苏州西门子PLC代理商电源供应商

苏州西门子PLC代理商电源供应商

1  引言
        我国的污水处理技术起步较晚，污水处理自动化的研究落后于发达国家。对于这样一个污染严重资源受限的发展中人口大国，发展满足排放要求、处理效果好、运行和国产化程度高、且自动化水平较高的污水处理控制系统，对经济的发展具有重大的现实意义，也是对国家节能减排的贡献。
        郓城县位于鲁西南平原地区的部位，目放污水总量已达880万m3/年。大量未经处理的污水直接排入附近水体，导致河流严重污染，城区环境质量明显恶化，对人民群众的身心健康造成很大威胁，为满足国家节能减排的要求，促进郓城县经济和谐发展，郓城县投资兴建了郓城县污水处理厂。
        项目应用工业控制计算机、可编程控制器plc、工业自动化组态软件技术、电力电子控制技术以及网络通信等技术，结合污水处理厂的特性，设计出运行状态和参数能够自动检测和自动控制、具有自动故障应急处理能力并且具有网络通信能力的、高性的污水处理厂智能监控系统。

2  工艺流程介绍
        郓城污水处理厂的进水主要是生活污水和部分工业污水，经检测，主要进水水质指标为codcr≤500mg/l，bod5≤225mg/l，ss≤225mg/l，tn≤45mg/l，nh3-n≤35mg/l，tp≤6mg/l。为了使出水水质符合《城镇污水处理厂污染物排放标准gb18918-2002》一级排放标准的b标准，即codcr≤60mg/l，bod5≤20mg/l，ss≤20mg/l，tn≤20mg/l，nh3-n≤8mg/l，tp≤1mg/l，该厂工艺设计采用倒置a2/o工艺，其总体工艺流程如图1所示。

图1  郓城县污水处理厂总体工艺流程图

        郓城污水处理厂包括污水和污泥处理两个系统。污水处理系统包括进水井、粗格栅间、提升泵房、细格栅间、曝气沉砂池、鼓风机房、生化反应池、二沉池、紫外线柜、出水渠等，污泥处理系统包括有污泥回流泵房、脱水机房等几部分。
        郓城污水处理厂的工艺流程是：污水经污水排放管网进入进水井，由进水井流经粗格栅，滤除大块固体悬浮物后，再由提升泵将污水提升到细格栅，滤除细小的漂浮物和浮渣，再经计量渠流入曝气沉砂池，进行砂水分离，去除水中密度较大的无机颗粒，以保护后续处理设施的正常运行。而后进入生化反应池，进行生化处理。经生化处理后的污水进入二沉池后经紫外线后到出水渠，后排放。二沉池分离的一部分生物活性污泥回流到生化反应池，另一部分剩余污泥流经污泥泵房进入污泥处理系统，剩余污泥进入污泥贮池，后经进泥泵进入脱水机房进行脱水处理，脱水处理后就可进行二次利用。

3  控制系统方案设计
3.1 设计目标
        (1) 建立一个集中管理，分散控制，性能的现场控制、过程监视和计算机管理一体化的系统。
        (2) 实现“现场无人值班，总站少人值班”的目标，减轻操作人员的工作量和劳动强度。
        (3) 完成对整个工艺过程及全部生产设备的自动监测和控制。
        (4) 可显示全厂动态流程图，带有动态参数显示，趋势曲线显示，自动生成各类报表。
        (5) 采集污水厂各工艺过程的工艺参数、电气参数及主要设备的运行状态信息。
        (6) 对现场数据进行分析、处理、储存，对各类工艺参数做出趋势曲线。
        (7) 报警系统将现场设备的各种故障在中控室进行声、光报警，并能将故障分类打印。
3.2 设计思想
        可编程控制器包括西门子公司的 s7-300与s7-200系列与欧姆龙公司的cj1w系列。根据工艺流程和控制要求分别在变电室、分配电室、鼓风机房和脱水机房设立了4个分布站，由这4个控制站完成对各现场设备的控制。通过工业以太网将各控制站、控制室的工程师站相连，形成一个完整的通讯网络，实现监控。整个自动化监控系统构成scada系统，完成数据采集、处理、监视及对现场设备进行控制的功能。
3.3 系统构成
        整个系统由控制室、各分布plc控制站和现场仪表及电控柜构成三级监控网络。系统结构如图2所示。

图2  系统结构图

        (1) 控制级。控制级分为控制室及厂长室远程管理监控计算机。控制室设有工程师站和操作员站。
        工程师站既能完成系统组态、调试及控制参数的在线修改和设置等，又能完成对整个污水处理厂的数据采集、监控，报表及打印等功能；操作员站主要完成对整个污水处理厂的数据采集、监控，报表及打印等功能。厂长室远程管理监控计算机以工业以太网形式与本系统相连，以便于厂长对整个系统进行管理和监控，并针对实际情况准确发出操作命令。
        (2) 分布式控制站。监控系统共设五个分布控制站，plc2站、plc4站和plc5站分别配备一个触摸屏。现场plc完成对各点信号采集及控制，提高了系统的性与可维护性。触摸屏既可以显示仪表数据和设备状态，又能对现场设备进行控制。现场的五个plc站以及触摸屏通过工业以太网与控制室的工程师站连接。
        (3) 现场控制级。各现场控制柜具有两部分功能，一是进行现场的手动操作，二是与各个plc站连接，将各设备状态信号传送到plc的相关采集模块。现场手动操作具有比分布控制站和控制室高的权，只有将状态选择开关打到自动状态，远程控制程序才起作用。所以在进行自动控制调试前，要完成对现场各控制柜的调试，在保证现场设备的前提下才能进行远程控制。

4  组态王6.52在本系统中的应用
4.1 对上位软件的要求
        组态现场工艺流程画面，要求生动、形象；要求采集现场所有模拟量和数字量的信号，并以文字或图形方式显示。被控对象的工作参数包括温度、液位、流量、压力等；在自动方式下，在现场有关条件满足的情况下，可以通过中控室工控机远程控制各个开关；被控对象的各个模拟量参数要求加以范围限制，出范围要求报警；被控对象的各个模拟量参数要有趋势曲线图，便于查看变化过程；模拟量的数据要求归档，以保证操作的性和性；组态报表打印。
4.2 上位监控画面的设计
        程序运行时进入主画面，显示污水处理的整个工艺流程。显示画面显示各个模拟量实时值和开关量的状态。可以实现模拟量的存档、历史曲线以及模拟量的报格。期间用户如果想对画面进行操作，包括控制和改参数，有操作员或管理员的权限。在登录状态下，不同的用户具有不同的权限，可以对给予授权的参数进行修改。如果离开，则退出登录状态，以防止其他无权限人员的误操作。在控制室的工程师站和操作员站都可以对现场设备进行启、停控制，参数采集以及仪表数据显示。
        (1) 主画面设计。主画面显示整个污水处理厂的工艺流程，在此处并不显示各工段的运行状态各个模拟量实时值，只提供通往各分画面的连接，如果想了解某个工序段的现场情况，可以切换到某个分画面。点击“系统管理”将出现下拉菜单“用户登录”、“退出登录”、“用户管理”等，点击所想要实现的功能。主画面还有“报表曲线”“报警窗口”“故障复位”“系统设置”“退出系统”等菜单，点击可进入相应画面进行操作，

1  引言
        石灰是炼钢重要辅助原料之一，炼钢生产需要、活性度高的治金石灰。气烧石灰竖窑是以煤气为主要燃料的一种窑形，石灰的焙烧对温度要求较为严格，入炉煤气流量和热值均要求保持均衡稳定。在钢铁企业里，存在着高炉、焦炉、转炉多种煤气，其成份和热值均有较大的差别，如何及时掌握入炉煤气成份、热值,以便实时调节炉况，对于气烧石灰生产而言就显得为重要。

2  系统设计
        三钢矿山公司1-7#气烧窑均由一总管供应煤气，经加压机加压后，分送至各座气烧窑，其总管所用气源既有高炉煤气，又有转炉煤气，焦炉煤气，煤气成份热值随各种煤气配入量的不同而大幅波动，以往纯靠司炉工观察火色来指导操作，生产调控为困难。为解决煤气成份热值波动无法实时掌握的难题，根据现场具体工艺要求，三钢矿山公司1-7#气烧窑在煤气总管上安装取样探头，采用zd101-64煤气成份在线分析系统，来实时跟踪分析co、ch4、h2的含量，并与1-7#气烧窑plc系统联网通讯，实现检测自动化，入炉热值积算,自动化,系统其有外控运行和自动化运行两种状态,在分析状态下具备了完善上、下限控制、报警及曲线记录功能。
2.1 配置与总体设计
        (1) 分析单元  
        气体分析仪采用德国abbel3000 ，分析精度±1%fs，线性度≤±0.5%fs，零点漂移<0.5%fs/months。
        (2) 免维护取样探头 
        采用南京智达公司自主研制的探头，号zl002 20707.9。
        (3) 取样预处理系统 
        包含复合硫过滤器、报警监视过滤器、抽气泵(knf)/冷凝气、自动排液式气液分离器组。
        (4) 反吹系统 
        包含以下部分：大流量防腐电磁阀组(ckd)、气源净化器组、低声能自清灰装置、自动试漏装置等。
        (5) 控制 
        采用西门子s7-300系统，软件采用step7 v5.3，工控机采用闽台研华，界面软件采用wincc6.0。
        (6) 标准气 (连铝合金钢瓶、气体减压阀)。

       关键技术措施
        (1) 煤气中粉尘含尘量大的防堵措施。回收煤气虽经多方处理，煤气中粉尘含量仍然很大，而且粉尘粒度分布中，密度大而粘，细尘较多，这对于取样分析是十分恶劣和困难的情况。气体的成份分析,预处理是关键。以往取样探头前级过滤器承受恶劣的环境也易堵，这一现象是由于传统的过滤器采用钢性表面微孔过滤原理造成的。钢性表面微孔过滤器只靠表面积过滤，介质间隙很小，分析时大量烟尘阻挡过滤器的表面，易造成堵塞。同时一部分灰尘进入微孔，也有硫化物以气态和雾状进入微孔，在内部结成固体，在反吹时，间隙内的烟尘和结晶物无法，造成堵塞。解决这一问题从过滤原理上来找方法。现场采用的大容量介质过滤器，以保证分析精度，提高过滤效率，不仅靠表面积过滤，还利用本身容积进行过滤，容尘量大，反吹时间隙变大，使清灰率大大增加，长期使用不堵塞。
        (2) 复合能量反吹系统。任何取样系统，经过反吹的步骤，一般情况下，采用的是脉冲气流反吹，单一的脉冲气流反吹达不到很好的清灰效率，反吹不反而会导致余留在过滤器内的灰尘累积而堵塞。本系统采用了脉冲气流压力能、机械振动能和内置在过滤器内的次声能三种能量复合反吹，能有效滤除过滤器死角的灰尘板结现象，滤器的长期使用不需要维护。
        (3) 完善的系统技术。系统采用进口的siemense  plc，具备自动生产反吹故障识别，限报警、与生产过程连锁控制、连锁等控制功能，所有输入输出开关量控制信号和报警信号均为无源点信号。保证系统的运行，并在出现故障后及时帮助操作找出故障点，恢复系统的生产。
        (4) 控制与输出。系统具有全中文图形显示界面，可显示参数列表、曲线、棒状图、历史数据、报表自动生成等，在分析站只要轻轻点击，所有煤气成份数据一目了然，为确保系统运行，系统设置了完善限报警，事故报警，通过设定必要的量，来实时调控各种成份煤气配入管仪表阀，来控制煤气热值，保持相对稳定，以确保石灰竖窑生产的均衡稳定。
系统还通过数据输出接口成功实现了与1#-7#气烧窑plc系统，dcs系统的对接，成功实现数据资源共享，并实现了各plc，dcs操作员站入炉煤气热值自动在线累积，为控制降低吨灰热耗提供了有力的指导。

3  结束语
        本套系统自从投运后，至今一直运行良好，其系统流量一直正常，稳定，取样探头没有堵塞，一次都没有维护，系统分析仪每三个月校对一次，其零点漂移、量程漂移均在0.4%以内，整个系统响应速度相当快，实时分析出来的煤气成份及其历史曲线，有力地指导了生产，为窑炉实时控制与调节提供了有力的依据，自系统投运以来，石灰质量稳步攀升，有力支持了炼钢生产，带来可观的经济效益。

部分 设计技术文件

一、概述

近年来，我国的钢铁冶炼行业发展，烧结矿是炼铁的主原料，而配料这一工艺是影响烧结矿质量的重要环节，各称量设备只有达到一定精度才能保证矿的质量。

传统烧结工艺中主要依靠工作经验进行调节，存在以下几方面的问题：

D不能适时进行调节配比，生产效率较低。

D由于缺少计量设备，人为影响因素较多，物料不能很好控制，浪费现象严重，生产成本大大提高，不合格率较多，造成大量的废品。

D由于物料的粉尘污染较严重，严重影响工人的身体健康。近几年来，工业过程自动化程度越来越高及人们对环保意识的增强，变频技术以其优异的性能，在国内外得以广泛应用。

二、系统的主要功能及特点

1、控制系统的主要功能

A监控功能：对皮带称配料过程的瞬时流量、日累计、月累计、年累计等参数进行检测和监视；

A画面显示：通过计算机显示器可显示配料过程中有关控制参数的运行状况，以及显示实时配料曲线和表格；

A打印管理：可随时打印配料报表，以便保存和查询；

A通讯功能：工控机与PLC和仪表之间进行可进行双向数据及信息交换；

A数据处理：系统可自动对采集的信号进行运算处理，并输出到相应的控制量；

A控制功能：根据操作前相应的设定值，自动控制设备的正常运行，包括PID调节；

A报警功能：上位机以画面方式和声光信号方式对各种参数限或设备状态异常进行报警。

2、系统的主要特点

A在系统结构上采用中小型集散控制系统，实现了“分散控制，集中管理”，克服了“危险集中”的问题；

A上位机和下位机相对立。具有手动、自动、半自动切换功能，联机时，彼此间按特定的协议互通信息，脱机时，单台秤可立实现工艺闭环过程控制；

A上位机远离操作现场，提高了系统的稳定性，改善了操作员的工作环境；

A下位机选用可编程控制器，具有很强的抗干扰能力，编程简单易于掌握，能在恶劣的环境中长期的运行；

A采用PID调节，提高系统的配料精度，并能根据生产要求，设置的工作开关时序，较好的解决料头料尾问题，自动修改配料系统的物料配比；

三、系统的结构及工作原理

1、控制系统的总体构成拓扑图及系统原理图

本系统由一套PLC系统和一套上位机监控系统组成。PLC系统由一个S7-300主站和13个仪表作为从站及通讯电缆组成，主站与从站通过PROFIBUS-DP通讯，上位机监控系统采用 bbbbbbs2000Professional Server SP2操作系统，安装西门子STEP7编程软件及WINCCV6.0组态软件

系统原理图

B上位机：对整个系统进行实时监控，画面显示和报表打印;

B PLC：实现配料的自动控制;

B配料仪表：用于配料的PID调节及瞬时流量和累计流量等参数的显示;

B控制柜：用于系统的逻辑控制和供配电;

B现场手操箱：用于现场单台设备的启停控制。

2、系统的运行方式：每一台配料称设手动，半自动，自动三种控制方式

B手动时，将现场控制箱和仪表箱的转换开关都打到手动位置，由现场控制箱上的启停按钮、电位器、频率表等实现控制，由称量仪表显示物料瞬时量及累积量。主要用于网络系统故障PLC控制系统发生故障或其它原因，需要进行手动检修试车工作情况下的应急操作。

B半自动时，将现场控制箱和仪表箱的转换开关都打到自动位置，由现场控制箱上的启停按钮、频率表、称重显示仪表等实现控制，可以通过称重仪表设定的配方自动调整配料量，显示物料瞬时量及累积量。主要用于不需要上位控制时。

B全自动时，将仪表箱的转换开关打到联动位置，由上位机控制皮带的启停，动态显示各物料量、皮带运行状态、各种报警指示，各配料量由上位机根据工艺要求统一设定，可进行采集和处理各配料控制回路来的称量信号与开关量状态，实现整个系统的皮带秤给料、称量检测、料量调节，选择和切换料仓等配料过程的自动控制。此时现场手动控制系统不起作用，通过中控室进行操作。

3、自动运行系统的启动和停止

四种方式：顺序启动、顺序停止、紧急停止、同时启动

B顺序启动:用于系统的初次启动或者顺序停止后的系统再启动，顺序启动功能可以控制参加配料的给料设备按照皮带的运行方向按一定的时间间隔依次启动，保证料头能够对齐。

B顺序停止：用于希望长时间停车的场合，这样可以保证输送皮带上的物料都运送干净，使皮带处于物料状态，并且可以保证料尾对齐。

B紧急停止：用于发生紧急情况所有参与配料的设备立即停止运行的场合。

B同时启动：用于急停后的再启动，能够使系统在上一次的“断点”处接着往下运行，就像没有发生过任何事情一样。

注意：不能随便，无顺序的点击这四个按钮，按操作要求来操作。

4、物料量的控制

B当某种物料量所需配比确定后，将其作为设定值输入上位机，经网络传输给称重仪表。物料落到称重皮带上，其重量由称重传感器检测，物料流量（测量值）的反馈电压信号（0～30mV）到称量控制仪表并运算成为PV当前值，经PID运算再输出4～20mA控制信号至变频器，以此改变其U／F输出值，从而改变皮带速度来控制物料量的大小，实现自动配料。

B物料配比的控制：本系统给料任务来自上位机的配比输入与计算进行控制，即将各种原料的工艺参数输入计算机，由计算机直接对各料种进行设定和配比协调。

B自动倒仓控制:同一种物料分别装于几个料仓中(如精矿粉),在生产中只用到其中的部分料仓给料,要求在某一正在给料的料仓发生故障(无料、堵料、机械故障等)时,控制系统根据程序设定,自动启动一满足条件且没有参与配料的料仓给料系统。

B燃料值的自动调整：设备顺停时，由于精矿粉的总量随着料仓的逐个减少，这时，程序自动逐渐减少燃料的下料量，以保证原配比不变。

四、系统设备选型

1、网络系统选型

Ø上位工控机：研华IPC610 P4 17彩显，

C CPU：P42.8G

C内存：256M

C硬盘：80G

CCD-ROM:SONY DVD

ØPLC系统:CPU选用西门子CPU315-2DP。具有以下功能：

C具有较大容量的工作存贮器，可用于大量的I/O配置。两个通讯口，可用于MPI多点通讯及Profibus-DP分布式通讯。

C具有187.5千位/S能力，字操作时间<1uS,工作存贮器128K字节。

C编程软件采用STEP7.V5.3,具有丰富的编程指令和结构模块，以及强大的组网能力。

C具有扩展通讯功能，多可带32个扩展模块，每个扩展单元8个模块，也就是说除主机架外，可扩展3个机架。

Ø软件设置： 操作系统选bbbbbbs2000Professional SP2,上位机运行西门子WINCCV6.0组态软件,PLC编程软件选用西门子STEP 7 V5.3。

Ø组态软件功能:

实现对全系统的控制管理以及进行系统运行界面的图形组态。运行期间上位机完成系统人-机对话、监控界面显示、报警处理和显示、生产数据处理和报表输出。

2、配料称选型

配料秤集机械、电气、仪表一体，是对散装物料进行连续的输送、计量的理想设备。并可根据现场要求，实现用动、自动、联动控制方式。是烧结、焦化、原料、水泥配料等生产工艺中的必选设备。根据工艺要求，选用江苏天秤LB-PP-P系列皮带秤。

Ø组成

由秤重桥架、速度传感器和积算器组成。

Ø原理

装有载荷传感器的称重桥架、安装于输送机的纵梁上，称重桥架支承的称重托辊，检测皮带上的物料重量，产生一个正比于皮带载荷电气输出信号。速度传感器直接连在从动滚筒上或者大直径的托辊上，提供一系列脉冲，每个脉冲表示一个皮带运动单元，脉冲的频率正比于皮带速度，积算器从载荷传感器和速度传感器接收输出信号，用电子的方法把皮带运动和皮带载荷相乘，并进一步处理通过输送机的物料总重量，将其转换成选定的工程单位，通过对时间的计算，同时产生一个瞬时流量值。累计总量与瞬时流量分别在显示器上显示出来。

Ø结构特点

C 秤重桥架采用16#槽钢整体焊接成型，抗变形；

C 采用环形裙边皮带，有效防止撒料；

C 机架尾轮采用包胶托辊；

C 采用美国的技术-橡胶轴支承，，免维护；

C 具有完善的内外清扫器，保证皮带清洁；

C 加电流输出接口，可输出与流量成正比的4-20 mA电流；

C 通讯接口可选：标准RS485、Modbus、Profibus接口。

Ø技术指标

C称量范围：1～6000t/h

C皮带输送机倾角：≤18度

C皮带速度：0.1～4m/s

C皮带宽度：300～2000mm

3、现场仪表

现场仪表直接接收秤重传感器、测速传感器信号，然后经过处理，把结果通过Profibus总线、I/O接口与S7-300设备相连。该仪表可挂壁安装，也可就地安装在称重设备旁，操作方便、抗干扰能力强。

Ø特点

C压铸铝合金外壳，防尘、防静电、抗干扰能力强；

C双行中文、四行英文背光液晶显示；

C硬件电路软件化，减少焊点，提高仪表长期稳定性；

C五键操作，简单易学；

C内有智能PID调节功能；

C提供Modbus、Profibus、CAN等通讯；

C控制方式多样化，可用于恒速配料方式、调速配料方式、同步调整配料方式以及双速调速配料方式等多种配料场合；

C模拟量、开关量输入输出；

C10V传感器供桥电压+毫伏输入+电流输入（重量）+开关量+控制量+重量输出+流量输出。

Ø技术指标

C精度：Ⅲ级

C线性度：±0.003%

C温度：-30℃-+55℃

C湿度：﹤

C电源:AC220V -15%~+10% 50HZ±2%

4、变频器

变频器选用施耐德ATV71系列变频器

Ø出色的性能

C可达220%的过力矩。

C异步电机有传感器或无传感器的磁通矢量控制。

C在线自动调节(FVC)。

C速度或力矩控制。

C输出频率可达1000 Hz。

C无传感器电机控制。

Ø可扩展的能力

C基本设备带有丰富的功能：应用程序功能、输入/、通信网络，

C这些可以通过以下各项实现进一步扩展：

C输入/输出扩展卡。

C编码器接口卡。

C通信卡。

C内置可编程控制卡(Controller Inside)。