西门子银川PLC模块总代理商

1  引言

城市生活污水处理包括三大控制系统：提升泵房控制系统，鼓风房控制系统和脱水机房控制系统。作为三大控制系统之一的提升泵房控制系统主要控制设备是提升泵，提升泵负责将污水提升至水解池或初沉池中。提升泵房的自动控制方案有变频控制和工频控制。

本文结合工程实际，提出另外一种工频控制方案，该控制方案采用液位变化趋势和时间联控，控制方式上借鉴了变频控制思想，改善以往分阶段控制的死区及不稳定性。

2  系统控制说明

关于提升泵基本的控制要求有：避免提升泵启停频繁；尽量保持保持提升泵在高液位运行；避免单台泵长时间连续运行，或者长时间不运行（防止提升泵放置太久被污水中的杂物堵塞）。

2.1 现场条件

上海某污水处理厂提升泵房，共有5台泵，按远期设计4用1备，采用工频控制。现场参与控制仪表为超声波液位计，4~20ma标准信号对应于0~6.8m的液位；浮球两个，高浮球用来超高报警并且强行启动所有的泵，低浮球用来超低液位报警并且强行停止所有的泵。每台提升泵的自动控制信号有：手/自动信号、启/停信号、综合故障信号。

按照设计，以目前的处理量，正常时启用2台提升泵就够了，特殊情况下启动台数为3台，超高液位时启动4台泵。

现场控制器采用的是omron cj1m_cpu11, 上位机监控软件采用亚控科技“组态王”，上位机和下位机通过光纤以太网通信。

2.2 液位状态控制思想

系统控制设计采用手/自动方式，方式选择通过提升泵控制箱中的二次回路、接触器、中间继电器、选择开关等的切换实现。正常情况下，选择开关置于自动位置，当自动控制系统出现问题时，需到现场切换为手动方式。单台提升泵手自动都是独立的，自控系统自行诊断并且相应的自动调整控制方案。自控相关参数说明，如图1液位控制示意图所示。

图1  液位控制示意图

（1）当液位低于超低液位ll时立刻停止所有的泵（此处是浮球控制信号，所以不会有干扰，不需要增加延时进行判断信号是否为干扰信号）。

（2）当液位低于l时，且持续时间达3分钟（可在组态界面中设置），停止自控下运行时间长的那一台泵，之后每隔3分钟，且液位比三分钟之前低10cm（可在组态界面中设置，但不能低于液位计正常波动值，也不能太大否则会使ll液位出现的概率提高），再停止剩下的自控下运行时间长的那一台泵，直到所有的自动状态下的泵都停止。

（3）当液位达到s时且持续时间达到一分钟（干扰信号判断），启动无故障且停止时间长的那台泵（前提是之前没有泵在运行，且至少有一台泵在自动控制状态下）；

（4）当液位达到h时，且持续时间达到5分钟（可在组态界面中设置）启动无故障且停止时间长的那台泵（前提是之前没有泵在运行，且至少有一台泵在自动控制状态下，否则此次不启动）；之后每隔5分钟，且液位比三分钟之前高5cm（可在组态界面中设置，但不能低于液位计正常波动值，也不能太大否则会使超高液位hh出现的概率提高），再启动剩下的自控下无故障且停止时间长的那台泵，直到所有的自动状态下的泵都启动，但启动的台数不能大于3。

2.3 可行性和稳定性分析

（1）前提假设：

● 假设1：3台泵是大启动台数，即根据现实流量不可能会超越3台泵的情况；

● 假设2：所有的泵都处于自控下，并且此时无泵在启动；

● 假设3：l=3.0m、s=3.5m、h=5.5m、启动检测间隔时间5分钟、停止检测时间间隔3分钟。

液位达到s之后,并持续时间达1分钟则启动1台泵，假设此时液位继续上升，则会出现两种情况，一是液位还没有达到5.5m时，1台泵运行和进水流量保持平衡；二是液位继续上升达到5.5m，此时液位也会有两种趋势:上升/保持。

（2）分析：当液位继续上升时,过5分钟之后，若液位比之前高5cm时会再启动1台泵（否则将循环检测直到满足条件），此时运行了2 台泵，液位将会有三种趋势：上升/保持/下降。

● 当为上升时（也就是流速保持在2~3 台泵的控制范围），再过5 分钟之后若液位比之前高5cm将再启动一台泵，此时启动了3 台泵，据现场情况前提条件，液位肯定会下降，当液位降至3.0m，且持续时间达1分钟时，将停止1台泵，此时将由2 台泵运行，由于液位差影响扬程，终有可能2台泵保持在3.0m和5.5m之间稳定运行，否则液位缓慢回升(据现场我们调试观察回升时间非常长)，直到液位上升到5.5以后并且保持5分钟后高于之前的液位5cm才会再启1台泵，即3 台泵运行。如果3台泵刚好和进水流速吻合，它将保持在5.5m 以上的液位运行。或者直到液位达到高高位，启用紧急情况，运行4 台泵，根据条件该情形只会在下暴雨发洪水时出现。

● 当液位保持时，也就是2 台泵刚刚好，这是佳状态。

● 当液位下降时（也就是1～2 台泵之间的运行刚好满足流速），据前提条件，当液位还没有下降到3.0m 时，根据液位差影响扬程2台泵刚好保持与进水流速平衡，此时将会保持2台泵运行，这也是佳的控制效果；

● 当液位保持时（也就是1 台泵在这个液位刚刚好）,这也属于佳状态。

综上分析，该控制方案确实可行，且很稳定。

图2  启泵自动控控制流程图

3  软件设计

根据上述分析及功能要求，软件实现功能流程框图如图2所示，根据流程图plc编程限于篇幅此处不将程序列出，只做几点说明：

启动时将启动自控模式下停止时间长的那台提升泵，停止时将停止自控模式下运行时间长的那台提升泵，实现方法可以采用冒泡法编写成功能块或者子程序的形式，便于系统维护，而且可重复使用。

时间参数可以采用秒定时器或者分钟定时器和dm寄存器配合一起使用，示例如图3所示。

图3  1#提升泵泵停止时间累计

4  结束语

提升泵房实现自动控制不仅减少了员工操作量，而且能尽可能大的保持提升泵在高液位运行，提高了泵的运行效率，相应的延长了泵的使用寿命及达到了一定的节能效果。实践证明上海某污水厂采用该控制方案之后，运行效果比之前的分阶段启停泵好多了，值得推广和应用。

一年多以前，GE（通用电气） CEO Jeff Immelt 曾定下一个小目标，要在2020年时，让GE成为世界软件公司之一。说这话时，这一美国的工业*刚刚宣布成立了一个数字部门（GE Digital），并推出了款专属于工业领域的云服务平台Predix。不久前， “世界软件公司之一”的title，德国老对手西门子也听到。不同的是，这家公司新上任的CTO，Roland Busch 提及时并没用将来时态——“西门子是世界软件公司之一”。

▲ 2007年，西门子以35亿美元的高价为自己谋得数字化战场的*张入场券——收购产品生命周期管理（PLM）软件和服务提供商UGS。这一举动在当时尚为许多人所不解，一家老牌的工业集团买下一个软件公司是何意图？而此后的十年间，从Vistagy、 Camstar到不久前的Mentor Graphics，西门子的多起并购让其迈向 “工业4.0”的步伐显得愈发坚实，但是，当然，绝不仅仅是如此。数字化转型正在多数领域开花，而拥有百年历史的制造业*西门子也希望能借由此演绎出新的故事。

▲ 自1994年加入以来，Roland Busch任职西门子已有20余年， 但CTO于他尚属新身份——Busch正经历自己职业生涯的转变，同样，西门子也在经历属于自己的变革。“这既是一个渐进的发展过程，也是一个性的过程。这种不仅仅是技术层面的，也是商业模式上的突破。”

▲ 在这次的访问中，Roland Busch跟虎嗅分享了西门子在数字化变革方面取得的一些进展。

▲ “”的MindSphere

▲ MindSphere是一款基于云的开放式操作系统，工业企业可以借此进行对关键设备机群的预防性维护、能源数据管理以及工厂资源优化，以便在范围内有效提供服务，甚至据此开拓新的商业模式。

▲ 在Roland Busch看来，MindSphere的优势有这么一些：

▲ 一是西门子在工业领域的实践经验。多年以来，西门子在包括制造业、过程工业、交通、能源和医疗等领域积累的经验都成为MindSphere为工业企业提供服务的基础。与此同时，西门子也将对各个行业的深度了解和知识带到这个平台上，并嵌入到平台的应用之中。

▲ 二是MindSphere广泛的连接性。“理论上来说，我们希望通过云平台来连接到所有的工业设备，比如交通设备，包括所有车辆上传感器、燃气轮机、楼宇以及医疗设备等。因此，我们的另一大优势在于西门子能够连接的范围非常广泛，目前没有任何一家企业能够有如此全面的业务范围。这一点非常重要，因为任何的数字化都要从连接设备开始，把设备与云相连到一个平台之上，然后带动生产力的提升。”

▲ 三是西门子的设备装机量。“在楼宇、燃气轮机、列车、信号系统、医疗系统中都有我们的设备，我们能够充分利用这一点。”

▲ 目前，MindSphere不仅拥有例如宝钢这般的大型制造业企业客户，中车集团这般的基础设施客户，也面向中小型企业开放。然而相对于前者，中小型企业在是否接受这一新技术时，有着更多的担忧，例如资金问题、工厂设备的老旧。

▲ 然而，不管是哪个领域、什么体量的企业，安全性是享用“云技术”而不可忽视的一点。

▲ 在问及MindSphere的数据安全性能时， Busch 表示，“对于收集、分析数据并给出建议的批量系统，系统本身并不能直接获得数据，也不会造成“泄露”。但是以燃气轮机为例，如果用户需要通过系统进行实时操作，比如运行一个燃气电厂，这时候如果发生数据泄露，就有可能使整个系统瘫痪。对于这种情况，MindSphere比市面上任何一种系统都有巨大优势。我们拥有的是工业平台和与之匹配的*的工业安全标准。我们无法和一个汽车制造厂商说你现在要重启系统，需要花费半天时间，这不可能。因为30秒的闲置时间就可能让其产生3万欧元的损失。因此我们在说所谓的平台和操作系统时指的是工业的平台和系统，拥有更*别的可靠性、安全性和实时处理能力，这就是为什么我们，并不是所有人都可以做到。”

▲ 此外，他还告诉虎嗅：”西门子是*在华获得网络安全认证的公司之一。”

▲ Busch对MindSphere在中国的前景表示出了十足的信心。“数字化的进程发展非常迅猛，而中国就是一个很好的例子。中国人对于新兴科技的接受速度非常快，我猜你们买东西现在都是支付或支付宝付款吧。我们也非常高兴地看到许多客户也做好了尝试西门子的新技术的准备。”当然，”希望西门子能给客户带来安全感，让他们不必为数据安全担忧。”

▲ 拥抱新技术

▲ 相较于这样的公司而言，在很多人眼里，出生制造业的西门子着实算不上酷。然而你可能不知道是，现今zui热门的人工智能技术，西门子早在15年前便着手研究了。“这一技术并不新鲜，不同的是数据量，是现在能够拥有的历史数据，以及无限的处理能力” ，  西门子希望的是能借助人工智能技术来打造智能化系统。而谈起这一前沿技术在传统领域的应用，Busch整个人兴奋了起来，举起例子，如数家珍。

▲ “我们将人工智能技术应用到燃气轮机上，作为燃气轮机的大脑。“这是他给出的*个例子。“燃气轮机会面临不同温度下、燃气质量和能量的输出。客户的共同期待是：一、高的能源效率；二、zui低的设备损坏率和zui低的排放，不希望叶片受热太快，如果叶片太热就会灼伤，而更换成本又很高。一台燃气轮机上会有几千个传感器在提供数据，而人工很难确保燃气轮机总是保持在佳运行点上。我们利用人工智能技术将工程师们解放了出来，通过计算机进行操作优化，保证燃气轮机能够保持状态的运行。事实证明，跟工程师相比，人工智能的操作要好得多。”

▲ 显然，Busch并没有打算停下来。 “人工智能还能提高医生的诊断效率。”他告诉虎嗅，”我们利用人工智能来分析CT以及核磁共振（MR）所采集的数据。在核磁共振扫描仪里，可以采集GB量级的数据，以及很多人体的细节图像。为了对疾病进行诊断，我们可以向系统导入过去存储的所有历史信息，以及相关度分析，找出不同图片所对应的疾病。我们在新生成的图像上面运行人工智能技术，生成一些指示来告知医生，系统显示这可能是哪一种疾病，继而医生可以重点考虑这一疾病的可能性，判断是否认可这一诊断结果。”

▲ “我还可以一直说下去”。Busch对于AI技术在传统行业得以应用的这股子兴奋劲也正是西门子对于新技术的态度。

▲ 2016年10月，西门子宣布成立立的初创业务部门next47，计划在未来五年，将10亿欧元的资金用于投资初创企业，并重点关注五大创新领域的研发，包括人工智能、自主机械、分布式电气化、网络化交通和应用，不仅标的西门子以外的初创公司，也会用以扶植内部的一些孵化项目。

▲ “我们为这些项目提供的不仅仅是资金、还包括项目的培育和催化。”

▲ Busch表示，西门子希望和合作伙伴一起创造一个空间，为初创企业提供支持，包括所需要的基础设施，指导他们进入市场来创造业务机会。