安偉

（河南焦作中國鋁業(yè)中州分公司，河南 焦作 454174）

1 前言

近年來隨著自動化技術、設備及在線監(jiān)測儀表的發(fā)展，使得對污水處理的自動化成為可能。同時對污水處理工藝進行自動化監(jiān)測和實時控制是提高污水處理效率、降低處理能耗的關鍵。而污水處理是一個多參量(如液位、水質成分、流量、壓力等)、多任務(如污水輸送、水泵的啟停等)、多設備(如格柵機、水泵、變頻泵、閥門等)且具有隨機性、時變性和耦合性的復雜系統(tǒng)。因此，污水處理應由一個智能監(jiān)控與綜合管理系統(tǒng)來進行現(xiàn)代化的控制，使之安全可靠地運行。

2 基礎控制系統(tǒng)

工業(yè)廢水處理控制系統(tǒng)分為兩個部分，一個是加藥房控制系統(tǒng)，主要設備是凈水器，藥劑儲罐，加藥房控制系統(tǒng)采用了S7-300控制系統(tǒng)，完成了其內(nèi)部的工藝過程控制，現(xiàn)場帶有觸摸屏，操作人員可以進行操作。除了加藥房，其他的流程控制由浙大JX300XP系統(tǒng)完成，在中央操作室，通過JX300XP DCS系統(tǒng)的人機界面可以操作除加藥房以外的工藝過程。

為了便于生產(chǎn)的組織、操作方便和系統(tǒng)優(yōu)化，利用PROFIBUS現(xiàn)場總線技術將兩個系統(tǒng)互聯(lián)，進行通信。操作人員可以在中央控制室總攬整個工業(yè)廢水處理系統(tǒng)。

3 JX300XP與S7-300 PROFIBUS DP通信的實現(xiàn)

SUPCON JX300XP系統(tǒng)是一個功能強大的DCS控制系統(tǒng)，良好的開放性能支持ModBus和ProfiBus通信協(xié)議，在網(wǎng)絡策略和數(shù)據(jù)分組的基礎上實現(xiàn)了具有對等C/S模式特征的操作網(wǎng)絡服務，系統(tǒng)安全、可靠，長期運行穩(wěn)定。JX300XP系統(tǒng)用于Profibus DP通信卡是XP239DP。

SIEMENS S7-300也是一款開放性很好的PLC，加藥房控制系統(tǒng)CPU是CPU314C-2DP，這種CPU自帶兩個DP口，一個用于現(xiàn)場觸摸屏，一個用于和JX300XP通信。

PROFIBUS是一種國際化、開放式、不依賴于設備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標準。廣泛適用于制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化和樓宇、交通電力等其他領域自動化。PROFIBUS(ProcessFieldbus)由三個兼容部分組成：PROFIBUS-DP，PROFIBUS-PA，PROFIBUSFMS。PROFIBUS-DP:是一種高速低成本通信，用于設備級控制系統(tǒng)與分散式I/O的通信。可取代24VDC或4－20mA信號傳輸。

用于設備級控制系統(tǒng)與分散式通信。有較高的實時性，數(shù)據(jù)的傳輸速率為9.6kbit/s-12Mbit/s，響應時間快，在工業(yè)生產(chǎn)中應用廣泛。

在工業(yè)廢水處理控制系統(tǒng)Profibus DP通信中，JX300XP系統(tǒng)作為通信系統(tǒng)的主站，S7-300作為從站。

3.1 主、從站組態(tài)

在工業(yè)廢水處理控制系統(tǒng)Profibus DP通信中，首先要在JX300XP系統(tǒng)中安裝Profibus-DP主站接口卡XP239DP，還要安裝DP通信組態(tài)軟件SYCON，S7-300系統(tǒng)中CPU314C-2DP支持與JX300XP通信，這樣整個系統(tǒng)的硬件架構基本完成。

3.1.1 從站組態(tài)

首先，對S7-300 CPU進行DP從站的配置，只要用戶組態(tài)中此CPU不是DP主站，則以下過程將不會對其有任何影響。從站的地址設置為3，通信速率為1.5Mbit/s，通信類型為Profibus DP，然后，建立DB通信模塊，這里我們建立兩個DB塊，DB1用于PLC的接收數(shù)據(jù)塊，DB2用于PLC的輸出數(shù)據(jù)塊。分別在DB1，DB2通信塊里建立I.Q映射表，I表接受主站輸出數(shù)據(jù)，Q表往主站發(fā)送數(shù)據(jù)，每個模塊最大可以配置32個字節(jié)或16個字。最后一步就是數(shù)據(jù)傳輸程序，這樣從站就配置完成了。

3.1.2 主站組態(tài)

對于主站的配置，主要有兩步，第一步，要對SYCON軟件組態(tài)，在SYCON軟件里對系統(tǒng)進行虛擬的連接，首先要導入GSD文件，主站地址設置為0，然后建立從站，地址為3。并設置其他參數(shù)，主站輸入設置為16字，輸出設置16字。保存配置。第一步就完成了。

第二步，要對JX300XP系統(tǒng)軟件組態(tài)，通過SYCON軟件，已經(jīng)把從站的數(shù)據(jù)傳送給了主站，即JX300XP系統(tǒng)里。在JX300XP軟件里，把XP239DP作為一個控制卡進行組態(tài)，主控卡地址為6，按照地址表，組態(tài)相應的I/O信號。

4 其他流程的控制方案與實現(xiàn)

除了加藥房控制系統(tǒng)，其余設備由JX300XP系統(tǒng)控制，控制實現(xiàn)過程中采用了PID調節(jié)控制和連鎖控制，PID控制可以使設備更加穩(wěn)定運行，對于廢水處理工藝特點，被控對象的結構和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學模型，控制理論的其它技術難以采用，系統(tǒng)控制器的結構和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調試來確定，這時應用PID控制技術最為方便，連鎖控制也非常重要。

對于那些不能用PID調節(jié)控制的參數(shù)，為了保證系統(tǒng)運行穩(wěn)定，控制準確，我們采用了連鎖控制，它可以控制精確，減少操作人員的勞動強度。

4.1 典型的PID回路控制

在工業(yè)廢水控制系統(tǒng)中，有變頻器PID調節(jié)，閥門開度和流量的PID調節(jié)，變頻泵和液位PID調節(jié)等。為了操作方便，可以選擇是否用PID調節(jié)，不用PID調節(jié)，操作人員可以手動進行調節(jié)。下面以吸水池和兩臺變頻泵取水泵為例，簡單介紹一下PID調節(jié)的實現(xiàn)。變頻泵的頻率和我們預先設定的液位進行比較，得到的差值經(jīng)過PID調節(jié)，在調節(jié)頻率的大小。達到穩(wěn)定控制的目的。PID參數(shù)的整定一般要遵循幾個原則，首先要有一定的穩(wěn)定裕度，以便對象特性改變時調節(jié)器的參數(shù)仍能適應。對于定值控制系統(tǒng)，衰減比一般為1：4，在滿足裕度的條件下使品質指標盡可能的好；對于液位調節(jié)，比例度在20到80之間，積分在1到5之間即可。我們分別設置為設定為30和2.6，微分不用。

4.2 連鎖控制

連鎖控制我們經(jīng)常用到，在工業(yè)廢水控制系統(tǒng)里，大量用到了連鎖，我們以凈水器取水過程為例，對連鎖控制進行說明，連鎖要求是：(1)取水泵頻率手動調節(jié)時，吸水池的液位高于H1啟動取水泵，低于H0時停止取水泵；(2)取水泵可以選擇是否連鎖控制；(3)當凈水器入口濁度大于2000時，不論取水泵是否在連鎖位置，都要先關閉進水閥門，后停止取水泵。

5 結語

在工業(yè)廢水控制系統(tǒng)中，大量采用了PID調節(jié)和連鎖控制，使得系統(tǒng)自身能夠按照程序自動運行，成功應用了Profibus DP通信，實現(xiàn)了JX300XP與SIEMENS PLC之間的數(shù)據(jù)通信。工業(yè)廢水控制系統(tǒng)成功投運，不但起到了環(huán)保的效果，而且降低了生產(chǎn)成本，增加了企業(yè)的效益，大大減少了操作人員的勞動強度，提高了生產(chǎn)效率，優(yōu)化了生產(chǎn)指標，而且提升了企業(yè)自動化水平。

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