6ES7214-1AD23-0XB8产品信息

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 （2）控制级 控制级是实现系统功能的关键，也是管理级与现场级之间的枢纽层。 其主要功能是接受管理层设置的参数或命令，对污水处理生产过程进行控制，同时将现场状态输送到管理层。控制器是整个系统的核心，所以在控制级中，主要采用三套Siemens公司S7_300(CPU315_2PN/DP)型PLC组成,采用光纤和交换机构建成数据交换网络, CPU315_2PN/DP配有集成的PROFINET接口,通过该接口连接I/O现场设备,STEP7包含有所需的驱动,也可以延伸到低端PROFIBUS上的设备,而*重新连接编程器.现场设备也能够使用额外集成的PROFIBUS接口进行连接,而且,PROFINET接口可以用于单元级的通讯.PRIFINET CPU 能够使用STEP7在工业以太网上通过编程器/PC进行编程.

（3）现场级 现场级是实现系统功能的基础。现场级主要由一次仪表（如液位计、DO 传感器等）、控制设备等组成。其功能主要是对系统设备的状态、传感器参数进行监测，并把监测到的数据上传；接受控制级的指令对执行机构进行控制。由于控制设备比较分散，在传统的工厂内，输入／输出设备连接到一个集中的机架，在设备改变和系统扩展时，导致接线工作量大，成本高，柔性度低。通过开放的、标准化的现场总线PROFIBUS系统来连接现场控制部件(一些控制设备可能是第三方厂商提供)，是解决这些问题的较佳方案。分布式配置意味着可编程序控制 、I/O模块和现场设备通过PROFIBUS_DP现场总线的信号电缆连接。将输入/输出模块转换成就地监测器和执行器，可就地转换和处理过程信号。从而保证了控制级与现场级控制设备的独立和兼容 ，同时解决了与第三方设备(撇水器、脱水机等)通讯问题,本系统的第三方设备均使用了SIEMENS公司性价比较高的S7_200小型PLC,通过其附加通讯模块EM277可与PROFIBUS现场总线相连接,从而方便了运行过程中的系统维护和修理。 污水处理过程中，需要实时地在线监测各种水质参数以保证准确的工艺运行参数和及时显示处理结果。

在本系统中传感器数量大、种类多，包括pH、SS（固体悬浮 物)、DO（溶解氧）、COD、液位传感器以及电磁流量计、压力计等。 传感器全部采用德国Endress+Hauser公司的产品，这些传感器都带有PROFIBUS_DP接口，利用这些智能接口，这些仪表能与自动化过程控制系统集成，这样获得的所有过程参数可以集中显示， 同时作为工艺的控制参数。


3.2 工艺控制规律

软件编程的主要依据为生产工艺提供的控制规律。同一种处理工艺可能会有不同的控制策略，根据目前的研究状况，SBR工艺的控制可以分为三种：

**种是生物浓度法。是指根据在线测得的水质参数与设定参数形成闭环控制；

*二种是反应时间控制。对于时间控制规律而言， 它是根据对SBR反应的五个阶段所需要的时间进行自动控制的。

*三种是流量程序控制。是根据污水流量的变化来调整各个阶段所需时间进行自动控制。

后两种控制方法都不是根据废水的水质变化来改变某些运行参数进行自适应控制的。 生物浓度控制的基本思想是动态的控制SBR的反应时间,使其中的有机物浓度（用COD或BOD表示）达到允许的排放标准，就停止曝气。在线测定有机物浓度的BOD或COD传感器比较贵 ，一般都在几十万元，目前还没有应用报道，而且实时性比较差，反应时间慢。时间控制程序是根据对SBR反应池的五个运行阶段所需要的时间进行自动控制。该方法不是根据污水的水质变化来改变某些运行参数进行自适应控制。对于进水时间、曝气时间、 沉淀时间、排水时间及闲置时间均可由上位机设定。SBR反应池的各段工艺过程及其执行时间均严格按时序进行，每个反应池的任何设备均可通过电气柜上的手动/自动转换开关改变其状态，但均不能改变PLC所设定的工作时序，并且一旦切入自动状态后便进入PLC所设定的时序。在自动状态下，操作人员在中心控制室可以通过人机界面实现远程遥控操作。现场设备的工作状态均送往上位机显示。


3.3 控制程序特点 根据以上情况，对应设计了多种控制模式，可根据实际情况由上位机选择运行。

(1)生物浓度法控制程序 生物浓度法采用反馈控制，利用在线测得的进水水质参数作为输入，按照预先确定好的控制模型进行运算，然后用计算的作为输出控制现场的设备，动态控制反应时间，以达到控制反应的目的。

(2)时间控制程序
①本控制系统严格按照时序、按顺序工作。
②允许在工作过程中任意进行遥控、自控切换且不影响工作时序。

(3)分组工作程序 由于该污水处理厂来水水量不均衡,造成生物处理池的负荷无法平衡,同时吨能量消耗大,运行较不经济。故我们采用了分组运行的办法,每两个生物处理池为一组，既可以两组同时运行，又可以一组投运自动运行，另一组备用手动控制的方式。一方面解决了生物处理池的负荷问题，另一方面也解决了处理池相关设备的检修问题。


4 上位机组态软件

对SA（数据采集与监控系统）系统要求：通过工业以太网PROFINET，具有与多台下位机系统通讯的能力，实时监控多台下位机的工作状态 ，显示生产过程中的工作曲线；具有远程控制能力；向下位机采集数据，对历史数据进行存储、查询、显示、打印等。因此，在一个自动监控系统中，运行的监控组态软件是系统的数据收集处理中心、远程监视中心和数据转发中心，与各种控制、检测设备（如PLC、智能仪表等）共同构成能快速响应的控制中心。 本系统选用了Siemens公司WinCC(bbbbbbs Control Center)6.0组态软件。WinCC具有控制自动化过程的强大功能，是基于个人计算机，同时具有较高性价比的SA级操作监视系统 。

在两台服务器上安装服务器版和冗余软件包，工作站上安装运行版。 监控系统的功能及特点：

（1） 界面显示 具有全中文显示，界面友好，操作方便。操作画面采用主菜单的形式，在每幅画面下通过按钮进行切换。在中心控制室能对全系统被控设备进行实时控制， 如启停设备，在线设置PLC中程序的某些工艺参数等。 机械处理监控界面（2）实时画面显示功能 用图形实时地显示各现场被控设备的运行工况，以及现场的状态参数。用模拟仪表、趋势图、曲线、柱状图动态显示参数的实时变化情况。根据阀门开闭及水泵的启停状态，生产管理人员能够快速、清晰地了解整个系统的生产运行情况。

（3）数据管理 数据库存储生产过程数据，供统计分析使用。工作人员可以定期把历史数据库备份到其它存储介质，以便于历史数据的查询。利用数据库中的数据进行比较和分析 ，得出一些有用的经验参数，有利于优化SBR工艺的闭环控制。

（4）报警功能 当参数**过设定范围或设备发生故障时，可根据组态发出不同等级的声光报警。在每幅画面的较下方都有一个报警框，显示较近发生的报警事件。所有报警信息都可显示在报警综合监视画面，所有的报警信息均被记录在报警数据库中，通过此画面可以查看当前系统的所有报警信息，也可查看长达几个月的报警历史数据，便于以后的事故分析使用。

（5）报表打印功能 可以实现报表和图形打印以及各种事件和报警实时打印。打印方式分为定时打印和事件实时触发打印。

（6）通讯功能 WinCC是基于标准的bbbbbbs平台开发的SA系统软件，充分考虑了与其它系统交换信息的必要性，支持如DDE，OLE，ODBC，OPC和SQL等标准。可以提供多种方式与上层系统数据交换。

（7）冗余功能 两台装有WinCC组态软件的服务器互为冗余，确保数据完整，提高了系统的可靠性。


5 结束语

在污水处理控制系统中采用工业以太网(PROFINET)改变了传统的现场总线及全模拟量传输的数据交换方式，在现场总线级实现了Ethernet数字传输，达到了提高信息传送距离、传送数据量和传送精度的目的，增强了现场控制灵活性，降低了数据交换网络初装费和设计施工费用，达到了减少电缆敷设，易于维护和扩展的目的。该控制系统2006年底在中科国益涿州污水处理厂已投入正常运行，实现了污水处理SBR工艺的自动控制，网络数据交换及控制功能十分稳定,污水处理的效率和效果十分理想，同时降低了能耗，得到了用户的认可,从而取得了良好的经济效益和社会效益。

自动化系统控制的应用具有多面性，区别仅仅是需求不同而已。有一种特别的应用是对速度的挑战，比如螺栓紧固。在这里，通过模拟量来传递位置和扭矩的控制信号，并且进行实时的驱动控制。

Stöger 自动化公司, 位于慕尼黑的南部, 专注于螺栓紧固和装配系统的开发。他们较新的产品是用于螺栓紧固的专用设备，这台新式的设备仅仅使用了一台马达进行驱动，并已经在今年的Automatica杂志进行了专门的报道。为了能够更好地对螺栓紧固设备进行可视化的控制，他们越来越多地开始采用Sigmatek的产品。“我们已经和Sigamtek合作了2年的时间。而且已经开始进行了一些联合的开发计划。我们希望在我们的产品中今后采用Sigamtek的产品为标准的控制系统。”公司的董事长兼总经理Lorenz Stöger先生如是说。
做出这样至关重要决定的一原因就是对高速度的需要。因为能够进行高速模拟测量值的采集和对马达的高速控制是评价螺栓紧固机械的良好标准。一般来说，完成每个螺栓操作的时间为0.8到1秒钟。减去定位的时间，那么剩下来的旋紧时间仅有0.5到0.6秒。因此，3个模拟参数：“距离”、“角度”和“扭矩”的测量时间就只有4到5ms了。这3个参数对于整个旋紧的过程来说是非常重要的，当开始旋入的时候需要尽可能地高速，而快达到所需的深度或者/以及达到了预设的旋紧扭矩的时候又需要缓慢地旋转并较终完成整个过程。

高速的总线连接了控制器和伺服驱动器
这样的高速度是通过转换时间仅需14µs的高速A/D转换模块来保，并且通过内部总线传输到伺服驱动器。同时，控制器和伺服驱动器也通过总线和外部的仪器进行连接。
在这里，较短的6 µs访问时间对于较终完成执行的时间来说变得至关重要，否则的话可能会让整个的系统反应时间达到数毫秒。以前的控制系统往往需要近100ms来获取信号，而无法将这个时间缩短到10ms的级别，尤其是当信号在没有预兆的情况下到来时，这就意味着在程序执行的时候可能没有办法处理这些信号。

一台Sigmatek的C-IPC工业控制计算机成为这套系统的处理单元，通过内置的端口和一排I/O模块相连接，这其中包括了一个获取模拟信号的模块。在这套方案中，模拟模块的准确性取决于控制系统的时钟精度。也就是说CPU(C-IPC)发送出系统时钟信号，而所有的I/O模块则在接收到之后进行自动同步。因此这些模块“知道”下一次的CPU脉冲信号会在什么时候到来，以及CPU会在什么时候发送和接收数据。所以在这个系统中的每一个模块都能保证在CPU需要的时间作好准备，并将所有的模拟信号都已经完全转换完毕。从而，所有外围设备发送到控制系统的信号实际延迟时间是零。所有这些发生的事情都是自动地进行处理的，而*在编程的时候去特别地考虑它。
这台作为控制核心的紧凑型工业PC通过DVI接口和带有触摸屏的液晶显示器相连接。同时通过CAN-Bus连接外围的控制阀。同时，PC的固有结构也让它带有了以太网卡和USB接口。在远程控制方面则可以通过Modem和串行通讯口来进行。

一种控制理念
Stöger自动化公司设定了一种新的控制理念，即机械的控制系统硬件除了在显示部分会根据型号不一而有所不同之外，其余部分都一样。这套控制系统的基础结构为16路数字输入输出，用于较小的基础型设备上。而扩展的I/O模块则可以根据需要再进行添加。Stöger公司的技术人员说：“这一点对我们来说很重要，我们现在能够从一家供应商那里得到我们所需要的所有控制系统。这样做的好处在于可以一直使用相同的编程语言。我们能够反用已经编写成熟的程序段，不论是较小的系统还是较庞大的控制单元。”
Helmut Fritz先生，Sigmatek公司德国区经理，解释道：“C-DIAS系列产品线的可升级性仅仅会体现在CPU上。在Sigamtek，没有小、中或者大型系统之间没有性能上的差异，也没有指令集的区别。各套系统之间的不同仅仅在于存储空间和内存的大小不同，接口的数量多少而已。所以在软件的执行方面，各个系统的性能是一致的。”
另外一个**的特点是编程语言。LASAL是一套基于Client-Server技术，且符合IEC 61131-3标准的先进的编程工具。这套软件采用高级语言编程，且具备面向对象的开发环境。由于程序中不*关联硬件地址，所以保证了程序段可以被任意地重复使用。一个典型的例子就是电机驱动的控制：对于控制器来说，马达驱动的种类是无关紧要的。不论是普通的马达还是伺服驱动器，只要它具备一个10V的信号接口就可以了。对于软件来说，只需要关心必须的设定参数就可以了。所以，只要你需要，那么就可以交换和复制整段的马达驱动程序，而不需要去关心它是如何来实现控制结果的。Sigamtek公司看到，也许在不久的将来，越来越多的开发人员将会在大学中接受这种面向对象的编程培训。
Stöger Automation GmbH公司的总经理Lorenz Stöger先生衡量性价比的时候说：“以前我们采用的控制系统比较廉价，但是性能并不好，老系统处理模拟信号的速度非常缓慢。在开展了**次的联合开发计划之后，我便认识到我们可以从Sigmatek获得的产品价格不算高，但是所具备的性能则是可以和哪些较为昂贵的系统相媲美。此外，对我们来说可以设定地址可视化技术也是非常不错的。同时要知道，我们自己也并不是在任何领域都是专业的，Sigmatek是个能够提供优质服务的自动化控制系统合作伙伴。