)使用了日本歐姆龍公司生產(chǎn)的CS1D PLC，（CPU熱后備的可編程控制器）并選用了該系列及世界同類產(chǎn)品控制層網(wǎng)絡(luò)通訊最可靠的通訊方案Controller Link光纖環(huán)網(wǎng)構(gòu)建了該廠污水處理方案的自動控制系統(tǒng)。
一：自控系統(tǒng)構(gòu)成
如圖（一）所示：松原市污水處理廠污水自動控制系統(tǒng)由中央控制室監(jiān)控及各分站、子站監(jiān)控組成的兩級監(jiān)控部分和現(xiàn)場控制站（PLC1～PLC3）、控制子站（PLC4～PLC9）組成，控制子站的現(xiàn)場操作設(shè)備為10.4″觸摸屏。
本系統(tǒng)集自動控制、數(shù)據(jù)采集功能為一體，較好地完成了整個污水處理過程的自動控制、工藝流程動態(tài)顯示、設(shè)備運行狀態(tài)的實時監(jiān)測、記錄和故障報警。
中央控制室配置的四個操作站（二級監(jiān)控部分）、各分站、子站操作站（一級監(jiān)控部分）、各現(xiàn)場控制站通過安裝在操作站和控制站內(nèi)的Controller Link通訊單元與工廠Controller Link冗余光纖環(huán)網(wǎng)建立可靠的工業(yè)局域網(wǎng)絡(luò)通訊。
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除Controller Link通訊方案外系統(tǒng)還建立了：
1：遠程中途提升泵站和中控室的無線通訊方案，在中控室即可實現(xiàn)6km外的中途提升泵站的生產(chǎn)監(jiān)控。
2：鼓風(fēng)機站PLC主站和鼓風(fēng)機監(jiān)控分站PLC的date link 數(shù)據(jù)映射用于建立PLC之間的數(shù)據(jù)通訊。
3：鼓風(fēng)機站PLC主站和第三方設(shè)備CAN總線數(shù)據(jù)采集服務(wù)器的協(xié)議宏通訊（建立Modbus協(xié)議的通訊序列），實現(xiàn)中控室對變配電間高壓控制保護設(shè)備及工廠變電運行的運行監(jiān)控。
三：系統(tǒng)重要的監(jiān)控運行目標(biāo)的實現(xiàn)
SBR工藝是污水處理的新技術(shù)。近年來自動控制技術(shù)、在線分析儀表的快速發(fā)展為污水生物曝氣處理的自動化提供了可靠的基礎(chǔ)。本系統(tǒng)采用以PLC為核心的工藝過程自動監(jiān)控系統(tǒng),通過控制鼓風(fēng)機、水泵、電動閥等設(shè)備對反應(yīng)段時間、曝氣時間、曝氣強度等工藝參數(shù)進行控制，使水質(zhì)達到國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。
SBR污水處理自動控制過程特點是變量多 (如液位，水質(zhì)成份，溫度、壓力、流量)、任務(wù)多 (如污水輸送、風(fēng)量控制、反沖水量控制、水泵的啟停等)、設(shè)備多 (如格柵機、水泵、鼓風(fēng)機、閥門、污泥處理設(shè)備等)，而且是具有隨機性、時變性和耦合性的復(fù)雜控制系統(tǒng)，本問僅對其主要監(jiān)控任務(wù)作出簡要敘述：
1：運用歐姆龍公司CS1 PLC軟件的堆棧技術(shù)使粗格柵站和其他類似控制要求的14臺潛水泵的控制達到國內(nèi)外先進水平：既用自動控制去實現(xiàn)操作員根據(jù)操作規(guī)程要求作手動操作時的正確操作，其自動控制過程和操作員在現(xiàn)場操作時無誤操作的過程一致并且及時，實現(xiàn)了根據(jù)對液位、設(shè)備狀況、設(shè)備運行記錄等因素進行綜合分析之后的智能自動判斷并以此作出的隨動的自動控制決策。
控制效果大體可描述為：根據(jù)液位的高低決定啟動泵的數(shù)量，增加啟動泵的數(shù)量時要做到哪臺無故障的泵休息的時間長就自動啟動哪臺泵，需要減少啟動泵的數(shù)量時要做到哪臺泵運行的時間長就自動停哪臺泵，當(dāng)運行的泵出現(xiàn)故障時將停止該泵的運行，其他無故障的泵將根據(jù)前述原則自動補足缺少的運行泵數(shù)量，當(dāng)因故障原因停止的泵恢復(fù)正常時將自動進入準(zhǔn)備啟動隊列。
該潛水泵控制方案在松原污水處理的各個環(huán)節(jié)得到了廣泛的使用使該監(jiān)控環(huán)節(jié)完全達到了可以取消現(xiàn)場一級監(jiān)控的運行效果，極大的提高了設(shè)備運行質(zhì)量，保證了設(shè)備的連續(xù)長周期正常運行，提高了設(shè)備使用壽命，解決了工廠操作人員不足的問題。
2：SBR工藝的聯(lián)鎖和溶解氧濃度的反饋控制
控制方案主要依據(jù)生產(chǎn)工藝提供的控制要求；SBR工藝的控制大體可以分為三個方面的內(nèi)容：一是生物濃度控制，即根據(jù)在線測得的水質(zhì)參數(shù)與設(shè)定參數(shù)形成的閉環(huán)控制；二是反應(yīng)時間控制，即根據(jù)SBR工藝的各個階段所需要的時間進行的自動控制；三是流量程序控制，即根據(jù)污水流量的變化來調(diào)整各個階段所需時間的自動控制。
生物濃度控制的基本原則是動態(tài)的控制SBR工藝的反應(yīng)時間，使其中的有機物濃度（COD）達到允許的排放標(biāo)準(zhǔn)后就立即停止曝氣。目前，受檢測技術(shù)的影響，在線測定有機物濃度（COD）的實時性效果較差，基本不能實現(xiàn)反饋控制的實時性要求。
但是，在一定的SBR工藝條件下，反應(yīng)池中的COD濃度與SBR池中的溶解氧變化速率有著直接的關(guān)系。因此可以通過測定溶解氧的變化來監(jiān)測有機物濃度的變化，實現(xiàn)反應(yīng)過程的反饋自動控制。
SBR池溶解氧濃度的反饋控制控制方案是在SBR工藝的暴氣過程中，將溶解氧傳感器檢測到的SBR池溶解氧濃度信號和工藝工程師制定的暴氣階段SBR池溶解氧濃度的給定值作實時動態(tài)比較，然后按比例、積分、微分（PID）的控制方案去控制空氣電動調(diào)節(jié)閥的開度既控制由鼓風(fēng)機給出的空氣流量，閉環(huán)的PID控制方案較好的保證了暴氣階段SBR池溶解氧濃度的要求，提高了工廠污水處理的能力和處理質(zhì)量。
與時間相關(guān)的控制程序是根據(jù)對SBR反應(yīng)池的五個運行階段所需要的時間進行的自動控制。如SBR反應(yīng)池的進水時間、攪拌時間、曝氣時間、 靜沉?xí)r間、潷水時間及等待時間都可由操作員在上位機給定。SBR反應(yīng)池的各段工藝過程的執(zhí)行時間均嚴(yán)格按規(guī)定的時間順序進行，通過電氣操作臺上的手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)可以改變主要電器設(shè)備的操作狀態(tài)。
該廠污水處理過程大體可分為四套SBR的輪流進水（含攪拌）、暴氣、靜沉、潷水等幾個過程，每套SBR工藝設(shè)備主要由鼓風(fēng)機、攪拌器、電動調(diào)節(jié)閥、潷水器等主要設(shè)備組成，其中潷水器為電動機械受控設(shè)備，受多種原因影響其控制的可靠性顯得重要，而生物凈化過程中
3：本系統(tǒng)還實現(xiàn)了中控室對工廠變配電設(shè)備的遠程集中監(jiān)控
本系統(tǒng)通過使用毆姆龍公司的串行通訊單元，利用協(xié)議宏的組態(tài)編程方法實現(xiàn)了實現(xiàn)了中控室計算機操作站通過Controller Link光纖環(huán)網(wǎng)對安裝在工廠變電間的CAN總線數(shù)據(jù)采集服務(wù)器的遠程通訊，實現(xiàn)了重要的工廠變配電數(shù)據(jù)（高壓控制保護器數(shù)據(jù)）的采集，其中包括模擬量（包括三相電流、電壓、各功率參數(shù)、工廠用電累計量等）、開關(guān)量（包括各種開關(guān)狀態(tài)、設(shè)備運行狀態(tài)、故障狀態(tài)）共計400點并在中心控制室操作站上通過操作畫面進行實時顯示、記錄、報警，其記錄報表可用于故障的事后分析，為工廠供電環(huán)節(jié)的安全管理提供了可靠保證。
四：現(xiàn)場控制站概述
現(xiàn)場控制站PLC是直接控制和監(jiān)測生產(chǎn)過程的單元，本系統(tǒng)廠區(qū)共有9個現(xiàn)場控制站，每個站設(shè)一臺可編程邏輯控制器，通過工業(yè)控制網(wǎng)（Controller Link）傳輸數(shù)據(jù)，每個現(xiàn)場站的監(jiān)測和控制可以在現(xiàn)場站進行，也可以在中央控制室進行。
現(xiàn)場控制站主要包括以下設(shè)備：
1：可編程序邏輯控制器（PLC）
2：可編程終端PT（觸摸屏）
3：現(xiàn)場計算機操作站
4.1提供的PLC設(shè)備有如下特點：
是日本OMRON公司的最新一代可編程序控制器-CS1系列
PLC設(shè)備采用雙機冗余熱備CPU
輸入輸出模塊均具備光電隔離性能
支持所有模塊的熱插拔
PLC產(chǎn)品還具有中文資料豐富、備品備件方便，技術(shù)服務(wù)及時、國內(nèi)有維修站等特點
4.2 CS1D（雙CPU CS1D-CPU65H） PLC主要技術(shù)指標(biāo)：
CPU技術(shù)指標(biāo)：
1、CS1D 系列CPU指標(biāo)：（CS1D-CPU65H）
˙高速RISC的CPU（32位）
˙平均無故障運行時間(MTBF)：271,000 小時
˙雙CPU硬件熱備（2 CPU同時參與計算機與數(shù)據(jù)保存，1個CPU控制，故障時平滑切換）
˙兩個CPU安裝在一個底板上
˙支持所有模塊的熱插拔
˙雙電源供電（包括擴展機架），50/60Hz，170～264VAC
˙內(nèi)存容量： 程序存儲區(qū)： 600K步（約600KB）＋數(shù)據(jù)存儲區(qū)：128K字（256KB）˙最大IO物理槽位所占的硬點數(shù)： 5120點，不包括內(nèi)部繼電器位，可直接用于輸入輸出，每個槽位都是通用的。
˙CPU最大IO通道數(shù)（含內(nèi)部點）： 8000通道，折合點數(shù)為128,000點。
˙電源電壓范圍：85～132VAC或170～264VAC
˙基本指令處理速度：≤0.02?s
˙特殊指令處理速度：≤0.12?s
˙支持以任務(wù)為單位，可將程序進行組合后完成編程。
˙用戶程序、I/O內(nèi)存或系統(tǒng)參數(shù)能夠以文件形式存放于數(shù)據(jù)存儲卡或CPU內(nèi)存中，F(xiàn)lash Memory卡最大容量可達256MB
˙CPU帶RS-232C(可達115.2Kbps)端口，如配置串行通信單元SCU21，每套PLC上最多能提供34個（RS232/422/485）通信口，通信速率可達38.4KBPS，用于連接現(xiàn)場儀表、外圍通信設(shè)備和觸摸屏（PT）
˙對于每個串行通信口，具備自定義協(xié)議的通訊功能，能與非本公司產(chǎn)品進行數(shù)據(jù)交換，便于和第三方各種智能設(shè)備、現(xiàn)場智能儀表相連。
˙支持E_mail功能，能以事件觸發(fā)、定時觸發(fā)及故障觸發(fā)方式由PLC向上位機發(fā)送電子郵件
具有電源出錯履歷、電源中斷時間壓棧、電源中斷計數(shù)等電源維護功能
˙支持以太網(wǎng)、控制網(wǎng)、設(shè)備總線網(wǎng)，并支持多網(wǎng)配置。
˙中斷功能：定時中斷，掉電中斷，I/O中斷，外部中斷
編程軟件采用最新的Windows版，采用結(jié)構(gòu)化、多任務(wù)、梯形圖、語句表編程方式，具有良好的在線編輯和在線幫助功能
五:結(jié)束語:
該廠自投產(chǎn)以來，以O(shè)MRON公司的CS1系列PLC為核心的自動控制系統(tǒng)能夠長周期可靠運行，未發(fā)生過任何故障，特別應(yīng)提到的是Controller Link光纖環(huán)網(wǎng)的運行故障記錄等于零，從未出現(xiàn)過如通訊超時，通訊報警等在一般工控局域網(wǎng)絡(luò)上常見的故障提示。
PLC系統(tǒng)的可靠運行保證了如本文所述的控制方案順利實現(xiàn)，為污水處理廠的高效運行奠定了良好的基礎(chǔ)。
（轉(zhuǎn)載）
