国内近期建设的水厂所采用的自动化系统大都基于PLC。我们经过多年的探索和实践,向大家推荐一套有较高性能价格比的自动化系统：美国OPTO22(奥图) 公司基于工业现场总线的 前端分布式智能I/O系统 的解决方案。 水厂的自动化系统,采用的结构一般都是以车间为单位设立子站,子站一般采用PLC,它们之间通过专用网络联接,网络中心设备及厂级监控配置的PC放在水厂的中心监控室。这种连接方法的一个缺点是现场的I/O信号线还是要集中拉到PLC子站处,信号电缆经长距离并大量集中在一起,不但大大增加了信号电缆布线的工程量,而且使信号受到干扰的可能性加大,以后系统维护的工作量也相应增大。现在有的PLC系统也在子站PLC下再接一层子PLC,但这种缺点还是没有完全克服。 我们推荐的方案是采用三层的结构方式。首先在水厂厂区范围内布置一套以太网,用于车间子站与中心监控站及其它子站的通讯。当今世界上网络采用以太网的占了绝大多数,以太网的技术飞速发展,已从前几年的10M发展到100M甚至1000M,而且价格也下降得很快。在水厂采用以太网结构,不仅能紧跟世界科技发展的潮流,而且具有很好的性能价格比,与水司的办公自动化网络能很好结合。以太网可以采用的介质有细缆、粗缆、双绞线或光纤,我们建议使用光纤,因为光纤的抗干扰性zhuoyue、通讯距离长以及升级的方便。方案以车间为单位设立子站,配置PC连接底层I/O,监控子站范围内的仪表设备的运行及生产过程,并负责与厂级上位机的通讯,还可以通过网络观察其它子站的情况。子站的底层I/O采用基于工业现场总线方式的前端分布式智能I/O系统,通过工业现场网络(通常是采用RS-485串行通讯协议的一对双绞线)将前端I/O单元分散到工业现场的设备或仪表附近,这样不但大大地削减了现场到I/O之间一一对应的连接导线,节约了自控系统的安装费用,将信号受干扰的可能性降至低,还使用户在以后的维护、扩展都十分方便。 美国OPTO 22公司的OPTOMUX、MISTIC及SNAP I/O系统就是这样典型的 前端分布式智能I/O系统,子站PC通过一条双绞线用串行通讯RS-485方式连接多个OPTOSNAP控制器(连接的方式还可以采用ETHERNET、ARCNET网络通讯方式)；SNAP的控制器再通过一条双绞线RS-485与分布在现场的诸多前端分布式智能I/O单元相连(连接的方式同样还可以采用ETHERNET、ARCNET网络通讯方式)；前端分布式智能I/O单元是由一个带处理器的I/O接口板加一个模块安装底板构成,底板上可根据需要插上各式各样的I/O模块。相对于PLC而言,OPTO22解决方案的主要特点是前端分布式智能I/O。通过一条双绞线以RS-485的串行通讯,就可以将前端I/O单元分散到工业现场的设备或仪表附近。前端I/O单元的I/O模块是单点单通道的,任何一点的失效,都不影响系统及其它I/O,而且I/O模块可进行带电拔插,I/O接口板也可带电拔插,因此在更换它们时无需断电停机,进一步提高了系统的可维护性。在前端I/O单元的模块安装底板上,开关量(DI、DO)和模拟量(AI、AO)模块可以混装,使得可根据不同现场的不同信号需求进行灵活而贴切的配置,进一步降低成本。 控制系统软件采用OPTO22公司所提供的FactoryFloor软件套件,该软件包括OptoControl、OptoDisplay、OptoServer、OptoConnect、OptoRuntimePC多个部分,一并完成了控制、人机界面、数据库连接等多方面的任务,我们不但得到了优异的控制性能、丰富的人机界面,还很容易的将现场的控制信号数据有效而及时的传送给了水司的管理网,让水司的MIS系统时间了解了现场设备的运行情况。由于我们采用了同一家公司的软硬件产品,在调试过程中,非常方便、容易,从没遇到以前经常碰到的软件通讯方面的问题。 应用实例 ★ 深圳市大涌水厂建成的计算机自控系统就是使用了OPTO22早期的OPTOMUX系统,已经过四年可靠稳定运行。在大涌水厂除了一些进口的加氯机和水质检测仪表外,其余全是国产的制水设备。水厂自控系统的运行,实现了车间无人值守,提高了全厂生产组织和调度指挥水平,促进了设备完好,保证了出厂水质,降低了制水消耗,为水厂带来了显著的社会效益和年约200万元的直接经济效益。面向国产制水设备的水厂自控系统达到这一程度是不多见的 ★ 深圳市东湖水厂采用了新的OPTO22的SNAP系列的I/O作为自控系统的基础,在水厂进行工艺设备改造的同时进行自控系统配套。水厂改造过程中选用了一些较先进的智能仪表和设备,比如送水泵电机、轴承的温度巡检仪----用一个仪表检测十几个温度点,可节省不少费用。这种温度巡检仪带有RS-485串行接口输出,而用SNAP的控制器与它相连,在不多花一分钱的情况下,就能检测水泵的十几个温度值。再如水厂的Siemens高村配电柜上有一个综合保护器,使用SNAP的RS-485串行通讯方式与之相连,得到了各种配电方面的保护信号如：过流保护、短路保护、负相序保护等等。OPTO22与各种带有串行通讯接口的智能仪表、设备能很方便地集成,使我们在选用先进的仪表、设备时的选择范围广泛,这样在建设水厂时,就可以选用各种性能价格比优者,提高水厂的先进性并降低造价。 |
整个系统主干传输网采用100Mbps工业以太网，支持IEEE802.3规约和标准的TCP/IP协议；也可采用工业级专用控制局域网，该控制网具备确定性和可重复性及I/O共享，实现数据的高速传输和实时控制。
整个系统由1个中央控制室、2个现场PLC控制站（设于垃圾厌氧发酵系统、沼气发电系统）组成。现场PLC控制站，由HOLLiASLK系列可编程序控制器（PLC）系统及检测仪表组成，对沼气发电各过程进行分散控制；再由中央控制室上位机实行集中监控管理。中央控制室上位机与PLC控制站之间的数据通讯采用高速的、实时的工业以太网，通讯速率为100Mbps，传输介质为屏蔽双绞线。
现场的PLC控制站为双机热备冗余，PLC采集现场信号，然后通过工业以太网与控制监控计算机进行数据通信，控制方式采用“全开放全分布”方式。
控制系统分为三级管理，包括管理级（中心控制室）、控制级（PLC控制站）及现场级。
管理级（中心控制室）
管理级是系统的核心部分，完成对沼气发电过程各部分的管理和控制，并实现厂级的办公自动化。管理级提供人机接口，是整个控制系统与外部信息交换的界面。
考虑到管理层功能结构的层次性和可分割性，采用客户/服务器（Client/Server）的体系结构。服务器具有远程控制操作功能、状态显示功能、数据处理功能、报警功能、报表功能、通讯功能和冗余功能等。中央控制室中设备包括：两台安装和利时公司FacView监控组态软件的冗余服务器作为上位机，两台服务器互为备用，实现冗余，提高系统的可靠性。
管理级的工程师操作站及其他各台计算机作为客户机，与冗余服务器进行数据通讯，生产管理人员可在各自办公室实时监视现场的运行情况。这种配置主要的优点是保证数据的完整性和监控操作的连续性。如果一个FacView服务器出现故障，该服务器的客户机自动从发生故障的服务器切换到备用的服务器上，使所有的客户机始终可以监控生产过程，修复后的服务器回到系统后，自动实现归档数据的匹配。
控制级（PLC控制站）
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。因此，控制级采用以和利时公司高性能、高可靠性的HOLLiASLK系列PLC为主的控制系统，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。
控制级要求具有高可靠性，所以在系统的PLC系统中要采用冗余技术。控制器是整个系统的核心，所以在控制级中，采用两个LK冗余CPU模块LK210，一个为主机，一个为从机。两个CPU模块之间通过高速背板总线通讯，进行数据信息同步，实现双机热备冗余。
LK系列PLC的CPU模块上集成多种通信接口，包括冗余以太网接口、冗余PROFIBUS-DP总线接口、串口，控制级PLC系统通过高速冗余工业以太网与管理级上位机进行通信。另外，CPU模块作为PROFIBUS-DP主站，与远程分布式智能I/O通过冗余的PROFIBUS-DP进行数据通信。
LK系列PLC模块接线端子集成在背板上，与模块本体分离，且所有模块均支持带电插拔，因此维护人员在维修时更换模块非常方便、快捷。
现场控制级接受生产管理级的调度，但并不依赖于生产管理级而运行：若监控计算机出现故障或者并没有投入使用或者通信网络出现故障，现场控制站仍继续正常工作，对整个工艺过程没有影响。
现场级
现场级是实现系统功能的基础。现场级主要由检测仪表（如液位计、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。
将现场控制箱上的“就地/远程”旋钮切换至“就地”位置，通过箱上的“启动/停止”按钮实现就地手动控制。
沼气发电是集环保和节能于一体的能源综合利用新技术，采用以和利时公司高性能、高可靠性的LK系列PLC为主的自动化控制系统，大大提高了沼气发电运行过程的稳定性、可靠性和安全性，同时使系统维护更加方便快捷，该系统已在北京德清源沼气发电项目应用，至今运行情况良好，得到了用户的好评。
4工艺控制策略
（1）温度控制：厌氧发酵需要在特定的温度下进行，所以需要保持USR反应器的温度（35℃）恒定。
（2）报警功能：系统具有故障报警功能（水泵、空压机等的启、停故障）和超限报警（调料池内高、低液位、高压贮气柜的压力报警和USR反应器内的温度报警）。
LKPLC控制系统可根据沼气发酵工艺的要求，对工艺的各参数进行采集并加以顺序或逻辑控制。根据沼气工艺的特点和需要，PLC控制的单元包含预处理单元、厌氧发酵单元、沼气净化单元和沼气存储单元。为便于对重点工艺环节进行现场观测和操作控制，系统还设置了终端显示操作器。另外，系统还设置了手动操作功能，并配有硬手动/自动切换，以便在开车和设备检修期间，能对工艺设备进行现场硬手动操作。
预处理单元
定量的粪污和水加入调料池中，液位达到高位；然后开启搅拌机，同时打开锅炉房内蒸汽管道的阀门，当调料池内的温度达到33℃时开启提升泵（开启提升泵的条件是：温度和液位同时满足上述要求），将搅拌好的并且温度达到33℃的物料提升到USR厌氧反应器里，当液位达到低位时，提升泵停止运转，搅拌机停止搅拌。
USR厌氧发酵单元
物料在USR内进行厌氧发酵，温度显示仪（2个）显示其温度，当USR的温度低于35℃时，报警器开始报警。
沼气净化单元
当缓冲罐接触到高位行程开关时，压缩机启动；当缓冲罐接触到低位行程开关时，压缩机停止运转。沼气净化室内安装有甲烷泄露报警仪，空压机房内安装有甲烷泄露报警仪，报警信号均可传送到控制室进行报警；同时进行流量显示。
沼气存贮单元
高压贮气罐需要安装压力显示。高压贮气柜的压力范围为0～0.8MPa。
被控工程设备
（1）调料池进料泵：1台，380V/3kW；手动方式：手动控制泵的起停；自动方式：自动控制泵的起停；要求：由PLC根据液位自动控制泵的起停。
（2）调料池搅拌机：1台，380V/2.2kW；手动方式：手动控制搅拌机的起停；自动方式：自动控制搅拌机的起停；要求：由PLC根据液位自动控制搅拌机的起停。
（3）贮肥池提升泵：1台，380V/3kW；手动方式：手动控制泵的起停；自动方式：自动控制泵的起停；要求：由PLC根据液位自动控制泵的起停。
（4）沼气净化室压缩机组：1组（2台，1用1备），380V/5.5kW；手动方式：当行程开关不起作用时，手动控制压缩机的起停；自动方式：当缓冲罐的钟罩接触到行程开关的高位时，压缩机自动开启，当接触到行程开关的低位时，压缩机自动停止；要求：由PLC根据液位自动控制压缩机的起停。
沼气系统
从气柜来的沼气经沼气加压机加压达到8～20kpa，温度保持在10-25℃，湿度达到燃机的要求，然后进入燃气发电机。本系统配置了两台沼气加压机，正常运行时是一台加压机对一台燃气发动机。两台加压机出口管由一电动阀连通，可以保证加压机和燃气发动机交叉备用。
燃气发动机组前有一套阀门组，由颜巴赫供货。
从燃气发动机出来的烟气487℃，通过PID控制三通阀，一路进入余热锅炉，换热后进入烟囱排放；一路不经过余热锅炉直接排放。烟囱上有两个串连的消声器。
沼气吹扫介质为氮气。系统中已设置吹扫接口。
冷却系统
润滑油换热器、中冷器I级换热器、钢套水换热器冷却系统。
制气系统设置一个储水罐，作为制气系统的热源。
冬季时：这部分的热回收利用。
用户为制气系统，从储水罐的下部来的水70℃以下，经循环水泵、板式换热器进入燃气发动机内的三个换热器，板式换热器设有旁通，进水温度70℃以下时，循环水从旁通通过；反之，从板式换热器通过，板式换热器的冷却系统自动启动，包括循环水泵和屋顶紧急散热器。
循环水经过三个换热器加热后，出水温度90℃，然后进入储水罐的上部。通过PID进行控制。
夏季时：这部分的热不回收利用。
关闭循环水进出储水罐的阀门，循环系统为密闭系统，三个换热器靠板式换热器散热，板式换热器由屋顶紧急换热器散热。
中冷器II级换热器
循环水经循环水泵加压后进入II级换热器，当回水温度高时，经过屋顶散热器散热；不高时，不经过屋顶散热器，直接进入循环水泵。
余热锅炉系统
冬季时：烟气部分的余热回收利用。
用户为制气系统，从储水罐的下部来的70℃以下水，经锅炉循环水泵进入余热锅炉，加热后为90℃，进入储水罐上部。当温度超过95℃时，报警并旋转三通阀，烟气直接排放。
夏季时：这部分的热不回收利用，烟气直接排放。为了防止三通阀关闭不严，锅炉内要有一定的循环水。
补水定压系统
站内设有软化水系统、补水定压系统。
运行开始前，储水罐要进行补水，补水高度由杭州制气提供要求。运行时，由于水的损失，储水罐液面高度降低，低到警界水位后也要进行补水。
在夏季运行时，由于钢套水的热不回收，进出除水罐的阀门关闭，所以钢套水循环系统是独立的，在运行前要进行补水，由于水的损失，造成压力下降，降到警界压力时，要补水。
运行开始前，屋顶紧急散热器循环系统也要进行补水，当运行时，由于水的损失，造成压力下降，降到警界压力时，也要补水。II级中冷器系统补水由颜巴赫负责。
运行控制
从沼气柜来的沼气必须是经过处理的，能够达到燃气发动机组的进气要求。
燃气发动机组启动前，需要做以下工作：
Ø 循环水系统已经补水，并已运行。
Ø沼气经过加压机加压后达到燃气发电机要求。沼气压力调节通过加压机前后的旁路调节阀PV101A,B来调节，当出口压力满足8-20kP范围内。同时温度保持在+10-25℃。
运行中锅炉需要报警的地方：
Ø 余热锅炉缺水
Ø 余热锅炉超温
燃机室内环境的要求
室内温度要求：+10-40℃，室内温度TE301，TE302检测到温度高于40℃或低于10℃时，发出报警。
5 系统功能
显示功能
具有多窗口的PID图、报警画面、趋势图、指导画面、控制画面、参数修改画面、故障诊断画面、动态画面等各种监视画面。调用任一画面的击键次数不大于3次，任何LCD画面能在1秒的时间内完全显示出来。任何操作指令均在1秒或更短的时间内完全被执行，从发出操作指令到返回信号输入至LCD上显示的总时间小于2秒。
安全功能
分别设定操作员和系统员的进入口令。在运行环境下，屏蔽bbbbbbs所有热键，从而锁定系统自由进出。系统上电后自动恢复运行状态。在多重上位机监控平台时设定操作站的优先级保证控制室内操作站与现场人机接口同时操作的安全性。
历史数据管理
对所有采集数据任意设定存取间隙和存取方式。
打印报表
按用户定义的报表格式进行定时、报警和随机打印。
事件记录
事件和内部时钟可按时间顺序区分和管理，并可及时显示和打印。
定期记录包括交接班记录、日报、和月报。对交接班记录和日报，系统在每一小时的时间间隔内，提供200个预选变量的记录。月报，则在每的时间间隔内，提供200个预选变量的记录。在每一个交接班后，或每结束时，或每一个月结束时，应自动进行记录打印。或根据运行人员指令召唤打印。
系统记录运行人员在集控室进行的所有操作项目及每次操作的jingque时间。通过对运行人员操作行为的准确记录，可便于分析运行人员的操作意图，分析事故原因。
监控TAG及调试
采用结构化TAG定义。既可通过TAG定义随时修改每个测点的有效状态、报警管理、历史数据、死区与PLC通讯参数等，同时按修改实时数据库的TAG值来执行调试操作。
数据库接口与数据通讯
具备开放性的实时数据可接受任何任务的访问并与其交换数据。系统具备复制和分发功能，将信息分送给其它的通用数据库应用程序，同时应支持SQL、ODBC或OLEDB的应用程序。所有数据可用符号代表，如：VAVLE、MOTOR等，需要时可对变量的每次改变进行监视和处理。
在一台操作员站上生成的任何显示画面和趋势图等，均应能通过网络加载到另一台操作员站。程控系统PLC控制程序的组态和修改可在工程师站上进行，并通过网络下载到程序控制系统的PLC中。通过网络，操作员站能调出系统内任一PLC站的系统组态信息和有关数据，还可以使买方人员将组态的数据从操作员站下载到PLC站。此外，当重新组态的数据被确认后，系统能自动地刷新其内存。
控制操作功能
可按组态通过鼠标指定画面上的对象进行开关或增减操作。回路响应时间不大于2秒。
控制系统采用程控、远控、就地控制相结合的方式，对于电动门、气动门、泵、风机等控制对象除了在控制室进行远方控制外，保留就地操作手段。
对于程序控制系统具有自动、半自动、步操、键操、及就地手操五种操作方式。在手动方式下操作员启停电动机、开关阀门及其它设备时，LCD画面应提供操作指导。
现场设备故障，影响程控前进时，在满足相关约束下，运行人员干预可进行跳步操作。
5 结束语
沼气发电是集环保和节能于一体的能源综合利用新技术，采用以和利时公司高性能、高可靠性的LK系列可编程控制器（PLC）为主的自动化控制系统，大大提高了沼气发电运行过程的稳定性、可靠性和安全性，同时使系统维护更加方便快捷，该系统已在北京德清源沼气发电项目应用，至今运行情况良好，得到了用户的好评。
西门子PLC模块，变频器，触摸屏，交换机
从事智能科技、自动化科技、机电领域内的技术开发、技术转让、技术咨询、技术服务，工业自动化设备安装，工业自动化控制设备、电气设备、机申设备、电子产品、五金产品、金属材料、仪器仪表、橡塑制品销售，商务信息咨询，软件开发，建筑装修装饰建设工程专业施工，建筑安装工程(除特种设备)，机械设备租赁(不得从事金融租赁)，物业管理。工业自动化设备加工、销售。
本公司销售的一律为原装正品，假一罚十，可签正规的产品购销合同，可开增值税发票，税点另外算，24小时销售热线：15221406036 本公司销售的一律为原装正品假一罚十可签正规的产品购销合同可开增值税发票税点另外算24小时销售热线15221406036 西门子触摸屏代理商，西门子一级代理商，西门子中国授权总代理 ----浔之漫智控技术（上海）有限公司 本公司专业经销合信/CO-TRUST科思创西门子PLC；S7-200S7-300 S...
