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之 自动化控制基础知识 污水处理厂技术讲堂 前言 什么是自动化控制 自动化控制系统适用于生产 经营 军事等各个领域 如我们常见的有电梯运行 红绿灯控制 卫星发射 导弹制导 冶金 矿山等各个行业 而且伴随着现代化工业的发展 自动化控制已经渐渐的取代了人力劳动 这为企业的快速发展奠定了良好的基础 因此说 企业的自动化程度决定了企业的生死存亡 一 自动化控制的发展史 二 污水处理厂自控系统的运用 三 自控系统基本故障排除 自动化控制的发展史 1 几个基本概念 自动化控制的发展史 2 自动化系统的发展历史 自动化控制的发展史 自动化技术的形成 社会的需要是自动化技术发展的动力 自动化技术是紧密围绕着生产 军事设备的控制以及航空航天工业的需要而形成和发展起来的 其最早产生是在1788年 瓦特为了解决工业生产中提出的蒸汽机的速度控制问题 把离心式调速器与蒸汽机的阀门联结起来 构成蒸汽机转速调节系统 使蒸汽机变为既安全又实用的动力装置 瓦特的这项发明开创了自动调节装置的研究和应用 在解决随之出现的自动调节装置的稳定性的过程中 数学家提出了判定系统稳定性的判据 积累了设计和使用自动调节器的经验 自动化控制的发展史 局部自动化 20世纪40年代是自动化技术和理论形成的关键时期 一批科学家为了解决军事上提出的火炮控制 鱼雷导航 飞机导航等技术问题 逐步形成了以分析和设计单变量控制系统为主要内容的经典控制理论与方法 机械 电气和电子技术的发展为生产自动化提供了技术手段 50年代以后 自动控制作为提高生产率的一种重要手段开始推广应用 它在机械制造中的应用形成了机械自动化 在石油 化工 冶金等连续生产过程中应用 对大规模的生产设备进行控制和管理 形成了过程自动化 电子计算机的推广和应用 使自动控制与信息处理相结合 出现了业务管理自动化 50年代末到60年代初 大量的工程实践 尤其是航天技术的发展 涉及大量的多输入多输出系统的最优控制问题 用经典的控制理论已难于解决 于是产生了以极大值原理 动态规划和状态空间法等为核心的现代控制理论 现代控制理论提供了满足发射第一颗人造卫星的控制手段 保证了其后的若干空间计划 如导弹的制导 航天器的控制 的实施 控制工作者从过去那种只依据传递函数来考虑控制系统的输入输出关系 过渡到用状态空间法来考虑系统内部结构 是控制工作者对控制系统规律认识的一个飞跃 自动化控制的发展史 综合自动化 现代控制理论在自动化中的应用 特别是在航空航天领域的应用 产生一些新的控制方法和结构 如自适应和随机控制 系统辨识 微分对策 分布参数系统等 与此同时 模式识别和人工智能也发展起来 出现了智能机器人和专家系统 现代控制理论和电子计算机在工业生产中中的应用 使生产过程控制和管理向综合最优化发展 自动化的应用开始面向大规模 复杂的系统 如大型电力系统 交通运输系统 钢铁联合企业 国民经济系统等 它不仅要求对现有系统进行最优控制和管理 而且还要对未来系统进行最优筹划和设计 运用现代控制理论方法已不能取得应有的成效 于是出现了大系统理论与方法 80年代初 随着计算机网络的迅速发展 管理自动化取得较大进步 出现了管理信息系统 办公自动化 决策支持系统 与此同时 人类开始综合利用传感技术 通讯技术 计算机 系统控制和人工智能等新技术和新方法来解决所面临的工厂自动化 办公自动化 医疗自动化 农业自动化以及各种复杂的社会经济问题 研制出柔性制造系统 决策支持系统 智能机器人和专家系统等高级自动化系统 一 自动化控制的发展史 二 污水处理厂自控系统的运用 三 自控系统基本故障排除 污水处理厂自控系统的运用 1 污水处理厂PLC柜基本知识 此为污水处理厂自动化控制系统PLC控制柜 即指在前文提到的下位机 目前污水处理厂共有PLC控制柜三台 其由北京赛特雷特公司制造 实现与上位机之间的数据交换与控制 内部主要组成部分有以下几项 污水处理厂自控系统的运用 污水处理厂自控系统的运用 CPU的核心内容相当于人的大脑 如同计算机中CPU的作用 主要作用就是将上位机下达的各项指令有效的传输至各模块 引起动作 其次是将现场的数据进行有效的收集 将数据传输至上位机 由上位机做出判断 污水处理厂自控系统的运用 我们知道 在任何控制电路和任意电路中 均需要有断路器 断路器的主要作用是防止高电压或高电流突然冲击对用电设备造成伤害 而PLC柜中的断路器工作目的也是如此 其主要作用是保护各模块防止高电压产生时对模块造成损害 污水处理厂自控系统的运用 继电器的作用相当于开关控制当量 当上位机发出指令 需要某台设备启用或者停止时 这时继电器就发挥作用 通过它控制现场设备的接触器 闭合或打开相应的触点 实现设备的启停控制 污水处理厂自控系统的运用 交直流转换电源不仅仅是将交流电转换为直流电 在西门子S7 300中 交直流转换器需要将交流220V电压转换为直流24V电压 24V直流电压的用途一是对机架进行供电 即对模块进行供电 保证模块正常运转 二是为继电器的动作提供支持 污水处理厂自控系统的运用 污水处理厂自控系统的运用 模块的作用对于输入端来说 就是收集现场数据 信息 提供给上位机 对于输出端来说 就是送出可编程控制器的各项指令 已达到远程控制的目的 污水处理厂自控系统的运用 接线端子的作用有两种 一是实现现场数据到上位机的数据传输 或者是将指令传递至现场设备 控制现场设备的启停 二是实现信号分离的目的 当然在实现信号分离过程中需要新增加信号分配器 将一种信号分离为两种 三种 四种信号 以实现不同的需要 污水处理厂自控系统的运用 浪涌保护器的作用就相当于一种保护装置 它主要适用于现场模拟信号输入模块 在信号传输过程中采用的是小信号传输 即模拟信号量为4 20mA的小信号 但是为防止出现大电流误接入模块 导致模块烧坏 需要一定的保护装置 这就是浪涌保护器存在的道理 污水处理厂自控系统的运用 PN接口的作用很简单 那就是实现上下位机之间的连接 前面已经进行了介绍 在本污水处理厂 PLC柜之间的数据传输是通过网线传输 在上位机与下位机之间的数据传输也是通过网线的形式实现数据的交换与传输的 污水处理厂自控系统的运用 2 污水处理厂上位机的相关知识 此为污水处理厂自动化控制系统的上位机主机 上位机在自控系统中也叫工业控制计算机 其与家用微型计算机的区别就在于硬件配置要高 无论是CPU还是硬盘 容量都远远高于家用计算机 污水处理厂自控系统的运用 此为污水处理厂上位机的监控页面 从监控页面中可以实时反映出当前污水处理厂设备运行状况 现场仪表数据传输情况 及污水处理厂整个的工艺流程图 污水处理厂自控系统的运用 3 自控系统的启动 污水处理厂自控系统的启动可分为以下三个步骤 由于其与家用计算机不同 其启动步骤及按钮开关也是不一样的 1 打开钥匙 2 按下启动按钮 3 双击污水处理系统图标 污水处理厂自控系统的运用 4 界面操作及数据查询 通过工艺流程图 第一可以全面的观察到整个设施设备的情况 即指可以通过工艺流程图可以直观的看到污水厂的整个的工艺流程 其次可以反映出当前设备的运行状况 仪表数据监测情况 三是通过工艺流程图可以实时的发现设备运转异常 如发生跳闸等事件可以第一时间进行报警 值班人员可以发现 点击可以查看报警项目 点击可以查看日月报表 点击可以查看分流程 点击可以进入电流及主要指标监测画面 点击可以进行用户登录 方可以更改参数 4 1工艺画面 污水处理厂自控系统的运用 通过工艺画面 可以直观看到以下几幅图 他们分别是整个工艺流程的扩展图 通过扩展图可以更加详尽的了解到污水处理流程的走向及设备运转状况 这是预处理部分设备设施图 这是厌氧区 缺氧区 好氧区设备设施图 这是泥水分离区 集泥池及干化场设备设施图 4 2报表画面 污水处理厂自控系统的运用 通过报表画面 可以直观看到目前所使用仪表的数据传输状况 报表画面 通过调整最上端的日期 可以进行数据的有效查询 这是数据趋势图 这是报表画面未查询图 这是报表画面查询后图 4 3报警画面 污水处理厂自控系统的运用 通过报警画面 可以实时的看到所有故障设备发生的时间 故障消除的时间 这为中控管理规范化奠定基础 与此同时 还通过报警画面 能够最短时间内发现故障设备 减少设备故障率扩大化 这是报警画面图 4 4NEW画面 污水处理厂自控系统的运用 根据河南省环保厅的相关要求 需要对污水厂进出水水质 提升泵电流 污水处理过程中溶解氧 污泥浓度 曝气转刷等电流参数进行监控 在2012年年底进行了系统改造及升级 这就是新增加的系统 4 4 1运行记录报表查询 污水处理厂自控系统的运用 通过运行记录报表查询 可以查询当前一天的数据情况 也可以查询一个月的数据情况 还可以查询一年内的数据情况 查询方式是通过改变顶端日期并选择报表类型 查询前报表 查询后报表 4 4 2综合叠加曲线查询 污水处理厂自控系统的运用 通过综合叠加曲线查询 可以查看所有监控参数的曲线 通过调整下端日期开始时间与结束时间 可以查询一段时间内的参数变化曲线 查询前曲线 查询后曲线 4 4 3进出水量曲线查询 污水处理厂自控系统的运用 通过进出水量曲线查询 可以查看进口 出口水量的变化曲线 还可以查询提升泵房四台提升泵的电流变化曲线 查询前曲线 查询后曲线 4 4 4进出水质曲线查询 污水处理厂自控系统的运用 通过进出水质曲线查询 可以查看进出水氨氮 COD的曲线变化情况 从而形成直观的方式判断进出水的稳定性 查询前报表 查询后报表 4 4 5曝气机组曲线查询 污水处理厂自控系统的运用 通过曝气机组曲线查询 可以查看到曝气机组的运行情况 并且通过勾选旁边的选框 可以查看到不同选择下的曲线状况 曝气机组曲线查询图 4 4 6生化参数历史曲线 污水处理厂自控系统的运用 通过查询生化参数曲线 可以查看在运行过程中溶解氧 污泥浓度的含量的变化曲线 通过调整下方的日期选择 可以查询一段时间内的生化参数的变化曲线 查询前报表 查询后报表 一 自动化控制的发展史 二 污水处理厂自控系统的运用 三 自控系统基本故障排除 1 万用表的使用 在污水处理厂自动化控制系统故障排除过程中 我们将经常使用的检测仪器是万用表 那么首先我们先看一下万用表的基本使用 自控系统基本故障排除 电压 电阻测量表笔插入孔 电流测量表笔插入孔 通断测量档 自控系统基本故障排除 2 异常断电下的恢复 在异常停电后 如果想要进行恢复自控系统 首先需要对PLC柜内的供电部分进行恢复 方可以启动提升泵 为此 需要将PLC柜中的断路器逐一进行合闸 在合闸过程中 由于电流过大 导致合