污水處理廠自動化控制基礎(chǔ)知識

之自動化控制基礎(chǔ)知識污水處理廠技術(shù)講堂

2023/12/81前言什么是自動化控制？自動化控制系統(tǒng)適用于生產(chǎn)、經(jīng)營、軍事等各個領(lǐng)域。如我們常見的有電梯運行、紅綠燈控制、衛(wèi)星發(fā)射、導(dǎo)彈制導(dǎo)、冶金、礦山等各個行業(yè)。而且伴隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，自動化控制已經(jīng)漸漸的取代了人力勞動，這為企業(yè)的快速發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。因此說，企業(yè)的自動化程度決定了企業(yè)的生死存亡。2023/12/82自動化控制的發(fā)展史污水處理廠自控系統(tǒng)的運用自控系統(tǒng)基本故障排除2023/12/83一、自動化控制的發(fā)展史二、污水處理廠自控系統(tǒng)的運用三、自控系統(tǒng)基本故障排除2023/12/84自動化控制的發(fā)展史1、幾個基本概念（1）什么叫PLCPLC是一個數(shù)字式的電子裝置，它使用了可編程序的記憶體儲存指令。用來執(zhí)行諸如邏輯，順序，計時，計數(shù)與演算等功能，并通過數(shù)字或類似的輸入/輸出模塊，以控制各種機(jī)械或工作程序。最早是由美國電氣制造商協(xié)會NEMA經(jīng)過四年的調(diào)查工作，于1984

年首先將其正式命名為PLC（ProgrammablelogicController），中文意思為可編程邏輯控制器。（2）什么叫上位機(jī)

上位機(jī)在自動化控制系統(tǒng)中主要是指邏輯指令的發(fā)出命令，具體到實際工作中，就是我們所說的工業(yè)控制計算機(jī)中用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)指令下達(dá)和邏輯判斷的軟件，對PLC、自動化儀表的各種信號的監(jiān)控、操作等等。在本廠自控系統(tǒng)中，就是我們值班人員每天所看到的人機(jī)界面。（3）什么叫下位機(jī)

下位機(jī)即指PLC控制器，具體到本廠的下位機(jī)即指西門子S7-300，它的具體功能就是收集現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)中，或者是將上位機(jī)中下達(dá)的指令有效的傳達(dá)至現(xiàn)場，驅(qū)動現(xiàn)場繼電器動作，從而實現(xiàn)設(shè)備的開啟?？刂?。（4）自控系統(tǒng)通訊方式

常見的通訊方式有光纖通信，微波通信，衛(wèi)星通信，移動通信，圖像通信等等。而PLC中的通訊主要有兩種，一是MPI通訊，二是以太網(wǎng)通訊。目前污水處理廠上位機(jī)與下位機(jī)的通訊是以以太網(wǎng)為通訊手段的，它是以一根網(wǎng)線連接工控機(jī)與PLC的PN接口的。2023/12/85自動化控制的發(fā)展史2、自動化系統(tǒng)的發(fā)展歷史自動化技術(shù)的形成局部自動化綜合自動化2023/12/86自動化控制的發(fā)展史自動化技術(shù)的形成社會的需要是自動化技術(shù)發(fā)展的動力。自動化技術(shù)是緊密圍繞著生產(chǎn)、軍事設(shè)備的控制以及航空航天工業(yè)的需要而形成和發(fā)展起來的。其最早產(chǎn)生是在1788年，瓦特為了解決工業(yè)生產(chǎn)中提出的蒸汽機(jī)的速度控制問題，把離心式調(diào)速器與蒸汽機(jī)的閥門聯(lián)結(jié)起來，構(gòu)成蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使蒸汽機(jī)變?yōu)榧劝踩謱嵱玫膭恿ρb置。瓦特的這項發(fā)明開創(chuàng)了自動調(diào)節(jié)裝置的研究和應(yīng)用，在解決隨之出現(xiàn)的自動調(diào)節(jié)裝置的穩(wěn)定性的過程中，數(shù)學(xué)家提出了判定系統(tǒng)穩(wěn)定性的判據(jù)，積累了設(shè)計和使用自動調(diào)節(jié)器的經(jīng)驗。2023/12/87自動化控制的發(fā)展史局部自動化20世紀(jì)40年代50年代末到60年代初20世紀(jì)40年代是自動化技術(shù)和理論形成的關(guān)鍵時期，一批科學(xué)家為了解決軍事上提出的火炮控制、魚雷導(dǎo)航、飛機(jī)導(dǎo)航等技術(shù)問題，逐步形成了以分析和設(shè)計單變量控制系統(tǒng)為主要內(nèi)容的經(jīng)典控制理論與方法。機(jī)械、電氣和電子技術(shù)的發(fā)展為生產(chǎn)自動化提供了技術(shù)手段。50年代以后，自動控制作為提高生產(chǎn)率的一種重要手段開始推廣應(yīng)用。它在機(jī)械制造中的應(yīng)用形成了機(jī)械自動化；在石油、化工、冶金等連續(xù)生產(chǎn)過程中應(yīng)用，對大規(guī)模的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行控制和管理，形成了過程自動化。電子計算機(jī)的推廣和應(yīng)用，使自動控制與信息處理相結(jié)合，出現(xiàn)了業(yè)務(wù)管理自動化。50年代末到60年代初，大量的工程實踐，尤其是航天技術(shù)的發(fā)展，涉及大量的多輸入多輸出系統(tǒng)的最優(yōu)控制問題，用經(jīng)典的控制理論已難于解決，于是產(chǎn)生了以極大值原理、動態(tài)規(guī)劃和狀態(tài)空間法等為核心的現(xiàn)代控制理論?，F(xiàn)代控制理論提供了滿足發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星的控制手段，保證了其后的若干空間計劃（如導(dǎo)彈的制導(dǎo)、航天器的控制）的實施?？刂乒ぷ髡邚倪^去那種只依據(jù)傳遞函數(shù)來考慮控制系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系，過渡到用狀態(tài)空間法來考慮系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，是控制工作者對控制系統(tǒng)規(guī)律認(rèn)識的一個飛躍。2023/12/88自動化控制的發(fā)展史綜合自動化60年代中期以后70年代中期現(xiàn)代控制理論在自動化中的應(yīng)用，特別是在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用，產(chǎn)生一些新的控制方法和結(jié)構(gòu),如自適應(yīng)和隨機(jī)控制、系統(tǒng)辨識、微分對策、分布參數(shù)系統(tǒng)等。與此同時，模式識別和人工智能也發(fā)展起來，出現(xiàn)了智能機(jī)器人和專家系統(tǒng)。現(xiàn)代控制理論和電子計算機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中中的應(yīng)用，使生產(chǎn)過程控制和管理向綜合最優(yōu)化發(fā)展。自動化的應(yīng)用開始面向大規(guī)模、復(fù)雜的系統(tǒng)，如大型電力系統(tǒng)、交通運輸系統(tǒng)、鋼鐵聯(lián)合企業(yè)、國民經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)等，它不僅要求對現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行最優(yōu)控制和管理，而且還要對未來系統(tǒng)進(jìn)行最優(yōu)籌劃和設(shè)計，運用現(xiàn)代控制理論方法已不能取得應(yīng)有的成效，于是出現(xiàn)了大系統(tǒng)理論與方法。80年代初，隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，管理自動化取得較大進(jìn)步，出現(xiàn)了管理信息系統(tǒng)、辦公自動化、決策支持系統(tǒng)。與此同時，人類開始綜合利用傳感技術(shù)、通訊技術(shù)、計算機(jī)、系統(tǒng)控制和人工智能等新技術(shù)和新方法來解決所面臨的工廠自動化、辦公自動化、醫(yī)療自動化、農(nóng)業(yè)自動化以及各種復(fù)雜的社會經(jīng)濟(jì)問題。研制出柔性制造系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)、智能機(jī)器人和專家系統(tǒng)等高級自動化系統(tǒng)。2023/12/89

自動化技術(shù)的發(fā)展歷史是一部人類以自己的聰明才智延伸和擴(kuò)展企管功能的歷史，自動化是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)的結(jié)晶，它的發(fā)展充分體現(xiàn)了科學(xué)技術(shù)的綜合作用。2023/12/810一、自動化控制的發(fā)展史二、污水處理廠自控系統(tǒng)的運用三、自控系統(tǒng)基本故障排除2023/12/811污水處理廠自控系統(tǒng)的運用1、污水處理廠PLC柜基本知識

此為污水處理廠自動化控制系統(tǒng)PLC控制柜，即指在前文提到的下位機(jī)。目前污水處理廠共有PLC控制柜三臺，其由北京賽特雷特公司制造，實現(xiàn)與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換與控制，內(nèi)部主要組成部分有以下幾項：2023/12/812污水處理廠自控系統(tǒng)的運用此為斷路器此為CPU此為繼電器此為交直流轉(zhuǎn)換電源2023/12/813污水處理廠自控系統(tǒng)的運用

CPU的核心內(nèi)容相當(dāng)于人的大腦，如同計算機(jī)中CPU的作用，主要作用就是將上位機(jī)下達(dá)的各項指令有效的傳輸至各模塊，引起動作；其次是將現(xiàn)場的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的收集，將數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)，由上位機(jī)做出判斷。2023/12/814污水處理廠自控系統(tǒng)的運用

我們知道，在任何控制電路和任意電路中，均需要有斷路器，斷路器的主要作用是防止高電壓或高電流突然沖擊對用電設(shè)備造成傷害，而PLC柜中的斷路器工作目的也是如此，其主要作用是保護(hù)各模塊防止高電壓產(chǎn)生時對模塊造成損害。2023/12/815污水處理廠自控系統(tǒng)的運用繼電器的作用相當(dāng)于開關(guān)控制當(dāng)量。當(dāng)上位機(jī)發(fā)出指令，需要某臺設(shè)備啟用或者停止時，這時繼電器就發(fā)揮作用，通過它控制現(xiàn)場設(shè)備的接觸器，閉合或打開相應(yīng)的觸點，實現(xiàn)設(shè)備的啟停控制。2023/12/816污水處理廠自控系統(tǒng)的運用交直流轉(zhuǎn)換電源不僅僅是將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，在西門子S7-300中，交直流轉(zhuǎn)換器需要將交流220V電壓轉(zhuǎn)換為直流24V電壓。24V直流電壓的用途一是對機(jī)架進(jìn)行供電，即對模塊進(jìn)行供電，保證模塊正常運轉(zhuǎn)，二是為繼電器的動作提供支持。2023/12/817污水處理廠自控系統(tǒng)的運用此為接線端子此為模塊此為PN接口此為浪涌保護(hù)器2023/12/818污水處理廠自控系統(tǒng)的運用模塊的作用對于輸入端來說，就是收集現(xiàn)場數(shù)據(jù)、信息，提供給上位機(jī)；對于輸出端來說，就是送出可編程控制器的各項指令，已達(dá)到遠(yuǎn)程控制的目的。2023/12/819污水處理廠自控系統(tǒng)的運用接線端子的作用有兩種，一是實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)到上位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸，或者是將指令傳遞至現(xiàn)場設(shè)備，控制現(xiàn)場設(shè)備的啟停；二是實現(xiàn)信號分離的目的，當(dāng)然在實現(xiàn)信號分離過程中需要新增加信號分配器，將一種信號分離為兩種、三種、四種信號，以實現(xiàn)不同的需要。2023/12/820污水處理廠自控系統(tǒng)的運用浪涌保護(hù)器的作用就相當(dāng)于一種保護(hù)裝置，它主要適用于現(xiàn)場模擬信號輸入模塊；在信號傳輸過程中采用的是小信號傳輸，即模擬信號量為4—20mA的小信號，但是為防止出現(xiàn)大電流誤接入模塊，導(dǎo)致模塊燒壞，需要一定的保護(hù)裝置，這就是浪涌保護(hù)器存在的道理。2023/12/8212023/12/822污水處理廠自控系統(tǒng)的運用

PN接口的作用很簡單，那就是實現(xiàn)上下位機(jī)之間的連接。前面已經(jīng)進(jìn)行了介紹，在本污水處理廠，PLC柜之間的數(shù)據(jù)傳輸是通過網(wǎng)線傳輸，在上位機(jī)與下位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸也是通過網(wǎng)線的形式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換與傳輸?shù)摹?023/12/823污水處理廠自控系統(tǒng)的運用2、污水處理廠上位機(jī)的相關(guān)知識

此為污水處理廠自動化控制系統(tǒng)的上位機(jī)主機(jī)，上位機(jī)在自控系統(tǒng)中也叫工業(yè)控制計算機(jī)，其與家用微型計算機(jī)的區(qū)別就在于硬件配置要高，無論是CPU還是硬盤，容量都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于家用計算機(jī)。2023/12/824污水處理廠自控系統(tǒng)的運用

此為污水處理廠上位機(jī)的監(jiān)控頁面。從監(jiān)控頁面中可以實時反映出當(dāng)前污水處理廠設(shè)備運行狀況，現(xiàn)場儀表數(shù)據(jù)傳輸情況，及污水處理廠整個的工藝流程圖。2023/12/825污水處理廠自控系統(tǒng)的運用3、自控系統(tǒng)的啟動污水處理廠自控系統(tǒng)的啟動可分為以下三個步驟，由于其與家用計算機(jī)不同，其啟動步驟及按鈕開關(guān)也是不一樣的。1、打開鑰匙2、按下啟動按鈕3、雙擊污水處理系統(tǒng)圖標(biāo)2023/12/826污水處理廠自控系統(tǒng)的運用4、界面操作及數(shù)據(jù)查詢通過工藝流程圖，第一可以全面的觀察到整個設(shè)施設(shè)備的情況，即指可以通過工藝流程圖可以直觀的看到污水廠的整個的工藝流程，其次可以反映出當(dāng)前設(shè)備的運行狀況，儀表數(shù)據(jù)監(jiān)測情況；三是通過工藝流程圖可以實時的發(fā)現(xiàn)設(shè)備運轉(zhuǎn)異常，如發(fā)生跳閘等事件可以第一時間進(jìn)行報警，值班人員可以發(fā)現(xiàn)。點擊可以查看報警項目點擊可以查看日月報表點擊可以查看分流程點擊可以進(jìn)入電流及主要指標(biāo)監(jiān)測畫面點擊可以進(jìn)行用戶登錄，方可以更改參數(shù)2023/12/8274.1工藝畫面污水處理廠自控系統(tǒng)的運用通過工藝畫面，可以直觀看到以下幾幅圖，他們分別是整個工藝流程的擴(kuò)展圖，通過擴(kuò)展圖可以更加詳盡的了解到污水處理流程的走向及設(shè)備運轉(zhuǎn)狀況。這是預(yù)處理部分設(shè)備設(shè)施圖這是厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)設(shè)備設(shè)施圖這是泥水分離區(qū)、集泥池及干化場設(shè)備設(shè)施圖2023/12/8284.2報表畫面污水處理廠自控系統(tǒng)的運用通過報表畫面，可以直觀看到目前所使用儀表的數(shù)據(jù)傳輸狀況，報表畫面，通過調(diào)整最上端的日期，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的有效查詢。這是數(shù)據(jù)趨勢圖這是報表畫面未查詢圖這是報表畫面查詢后圖2023/12/8294.3報警畫面污水處理廠自控系統(tǒng)的運用通過報警畫面，可以實時的看到所有故障設(shè)備發(fā)生的時間，故障消除的時間，這為中控管理規(guī)范化奠定基礎(chǔ)，與此同時，還通過報警畫面，能夠最短時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)故障設(shè)備，減少設(shè)備故障率擴(kuò)大化。這是報警畫面圖2023/12/8304.4NEW畫面污水處理廠自控系統(tǒng)的運用

根據(jù)河南省環(huán)保廳的相關(guān)要求，需要對污水廠進(jìn)出水水質(zhì)、提升泵電流、污水處理過程中溶解氧、污泥濃度、曝氣轉(zhuǎn)刷等電流參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，在2012年年底進(jìn)行了系統(tǒng)改造及升級，這就是新增加的系統(tǒng)。進(jìn)出水質(zhì)曲線查詢曝氣機(jī)組曲線查詢生化參數(shù)歷史曲線設(shè)施運行參數(shù)設(shè)置進(jìn)出水量曲線查詢綜合疊加曲線查詢運行記錄報表查詢?nèi)吭O(shè)施運行狀態(tài)2023/12/8314.4.1運行記錄報表查詢污水處理廠自控系統(tǒng)的運用通過運行記錄報表查詢，可以查詢當(dāng)前一天的數(shù)據(jù)情況，也可以查詢一個月的數(shù)據(jù)情況，還可以查詢一年內(nèi)的數(shù)據(jù)情況，查詢方式是通過改變頂端日期并選擇報表類型。查詢前報表查詢后報表2023/12/8324.4.2綜合疊加曲線查詢污水處理廠自控系統(tǒng)的運用通過綜合疊加曲線查詢，可以查看所有監(jiān)控參數(shù)的曲線，通過調(diào)整下端日期開始時間與結(jié)束時間，可以查詢一段時間內(nèi)的參數(shù)變化曲線。查詢前曲線查詢后曲線2023/12/8334.4.3進(jìn)出水量曲線查詢污水處理廠自控系統(tǒng)的運用通過進(jìn)出水量曲線查詢，可以查看進(jìn)口、出口水量的變化曲線，還可以查詢提升泵房四臺提升泵的電流變化曲線。查詢前曲線查詢后曲線2023/12/8344.4.4進(jìn)出水質(zhì)曲線查詢污水處理廠自控系統(tǒng)的運用通過進(jìn)出水質(zhì)曲線查詢，可以查看進(jìn)出水氨氮、COD的曲線變化情況，從而形成直觀的方式判斷進(jìn)出水的穩(wěn)定性。查詢前報表查詢后報表2023/12/8354.4.5曝氣機(jī)組曲線查詢污水處理廠自控系統(tǒng)的運用通過曝氣機(jī)組曲線查詢,可以查看到曝氣機(jī)組的運行情況，并且通過勾選旁邊的選框，可以查看到不同選擇下的曲線狀況。曝氣機(jī)組曲線查詢圖2023/12/8364.4.6生化參數(shù)歷史曲線污水處理廠自控系統(tǒng)的運用通過查詢生化參數(shù)曲線，可以查看在運行過程中溶解氧、污泥濃度的含量的變化曲線，通過調(diào)整下方的日期選擇，可以查詢一段時間內(nèi)的生化參數(shù)的變化曲線。查詢前報表查詢后報表