基于PCS7的污水处理装置控制系统设计

摘要：污水处理一直以来都是石化、炼油行业的关键问题，所以关于污水处理控制器的设计尤为重要。本文根据炼油污水处理的工艺要求，提出基于PCS7的控制系统设计方案，并通过介绍污水处理的实时案例，验证PCS7控制系统完整且开放灵活，具有较强的诊断功能，组态软件丰富、使用方便，在石化炼油行业具有借鉴意义。

关键词：PCS7 污水装置

0引言

炼油污水是炼油化工行业生产、运行过程中产生的不可直接利用的污染水，其污染的种类多、浓度高，对环境的危害大。炼油污水处理和回收利用一直都是石化领域的关键问题。在炼油过程中由炼油污水引起的环保问题已成为炼油厂向规模化发展的制约因素之一，因此炼油污水处理装置控制系统设计尤为重要[1]。

1 系统工艺介绍

炼油厂厂区内各工艺装置排出的含油污水进入集水池，由泵送至旋液分离罐进行初步油水分离。处理后的污水流入涡凹气浮系统，对含油污水作破乳处理，经涡凹气浮系统处理的出水确保水质达标后送至水厂作生化处理。不合格污水通过回流管线回流到污水调节池静置，等水质好转后进系统处理。系统处理过程中回收的污油集中在污油槽，然后用污油泵送至污油脱水罐脱水处理。系统处理过程中产生的油泥和浮渣集中在油泥槽和浮渣槽里，再用油泥泵及浮渣泵送至浮渣贮存池装车外运。工艺流程如图1所示。

2基于PCS7的控制系统设计

2.1基于PCS7控制系统的设计准则

1）项目创建时，PCS7自动在BLOCKS 中加入系统组织块OB1：循环处理组织块OB35：监视中断；OB80：故障响应；OB82：诊断中断；OB85：过程输入映像诊断；OB100：重新启动块OB121：同步错误响应；OB122：I/O访问错误诊断。这样在出现冗余或其它错误时能及时调用系统中断，而不会导致CPU停机。这项功能方便、实用，排除了很多编程时可能发生的问题，因为单独安装的STEP7中，是需要手动加入这些系统中断块的。

2）在工程的程序设计中，用的最多是CFC程序组态。CFC程序组态是一种图形式的组态，方便、直观，操作简便。PCS7将许多逻辑、运算功能形成了功能块，在进行程序组态时，如需用到某种逻辑、运算功能，就可在PCS7的功能块库中找到与之相应的功能块，将其直接拖放至CFC组态画面即可。CFC程序中的大多参数可以在线修改， 非常方便。

3）上位监控系统的控制菜单是通过Plant View建立，编译后自动生成，而不需要再动手一一建立；PCS7 拥有良好的用户界面及强大的系统功能块库，大大节省系统编程组态的时间和费用。该项目调试时，选择在线监控，很直观地看到程序运行情况，可随时修改程序再试，通过查看诊断缓冲区信息，很快判断出故障原因，使程序调试和寻找问题变得容易，提高了效率。本系统是一个冗余系统，当冗余丢失时，上位只报一个冗余丢失的错误，但这时我们把诊断缓冲区打开，同时将各个站的模块在线信息读出，则可以判断出是哪个站的冗余出了问题，可以非常明确的去目的地处理问题。这样充分享受到PCS7提供的完善的调试手段所带来的好处。

2.2控制器

设计时充分考虑系统的安全可靠性， 系统采用S7-414为主控制器构成的PCS7冗余控制方案，S7-414H 是一个容错（冗余）的PLC，可有效减少生产的停机危险，适用于需尽量避免故障停机时间的场合。容错性通过两个并行中央控制器实现，其CPU通过光纤连接，并通过冗余Profibus-DP总线对I/O进行控制。错误发生时，将会出现一个无扰动传输控制，热备单元将在中断处继续执行而不丢失任何信息[3]。

2.3电源设计

电源采用了冗余的SITOP 电源，保证了系统的兼容性和供电部分的安全可靠。

2.4 上位监控及上位与CPU 之间的工业以太网

上位监控采用1台操作员站，1台工程师站，每个站配备有Siemens的CP1613工业以太网卡，以实现上位机同CPU及其他现场设备之间的以太网通信。上位机的以太网口和CPU414H集成的以太网口通过MOXA交换机连接在一个网络上，完成数据的交换。

2.5 CPU 与现场站之间的通信

由于污水装置占地面积广，系统运用带冗余通讯接口模ET200M远程站。各ET-200M站是经PROFIBUS -DP总线串联起来的。PROFIBUS-DP总线采用屏蔽双绞线电缆，把现场的测量值，用数字通讯的方式送到控制器中。这样可以省掉大量的电缆和桥架与安装、调试工时，仅硬件线缆及接线就比传统的集中控制节省40%的费用。现场一次仪表检测的各种工艺参数经变送器送至支持热插拔导轨机架上安装的I/O模块。

3 污水装置控制系统的设计案例

3.1 操作界面

流程图在WINCC编辑画面下组态设计完成。该污水的工艺流程控制画面，并可随意切换：污水总图、污水进料图、涡凹气浮图、污油浮渣系统图、罐区图、超声脱水图、集中参数图、历史趋势图。

3.2 重要参数的显示和报警

完成对污水进料、涡凹气浮、污油浮渣系统、罐区、超声脱水等各部分的温度、压力、流量和液位等重要参数的显示和报警。系统共有近100 个的模拟量测点， 对这些测点的上下限报警使用传统的组态方法是很麻烦的，需要一个一个的来做画面，而在PCS7中，这些工作可以通过PCS7 中的block icon 批量实现，PCS7 能够将用户做的程序块和监控程序WINCC中的@PCS7TEPYICAL 画面中的图标映射在一起，用户只需做好程序块的接口，然后在@PCS7TEPYICAL画面中做一个图标，将图标中的对象属性定义为程序块中的变量即可。这样在PCS7 进行编译时，会在画面上自动生成块对应的图标。在该污水总图中，利用图标颜色标识模拟量的上下限报警。报警信息可按报警产生顺序在Alarm log 中查阅、打印。

3.3 历史趋势和报表

PCS7 中有便利的变量归档机制， 不需要一个一个的定义归档变量， 仅在编程时定义好变量的Archive 属性，这样在程序编译时，系统可以自动的将具有归档属性的变量进行记录，用户所需做的只是根据现场情况调整WINCC 中变量采集和归档的周期。如下图2所示为历史趋势图。

4、总结

本次控制系统采用完全无缝集成的自动化解决方案——西门子PCS 7系统，其结合了传统DCS和PLC 控制系统的优点。与常规的DCS和PLC相比，西门子PCS7突出的优点在于：系统完整且开放灵活，支持100MB ETHERNET TCP/IP、集成现场总线技术PROFIBUS，拥有全局关系数据库SYSBASE，具有较强的诊断功能，不仅提供系统诊断，而且提供智能设备诊断，组态软件丰富、使用方便，控制器采用多任务处理器，同时实现大量负载回路控制和快速逻辑控制。

选用SIMATIC PCS7 实现污水装置系统控制，达到设计控制要求，使污水处理控制过程安全可靠，并具有良好的可操作性。强大的通讯功能使各独立的生产单元设备协调统一，集中监控，故障查询方便，集成度高，扩展方便，达到了污水处理过程集中监测的目的。

参考文献

[1] 梁立伟.炼油污水处理厂运行过程中PH值的控制方案研究[J].石油化工安全环保技术，2010，26（2）：63-64.

[2] 麦雪凤，彭炳华等.基于PCS7 的变比值控制应用程序开发[J].计算机测量与控制，2010，18（4）：952-955.

[3] 孙自强，丁小冬.基于PCS7 的加热炉燃烧控制策略及仿真研究[J].控制工程，2012，19（1）：48-52.