西门子模块6ES7223-1BL22-0XA8型号大全

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一、前言

由于居民生活习惯的差异，季节的交替使污水处理厂的进水水质和水量昼夜不断变化，很难达到稳态操作。一旦污泥生物活性或沉降性能发生变化，需要很长的时间才能恢复正常。这不但造成了污水处理的效率低下，处理效果的不稳定，还造成了一些处理设施及能耗的浪费，因此污水处理过程迫切需要新技术的应用。

随着城市污水处理厂工艺模型的发展，尤其是活性污泥模型的发展，为污水处理厂工艺优化改造、工艺设计提供了一个很好的平台。利用成熟的活性污泥模型可以对各种污水处理工艺方案进行比较，对现有的运行工艺进行优化，指导污水处理厂的运行，从而能达到预期的排放目标并可以节省曝气量，减少运行能耗费用。

计算机系统和各类分析检测仪表在功能和性上的持续发展，提供了很好的机遇，使这些组件能集成到一个自动化的污水处理设施中。通过使用在线校准模拟程序来动态地优化曝气系统，当污水流过处理设施时，在线校准模拟程序利用实时监测获得的水质数据进行工作。生物池曝气优化控制系统不仅提高了污水厂的处理能力，改善了处理工艺的出水水质，同时也节省了污水厂运行和维护的费用。

二、工程简介

1、工程概述

竹园二污水处理厂选址在长江竹园地区，城市污水处理厂发展备用地内，在原合流一期输水箱涵的南侧、沿塘路的西侧、规划航津路的北侧、黄洞港的东侧，污水厂设计规模为50万m3/d，占地面积约29.66ha，污水处理为二级生物处理。

2、污水处理工艺

竹园二污水处理厂采用改良的A/O脱氮工艺，即从好氧池中后部引出一根出流管，与好氧池末端的出流液汇合后进入折流式沉淀池。池中后部出流的混合液在好氧池内停留时间较短，泥龄较短，没有发生硝化反应，从池末出流的混合液在好氧池中停留时间较长，泥龄较长，达到硝化，实现了NH3-N的部分硝化，二股出流混合后，即能达到NH3-N的排放标准。

由于出水及污泥含有部分硝化后的硝态氮，需设置缺氧池，将硝化的这部分混合液回流至缺氧池进行反硝化脱氮，由于只反硝化经硝化的那部分混合液，降低了反硝化量，缩小了缺氧池池容，实现了部分硝化。这样既可改善污泥的沉淀性能，还能得到一部分氧的补偿，有利于节能。

由于该工艺为一种改良型工艺，故在工程设计时需有一定的灵活性，在厌氧池及缺氧池设计时要考虑切换功能。考虑到现状进水BOD 可能浓度过低及进水中TP的波动，仅通过细胞同化作用可能还不能去除足够的磷致使出水TP无法达标排放，可将混合液回流至缺氧池中后段并减少回流量，将上述缺氧池前后分为厌氧池及部分缺氧池使用。通过内回流系统的切换，将缺氧池分为厌氧池及部分缺氧池，使该改良工艺方便地按常规A2/O脱氮除磷工艺模式运行。为了兼顾不硝化及硝化，该工艺的污泥龄在不硝化部分为4d，硝化部分为10d。本工程综合总泥龄为10.1d，MLSS=3000mg/l，污泥回流比75％，部分反硝化内回流130％～200％。

改良型A/O生物脱氮工艺流程图

三、A/O生物池曝气优化控制系统

1、系统描述

竹园二污水处理厂A/O生物池曝气优化控制系统包括在线仪表和活性污泥模拟系统。在线检测仪表安装在A/O生物池，监测生物池内的曝气状况和水质变化，从而反映出活性污泥性能，主要有DO检测仪、SS检测仪、在线氮(NH3-N)硝态氮(NO3-N)综合分析仪组成。在线活性污泥模拟系统内嵌于置于控制室的A/O生物池曝气量控制工作站，系统通过中控室以太环网获得污水处理厂的污水排放目标值及相关的在线仪表数据后，计算出生物反应池优化控制参数，包括曝气池溶解氧DO控制值、内回流IRQ、外回流、排泥量WAS、曝气池鼓风量等，然后由控制系统通过现场控制站实现这些优化参数的控制。

A/O生物池曝气优化控制系统以污水厂每天进水的水质、水量变量进行在线计算(检测计算周期为15min)，实现对整个生物反应池的水力和活性污泥反应的在线模拟，包括碳氧化、氮硝化，盐反硝化的在线模拟，从而给出优化的污水厂处理运行操作条件。过程控制软件专为污水处理厂设计，应符合污水厂处理工艺，该控制系统应具有应用时间越长，积累数据越多，在线计算越准确，具有自我学习功能，具有工艺运行预警作用和帮助工艺恢复作用，能增加污水厂处理量和节省基建费用。

2、系统功能

A/O生物池曝气优化控制系统软件应用水力和生物模型对硝化、反硝化进行在线模拟，从而给出优化的操作条件。系统主要功能概述如下：

a、模型以水协ASM2D为基础，数据来源为工艺SA数据(包括进水量、温度从、COD等)、化验室分析数据，生物池在线分析仪器，进行活性污泥模型在线模拟，给出生物反应池的优化控制参数。

b、系统给出的优化参数包括生物反应池各个控制区的溶解氧DO控制目标值、内回流IRQ控制目标值、外回流RAS和排泥量WAS的控制目标值等。

c、系统给出的优化参数目标值的频率应达到15min，其中DO给出的控制目标值精度范围在±0.3mg/L，IRQ精度范围在±10％。

d、系统根据进水流量和进水污染物浓度实时计算出的各个好氧控制区的溶解氧浓度分布，能保证适度的碳氧化及氮硝化反应，既能达到排放标准要求，又可降低曝气量。

e、系统计算出的IRQ控制目标值既能满足反硝化脱氮目标，又能充分利用盐中的氧，降低曝气能耗，另外，还可防止沉淀池盐浓度过高，反硝化后氮气逐出，影响沉降效果。

f、系统根据混合液浓度，进出水流量和污泥性质实时优化排泥过程。

g、系统还具有处理工艺预警功能、处理工艺恢复协助功能、数据存储功能等。

h、控制主系统软件安装在中控室内曝气量控制工作站内。

根据该系统给出的优化参数包括生物反应池各个控制区的溶解氧DO控制目标值、内回流IRQ控制目标值、外回流RAS和排泥量WAS的控制目标值，在计算机软件正常运行的过程中，通过控制环境及控制系统的模拟，计算出在鼓风机总管压力恒定不变的条件下，鼓风机合适合理的供气量及A/O生物池内各个曝气干管上电动调节阀的开启度。综合所有控制回路的实际空气流量信号及阀位信号，通过计算，给出一个所需的压力设定，来重新调整鼓风机的操作压力（调节出口导叶），以达到按实际所需供应空气的目的。

3、系统组成

根据竹园二污水处理厂的工艺，土建，机械设备，进出水水质，水量等参数和要求，以水协ASM2D模型为基础，使用GPS－X开发软件，建立其设计工艺的活性污泥模型。这部分工作是模拟论改造设计工艺可行性的基础，也是生物池曝气优化控制系统的基础。

Ø 软件部分，为A/O生物池曝气优化控制系统的运行软件控制部分。该软件以竹园二污水处理厂的污泥活性模型为基础；

Ø 硬件部分，主要是指A/O生物池曝气优化控制系统的控制箱，即生物池曝气优化控制系统软件运行的硬件平台——PLC和工业计算机。

4、系统技术规范

Ø DO设置点动态控制

Ø 内回流动态控制

Ø 控制器PLC规范

Ø 电力规范

Ø 数据显示和用户界面

Ø 模拟输入（可选）

Ø 以太网通信

5、系统与SA系统的接口

C2——在线氮(NH3-N)硝态氮(NO3-N)综合分析仪

AD——在线氮(NH3-N)分析仪

6、 系统的效应

a、降低电耗——系统能降低污水厂曝气系统能耗15％～40％。

b、在污水厂（或少量）扩建的情况下，达到氮、盐或氮的排放标准——通过实时监测及逻辑算法模拟生物反应器，污水厂可在重大扩建的情况下满足日益严格的排放要求。

c、能增加污水厂的处理容量和减少基建费用—— 经系统对生物处理工艺进行优化后，污水厂能关闭一组曝气池或可评估污水厂的处理容量增大，从而降低了污水厂的扩建需求。

d、提高工艺可控性及稳定性—— 在曝气量和水力容量足够的情况下，DO设置点和IRQ能进行动态调整来使出水氮和盐达到排放标准。

e、预警系统和工艺恢复帮助——系统能依据进水负荷来判断污水厂的处理工艺何时会被破坏，从而能让管理人员提早做出相应的安排。

四、结束语

可以看到，A/O生物池曝气优化控制系统的应用将具有良好的节能效果，不仅增加污水厂的经济效益，同时也强化了污水处理厂的自动化管理水平。由于目前绝大多数污水处理厂的设备管理是停留在预防性维修和定性分析的基础上，因此缺乏科学性，故在污水处理厂中运用生物池曝气优化控制系统将成为污水厂设备管理科学性、前瞻性的一次突破，具有广泛的推广和应用。

一、 概述

在电气控制系统中，不同的串口设备往往有自己不同的串口通讯协议，要把这些具有不同通讯协议的串口设备都连接到人机接口上的方法只有一个，即要求人机接口设备有多个可同时支持不同串口通讯协议的串行端口。当人机接口设备为工控机时，这一问题很好解决，可以在工控机中加装多串口卡来实现这一要求，这种方法一般用于大型监控系统。而对于小型电气控制系统，如电梯电气控制系统的人机监控，一般可选择具有多串口通讯功能的人机界面产品，如触摸型人机界面、文本显示器等来实现这一要求。在此，文本介绍一种用POP-D型双串口文本显示器连接一台VIGOR PLC和三台丹佛斯变频器的工程实例。

二、 监控设计方案

下面我们以闽台丰彰VIGOR PLC和三台丹佛斯变频器为例，说明POP-D型文本是如何实现两种不同通讯协议串口设备的连接方法。本方案用于多台电梯设备的状态监控系统，通过POP-D型文本可同时监控电梯控制系统中的多台变频器和PLC 的工作状态，并完成简单的参数设置；通过POP-D型文本的使用，PLC对变频器进行通讯编程，简化了PLC程序的编制工作。由于POP-D型文本可对变频器的参数进行设定和显示，用户也可以节省变频器数据操作面板的成本。

硬件连接方式如下：

POP-D型文本显示器是POP文本显示器系列产品之一。该文本从POP-A标准型文本显示器基础上发展而来，除具有原POP-A型文本显示器的所有基本功能外，POP-D型提高了工作时钟频率，增加了RTC时钟功能，并支持不同通讯协议串口设备的同时连接，进一步增加了文本显示器的使用灵活性。POP-D型文本使用新的工程画面组态软件JUMBO V1.10。

POP-D型文本提供两个九芯D型端口COM1、COM2。其中COM1支持RS232/RS485/RS422物理连接，COM1端口同时也是工程画面文件的PC下载端口；COM2支持RS232/RS485物理连接。两个串行端口的定义如下：

三、 工程画面组态

与其它POP-HMI系列文本显示器不同，POP-D型文本使用新的工程画面组态软件，软件名称为：JUMBO V1.0

1、POP-D型文本与丰彰VIGOR PLC的通讯参数设定

点击JUMBO软件图标，进入工程画面组态软件工作界面并选择“新建工程”项，桌面上弹出如下工作画面：

图二、双串口连接设定画面

选中“双串口连接”项，由于VIGOR PLC连接在COM1端口，点击“串口1_设置”项，进行PLC的通讯参数设定，VIGOR PLC的通讯协议为其协议。

2、POP-D型文本与多台丹佛斯变频器的通讯参数设定

丹佛斯变频器通讯协议为Modbus RTU, POP文本作为Modbus RTU主站，变频器作为Modbus RTU从站，可连接多台变频器。本次方案通过COM2的RS485总线端口连接3台丹佛斯变频器。

在上一个画面中点击“串口2_设置”项，弹出如下用户设备属性子画面：

图三、 多台变频器通讯参数设定画面

从上图可以看出，连接多台串口设备时，要求串口设备的通讯协议支持多台连接，并且设备的通讯参数相同。选择“连接方式”项为“多台设备”，不同设备的地址为不同的站号。另外选择多台串口设备连接时要注意以下事项：

u 为方便用户编辑工程文件，若选择多台设备时，设备属性中的设备站号作为放置不同元件的默认初始站号，但是各元件终的站号选择由各元件属性中的站号确定。若选择单台设备时，则设备属性中的设备站号作为所有元件的站号。

u 注意所放置元件的站号应当与所对应的PLC或其他串口设备的站号一致。否则可能导致通讯失败。

u 元件寄存器地址映射请参考所连设备厂商提供的技术手册。

3、工程画面制作

同普通的单串口文本显示器一样，在完成连接串口设备的设置后，就可以进入工程画面的设计制作了。

与普通的单串口文本显示器不同的是，在工程画面中的每个元件都要选择该元件对应设备的串行端口（通讯口）号，只有这样才能保证该元件能映射到正确串口设备中的数据地址单元。

在本例中，我们设置与PLC相关的元件时，要设定该元件的通讯口号为COM1；设置与变频器相关的元件时，在设定该元件的通讯口号为COM2的同时，还要选择该元件对应变频器的站号地址。

如下图所示的一个数据寄存器显示元件，该元件是连接在通讯口COM2，站号地址为2的变频器的一个数值显示元件

图1 仓泵输送系统示意图
仓泵输送系统在整个除灰控制系统中具有十分重要的意义，主要是通过压缩空气将干灰沿除灰管道输送至灰库或中转仓，其过程主要通过对各个阀门的控制来实现，示意图如图1所示。进料阀由锥阀，连杆和活塞开关等部分组成，当活塞缺的活塞被气压推至上部时，连杆带动摇臂杆使锥阀落下，进料阀开启；反之，当活塞开关的活塞处于下部时，靠活塞开关内的弹簧的压力把锥阀推至上方，并与橡胶圈压紧，此时进料阀处于关闭状态。
仓泵工艺流程图如图2所示，进气阀是由阀上的上下气流压力差与弹簧之间平衡作用维持一定的开度让一定量的压缩空气进去缺体，使缺体内物料气化后，借缸体与管道的压差，将气化的物料送至输送管道。仓泵工作时，按下启动按钮，系统投入运行，排气阀打开，通过时间继电器的延时：延时时间到，进料阀打开，进料此时也是通过一个时间继电器来计量何时料满：料满延时时间到，就关闭放气阀与进料阀。此时生产应转入下一过程，当仓泵压力达到一个给定值时，仓泵就应进行出料的生产过程。此时进气阀与出料阀都打开，出料延时时间继电器开始延时，出料完，及出料延时时间到，关进气阀与出料阀，生产自动切换到进料过程，开放气阀，然后开进料阀，如此循环往复的进行生产。

图 2 仓泵工艺流程图
在仓泵输灰控制过程中有大量连锁及闭锁。如：①在仓泵体仍有余压得情况下就只能开放气阀降压而禁止开进料阀，进料和放气两阀未关闭时则禁止打开进风阀，以防止返灰；②在灰管压力较允许值高时则闭锁打开出料阀和进风阀，以防灰管堵塞或堵塞故障变大；③在空气母管压力较低时闭锁打开进风阀，防止堵管；④在进风阀未关闭时，闭锁大开放气阀和进料阀；⑤当仓泵内的灰料高度已达到预定位置、同侧的另一台仓泵不再出料状态且空气母管压力已达到规定值时，连锁打开出料计进风阀进行出料；当空气母管压力降到规定值后，连锁关闭进风、出料阀，停止出料；另外还者有阀门故障检测系统，当一阀门从全关位置到全开位置或从全开位置到全关位置的动作时间过一定时间值时，则发出声报警信号，提醒运行人员，该阀门已卡，应立即进行处理。
2、方案设计
本系统以PLC为控制主体，并配置组态软件作为监控系统，来实现对除灰系统的数据监视和流程控制。系统网络结构简单，PLC通过工业总线形式从各设备传感器、压力仪表等采集数据，通过软件设计控制程序，对现场开关、阀门等进行监控处理，并可以以多种工作方式进行操作，如就地操作模式、远程操作模式、自动流程控制等，将设备进行集中控制管理，并监视其运行状况，方便进行故障处理。
PLC控制站同监控计算机之间通过以太网进行数据通讯，控制终端均设置在除灰监控，由工作人员进行监控。上位机根据工艺流程设计监控画面，具有数据采集显示、数据存储管理、报警输出、历史数据存储及报表生成等功能，并连接网络打印机，方便生产过程中需要生成各种报表文件。该系统设计了冗余的配置模式，两台上位机通过以太网相连接，正常时主机进行于PLC的通讯，而主机发生异常时由从机与下位控制系统通讯，数据同步备份，保证了数据一致和完整性，使生产稳定的运行。
三、系统配置及功能实现
1、系统配置
硬件：监控配置2台工控机，安装组态王软件并配有除灰监控系统用于工作人员进行监控操作，并配置双机热备模式；同时安装欧姆龙PLC，对现场设备进行数据采集和监控，并通过以太网交换机连接到2台上位机，进行数据通讯。
软件：由组态王设计的除灰系统软件对数据和工艺流程进行管理、控制；PLC 编程软件将控制程序下装到PLC，并对PLC进行网络组态。硬件配置具有扩展性，用于增加设备或与其他系统进行通讯。
2、系统功能实现
根据系统工艺需求，该系统设计了丰富的画面显示，形象动态的显示除灰仓泵、输灰管阀布置图，并采用不同颜色的显示来反映各设备的运行状态。该系统具有模拟、远操、自动、手动等控制功能，可以实现对设备的多种控制方式。上位机监控系统通过棒图、趋势图等显示时间、电流、压力等数据形成有效的数据分析图。该系统具有完善的报警处理，系统出现报警时，自动弹出报警画面、显示报警内容，并对报警进行，以便查询、打印。为了提高系统，故障出现时，可根据故障类型，自动采取相应保护措施，对过流、过载、介质异常等具有保护功能。该系统软硬件配置均具有可扩展性，可以方便的扩展到全厂辅控系统中，实现全厂集中控制。
* 画面显示功能：包括仓泵系统监控画面、灰库监控画面等，如图3、图4 所示，对现场设备进行监控。

图3 1#炉仓泵监控画面
仓泵系统中对其压力、时间、料位等参数进行监控，并可以手动设置工艺参数，对设备进行相应控制，系统共对4个机组的仓泵进行监控，画面中还包括限值报警状态等信息。

图4 灰库监控画面
灰库监控系统中对2个灰库进行监控，灰库系统中的监控设备有管道切换阀、灰库料位计、加热器、搅拌机、散装机以及气化风机。画面中每个管道中有切换阀，其状态清晰的反映了现场阀位信号，并可以由工作人员进行操作。灰库中安装了技术的射频导纳料位传感器，可以准确地将灰位信号传给PLC进而显示在组态画面中，可以使工作人员清楚地分析灰位情况。
* 数据管理功能：该系统对数据进行采集反映在模拟画面中，通过报表工具生成实时报表，并通过组态王历史记录功能进行存储，用于生成历史趋势、历史报表，为工艺数据分析提供了的依据。历史数据画面如图5所示，实时报表画面如图6所示，系统可以方便的对这些数据分析结果进行文件生成，用于输出或进行存储。

图5仓泵历史曲线监控画面

图6 系统报表监控画面
* 系统报警功能：系统具有完善的报警功能，在设备监控画面中用不同的颜色代表状态，模拟量设有限值报警，开关量设置状态转换报警，并专门设置总报警一览画面，如图7所示，显示所有的报警状态以及相关信息。系统配有语音报警，可以进行语音提示，方便的为工作人员了报警信息，即使对事故进行相应的处理。报警可以进行存储以备事故追忆提供依据。

图7 系统报警监控画面
* 系统网络功能：系统利用组态王的双机热备功能，将监控两台上位机配置为冗余模式，保证了系统的,历史数据可以进行一致性处理，保证了数据的和完整。网络的可扩展性为全厂辅控系统提供了通讯接口，可方便的进行通讯。
四、结语
整个系统具有的PLC对设备进行集中控制，而双机热备的上位机系统为软件提供了，该系统具有完善的组态功能，提高了该电厂除灰生产自动化水平，保证了机组的正常运行。通过项目长时间运行的情况来看，设备运行正常，维护、检修工作量减少，大大降低了维护检修费用。通过监控系统工作人员能准确了解仓泵的料位及运行状态，对仓泵的操作便有了有效信号依据，提高仓泵等设备的运行效率，降低了设备的损耗及能源的浪费，保证了整个系统按工艺要求正常运行，为电厂正常运转提供了有利的。