电解锰废水处理控制系统的设计与实现 79页

~~%:TP27341:t1:1ti!3:10427~fJ.l:07f?!f.-¥4-:2013220389m~~!t£~~1Jt~O!P!t14?i;.A~~~~(®!t.gt).1£.)J.:L:f.i.$i"~W:~jJJJ..:I.:f!.Zl!-:1:-~M~fa]2015.if-sfJ31an分类号：TP273单位代码：10427密级：公开学号：2013220389硕士学位论文电解锰废水处理控制系统的设计与实现研究生姓名董健导师姓名孟庆金学科（领域）控制工程申请学位类别工程硕士答辩时间2015年5月31日nDesignandRealizationoftheControlSystemforElectronicManganeseWastewaterTreatmentByDONGJianUndertheSupervisionofMENGQingJinAThesisSubmittedtotheUniversityofJinanInPartialFulfillmentoftheRequirementsFortheDegreeofMasterofControlEngineeringUniversityofJinanJinan,Shandong,P.R.ChinaMay,2015n*A~~%~=m~~~#m~~·~*Aa~~~m~T.~~mff~nm~ffl!¥JPX:*.PiX~Bi£i£BA'JIffla11*J?&>rr.is:iQ)(::f§.f31f{PJJ't1m1'-AQX~f*2f21:Z*~m~M~MM~~oM*~~m~~ili-~~~~1'-A~-~.~B~~~~~@~~~~·*A~~gm~*F~~~W~ff~*A~m.*A~~TMmm*~~~~m.~m~m~~~-~.~~~m~m~~~*~*$n~m~~~~y~~~#®~~~,ftW~~~~OO~&~;*A~~$~*~m~~~&*~OO~$~$*~$~A~*~mw~ff~~.ey~*m~~~~~~~~~~~a~~~)(~~~*~&~)(.n济南大学硕士学位论文目录第一章绪论........................................................................................................................11.1课题的研究背景及意义..............................................................................................11.2课题的研究概况..........................................................................................................11.2.1电解锰废水来源分析.........................................................................................11.2.2电解锰废水含量及处理方法分析.....................................................................21.2.3本课题的研究目的.............................................................................................31.3废水处理技术研究现状...............................................................................................41.4本文主要工作及章节安排...........................................................................................4第二章废水处理工艺要求与控制系统整体方案................................................................72.1含铬废水的处理...........................................................................................................72.1.1含铬废水处理方法.............................................................................................72.1.2含铬废水处理主要工段控制要求.....................................................................82.2含锰废水处理系统.....................................................................................................102.2.1含锰废水处理方法...........................................................................................102.2.2含锰废水处理主要工段控制要求...................................................................112.3控制系统的需求分析.................................................................................................132.3.1连锁控制关系控制要求..................................................................................142.3.2PID单回路控制要求.......................................................................................152.3.3流量—液位串级控制的控制要求..................................................................152.3.4含锰IMF膜组件控制要求.............................................................................162.3.5含锰RO膜组件控制要求..............................................................................182.4确定控制系统的控制平台.........................................................................................192.5本章小结.....................................................................................................................20第三章控制系统的硬件设计及现场调试..........................................................................213.1分散过程控制级........................................................................................................213.1.1DCS过程控制站..............................................................................................213.1.2DCS控制器......................................................................................................213.1.3I/O站..............................................................................................................233.2系统供电....................................................................................................................263.3集中监控操作级........................................................................................................26In电解锰废水处理控制系统的设计与实现3.3.1工程师站...........................................................................................................263.3.2操作员站...........................................................................................................273.4通讯网络的实现.........................................................................................................273.4.1过程站总线网络...............................................................................................273.4.2工业以太网.......................................................................................................283.5全局硬件平台整合.....................................................................................................283.6现场调试.....................................................................................................................293.6.1抗干扰措施分析...............................................................................................293.6.2DCS电气控制原理分析..................................................................................303.6.3电机控制相关信号的介绍及打点试车...........................................................313.7本章小结.....................................................................................................................34第四章控制系统的软件设计..............................................................................................354.1控制系统组态.............................................................................................................354.2主要控制环节软件设计.............................................................................................354.2.1连锁控制关系...................................................................................................354.2.2PID单回路反馈控制系统............................................................................374.2.3液位—流量串级控制系统...............................................................................404.2.4含锰IMF膜组件自控操作..............................................................................424.3监控系统的设计.........................................................................................................524.3.1实时监控界面...................................................................................................524.3.2实时监控界面...................................................................................................534.3.3报警信息提示...................................................................................................544.3.4操作记录...........................................................................................................554.4本章小结.....................................................................................................................55第五章结论与展望..............................................................................................................575.1结论............................................................................................................................575.2展望............................................................................................................................57参考文献..................................................................................................................................59致谢......................................................................................................................................63附录......................................................................................................................................65IIn济南大学硕士学位论文摘要电解锰行业是典型的高能耗、高污染、资源型的“两高一资”行业。电解金属锰生产过程中产生的含有高浓度金属锰、金属铬、氨氮等的工业废水是制约行业绿色发展的关键因素之一。我国是世界上电解锰生产第一大国，随着锰的国际市场需求量不断提高，电解锰废水处理生产装置的建立，将会对企业的可持续发展及人类环境保护起到关键作用。但是，电解锰废水处理工艺复杂，由于日锰产量的指标不同,产生的废水水量、有害离子的浓度等变化较大，不易掌握和控制，因此对控制系统提出了更高的要求。本课题结合宁夏某公司20万吨/年电解金属锰生产废水处理项目，对其控制系统的设计和实现进行研究。经过对电解锰生产废水控制系统的工艺流程和控制要求的具体了解后，研究和设计了一套基于西门子公司的PCS7V8.0软件平台对整个生产工艺流程进行监控和管理。论文详细阐述了系统的体系结构、硬件组态和软件设计过程。本课题的研究结合了企业发展的实际需求，采用“还原—中和”法废水处理技术，将电解锰废水处理领域沉淀的工艺经验和新的有效控制方案相结合，更好地实现了产水的达标排放。整个废水处理控制系统已经投产运行，系统运行的结果表明：基于西门子PCS7V8.0电解锰废水处理控制系统明显实现了“原水清洁处理，产水达标排放利用”的工艺要求，且系统运行安全、可靠，达到了预期目标。关键词：电解锰；废水处理；DCS；PCS7V8.0；达标排放IIIn济南大学硕士学位论文AbstractElectrolyticmanganeseindustryisatypicalareawithhigh-energy-consuming,highpollution,resource-based.Industrialwastewatercontaininghighconcentrationsofmetalssuchasammonianitrogenintheprocessofelectrolyticmanganese,whichisoneofthekeyfactorsrestrictingthedevelopmentofgreenindustry.Chinaisthefirstbigcountryofelectrolyticmanganeseproductionintheworld.Withtheincreasingdemandofmanganeseintheinternationalmarket,theestablishmentofthewastewaterdeviceoftheelectrolyticmanganesewillplayakeypartintheenterprise’ssustainabledevelopmentandhumanenvironmentalprotection.However,Wastewatertreatmenttechnologyiscomplex,andoftenhasabigchangeabouttheamountofintowater,watercompositionandconcentration.Besides,theprocessisofteninunstablecondition,whichisnoteasytocontrolandmanagement.Thereforeitputsforwardhigherrequirementsoncontrolsystem.Thesubjectofacombinedcompany,Ningxia,200000tons/yearofelectrolyticmanganeseproductionexpansionproject,researchdesignandimplementationofcontrolsystemsforits.Onthebasisofprocesscontrolrequirementsanddetailedanalysisofthetechnologicalprocess,researchanddesignasetofsoftwareplatformbasedSiemens’sPCS7V8.0productionlinecontrolsystemtomonitorthewholeproductionprocessandmanage.Paperelaboratesthesystemarchitecture,hardwaredesign,soft-waredesignandconfigurationprocesstechnologyoperatingresults.Thispaperstudiesthecombinationofthepracticalneedsofenterprisedevelopment.Usingthemethodof“reduction-neutralization”,combiningthetechnologyreformexperienceinthefieldofelectrolyticmanganesewastewaterandneweffectivecontrolscheme,andfurtherputsforwardtheoptimizationalgorithmofthesystem,andabetterproductwaterdischargingstandard.Thewastewatertreatmentcontrolsystemhasbeenputintooperation.ThesystemrunningresultsshowthatbasedonSiemensPCS7V8.0electrolyticmanganesewastewatertreatmentsystemclearlyrealizethe"useofrawwatertreatment,waterproductionstandards",andthesystemrunningsafe,reliable,hasreachedtheexpectedgoal.KeyWords:Electrolyticmanganese;wastewatertreatment;DCS;PCS7V8.0;waterproductionstandardsVn济南大学硕士学位论文第一章绪论1.1课题的研究背景及意义水是人类在地球上得以生存的源泉。电解锰行业是水污染较严重的行业，其用水量大，在电解锰整个生产过程中，从制粉工段、制液工段、电解及后续工段、都要以大量的新鲜水为介质，用来溶解电解质，洗涤电解槽，冷却电解设备等用途。用水量大，水污染严重，高能耗，高污染已成为造成电解锰行业处于发展困局的主要因素。6+2+有效解决“废水中有害离子浓度高、离子成分冗杂（Cr、Mn、NH3-N等）、悬[1]浮物多，色度较高”等问题是电解锰废水处理的关键。其中根据处理中得到的氢氧化2+锰沉淀的浓度积得到废水中Mn浓度为10.5mg/L，远大于GB8978-1996规定的2.0mg/L。6+废水中Cr浓度为200mg/L，是GB8978-1996规定的80倍。而截止2009年末我国电解[2]锰金属锰产能达到211万吨，产量达到了130.7万吨，分别占全球的98.37%和98.27%，在当前中国电解锰行业树立了在世界电解锰行业的绝对地位的境况下，电解锰污水处理自动化生产装置的建设是企业形成产业循环、资源循环、能源循环三条循环经济产业链的重要途径。1.2课题的研究概况1.2.1电解锰废水来源分析电解锰生产废水主要来源包括制液工段，电解及后续工段，以及电解槽排放的冷却水，厂区地表径流等废水。目前企业实行循环冷却水，压滤车间与厂区冲洗等含锰废水，电解车间含铬含锰废水三套收集处理系统相对独立运行。其中循环冷却水每生产1t电33[3]解锰产生工艺废水10～25cm，排放冷却水150～300cm。1n电解锰废水处理控制系统的设计与实现图1.1电解锰企业产污关键节点示意图（1）循环冷却水：循环冷却水即以水作为冷却介质，且循环使用，在生产中大量节约工业用水。生产用水、生活用水经过处理后回用于生产中作为循环冷却水。（2）压滤车间与厂区冲洗等含锰废水：该部分废水来源于废电解溶液，其中含有11~15g/L的锰和30~35g/L的酸，如直接排放会对环境造成较大危害，各企业均将其回[4]用于制液工段循环使用。（3）电解车间含铬含锰废水：电解锰含锰含铬废水主要来源于电解及后续工段，主要包括钝化、清洗，烘干，剥离等环节。1.2.2电解锰废水含量及处理方法分析工业“三废”已成为造成电解锰行业处于发展困局的主要因素。锰渣、铬渣、硫酸铵等是电解锰行业主要的固体污染源，其处理成为困扰行业发展的世界性难题；电解锰过程中废气主要来源于制粉工段产生的含尘气体和矿石浸润过程中产生的硫酸酸雾；废水污染已成为制约行业可持续发展的关键因素之一。电解锰废水产生量大、污染物浓度高、成分复杂,且水质水量波动大，各类物质含量的实际检测结果与检测标准如见表1.1。2n济南大学硕士学位论文表1.1电解锰废水水质及排放标准检测物检测结果检测标准PH4.2～7.46～9SS/(mg/L)300～70070CODCr(mg/L)70～1201006+Cr(mg/L)0.9～105.80.52+Mn(mg/L)100～11372.0NH3-N(mg/L)50～617156+备注：Cr浓度执行GB8978—1996废水中第一类污染物最高允许排放浓度，其他检测项目执行其他排污单位最高允许排放浓度一级标准。现代废水处理技术，根据其原理和去除对象可以分为物理法，化学法，生物法，各种处理方法的比较见表1.2。表1.2各种水处理方法比较方法原理处理对象处理工艺气浮、重力分离、格栅、气浮装置、水中不能溶解的物理法反渗透、蒸发、离心机、旋流分离器等悬浮物离心分离等利用化学反应回收中和、沉淀、氧化化学法离子废水中污染物还原、吸附、萃取利用微生物的生长、繁好氧生物处理法、厌氧生物法有机物殖、吸附、代谢等作用生物处理法、生物酶法在电解锰废水处理系统中根据不同污染段水质成分的不同，三种废水方法相结合使用。在废水处理前期阶段，先利用格栅井等装置，将固体悬浮物去除掉；废水中铬离子，锰离子的去除主要采用“还原—中和”法处理。而对于循环水的处理采用“沉淀过滤”[5,8]与“活性污泥培养细菌处理有机物”的方法相结合。1.2.3本课题的研究目的宁夏天元锰业有限公司位于中宁县石空镇工业区，黄河北岸，距离黄河2.5公里,是宁夏集中水源地的上游，属于环境敏感地区，若有毒有害物质排入黄河后会对下游各地水源造成直接危害。本课题的设计和实现为电解锰行业提供了以“节能、节水、节材、资源综合利用和发展循环经济”为重点的企业发展思路。在研究过程中结合了企业发展的实际需求，在电解锰废水处理领域沉淀的工艺经验和新的有效控制方案相结合中，使得控制方案得到有效实施。通过采用集散控制系统进行监视操作，保证了系统运行安全可靠。在电解锰废水处理系统综合目标方面，一方面实现了产水的达标排放，二是实现3n电解锰废水处理控制系统的设计与实现了产业化治理，即不但要使出水尽可能回用还要考虑在处理过程中对废水中有用的物质[9]进行回收，提高了废水治理的效率，保证了企业在环境效益和经济效益上实现双赢。PCS7V8.0是由西门子公司开发的先进的集散控制系统平台，这种平台具有以下特点：具备DCS系统复杂模拟回路控制功能；人机界面呈现友好、操作便捷；应用统一的全局数据库，组态灵活方便；系统具备高度灵活性且可扩展。本系统采用PCS7V8.0平台，有效地管理监控复杂的废水处理工艺流程，为用户提供合理的解决方案。1.3废水处理技术研究现状20世纪初大多数废水处理系统采用基于PLC控制的系统，上位机完成监控计算机与PLC的通讯，下位机实现PLC对现场各模拟量及泵阀相关运行信号的采集处理，并[10,12]能较好的解决传统药剂存在的缺点。随着过程控制技术的不断发展，DCS控制系统先后进军水泥、钢铁、电厂、化工等行业。其中DCS控制系统在化工行业的应用得追溯到1975年，美国Honeywell公司发表了TDC2000总体分散型控制系统，该系统分布配置各回路控制器，各回路控制器与操作员站间通过数据高速公路的数据总线连接在一起，形成各节点都有计算机的分布式[13,16]计算机控制系统，随后各个国家相继在各个行业推广使用。在本设计电解锰废水处理中除了控制好加药量外，重要的也是比较复杂的环节还是过滤膜机组的控制，该控制环节复杂，模拟量及开关量点数较多，对系统的实时性要求较高，从安全性、稳定性、性价比以及后期的易维护等多方面做了综合评估最后确定采用西门子公司的PCS7控制系统。对电解锰废水控制系统的整体的硬件，软件系统进行一体化设计，形成了一个带有典型过程组态特征的全集成系统，有机地实现了整个系统的集中管理，分散控制。1.4本文主要工作及章节安排本文以宁夏天元锰业20万吨/年电解锰废水处理项目为依托，以电解锰废水处理生产线为研究和设计对象，在详细分析电解锰废水处理的工艺流程和控制要求的基础上，设计和实现了一个基于西门子PCS7控制平台的废水处理生产线DCS控制系统，并应用PCS7软件平台实现了对整个工艺生产过程的控制和管理。论文详细阐述了系统的体系结构，硬件设计，软件设计组态过程以及工艺运行效果。4n济南大学硕士学位论文本文内容安排如下：第一章，绪论。概述课题的研究背景，对电解锰废水处理技术研究概况做了简要分析，主要介绍了电解锰废水来源、废水水质成分、废水处理方法、处理过程中存在的问题、处理技术现状，并结合电解锰行业发展的实际需求对本课题的研究目的进行了阐述，最后概述了文章各章节的安排。第二章，生产工艺要求介绍及控制系统整体方案的确定。首先对本项目所采用的“还原—中和”电解锰废水处理方法的工艺流程进行了详细的描述。对生产工艺中各个工段的作用，控制要求，控制变量做出统计，确定了系统的整体控制方案。最后选取了西门子公司的PCS7V8.0作为本项目控制系统的硬件实施和软件监控平台。第三章，控制系统的硬件设计及现场调试。本章主要论述了系统硬件设计过程及现场调试的相关内容。在对分散控制级、集中监视级和通讯网络三个部分的硬件组成及选型做了详细描述的基础上，完成了系统硬件平台的全局整合；在现场调试部分说明了针对本系统采取的抗干扰措施，对电机的“远方”控制做了原理分析，此外还详细说明了单机打点调试的过程。第四章，控制系统的软件设计。本章是本文的核心内容，根据控制系统主要工段的控制要求设计了模拟量连锁控制，PID控制回路程序设计，液位—流量串级控制以及IMF膜机组设计且包括它们的操作面板的定义。此外，还对监控系统的软件设计相关内容进行了描述。第五章，结论与展望。5n电解锰废水处理控制系统的设计与实现6n济南大学硕士学位论文第二章废水处理工艺要求与控制系统整体方案2.1含铬废水的处理2.1.1含铬废水处理方法含铬废水的主要来源钝化车间排出的废液，主要是电解锰经过钝化时的冲洗水。研究选择将废水处理后返回系统使用的工艺路线，采用“还原—中和沉淀法”。其废水处理工艺流程如图2.1所示。图2.1含铬废水处理示意图第一步：还原。在还原反应池废水中，利用硫酸亚铁在酸性条件下将六价铬还原成三价铬的反应特性，完成六价铬的去除。反应式：CrO2Fe2HCr3Fe3HO（2.1）14272722+3+第二步：中和沉淀Fe与Cr。通过曝气使含铬废水还原池中残留的二价铁转化为三价铁离子，然后利用氢氧化钠调整PH值，在中性条件下，使得所有的三价铬和三价铁形成氢氧化物固体。反应式：4Fe2O2HO4FeOH（2.2）2233Cr3OHCrOH（2.3）3Fe33OHFeOH（2.4）37n电解锰废水处理控制系统的设计与实现经过以上两步处理后，进入IMF膜处理系统，利用膜分离设备将中和池中反应产生的氢氧化铬和氢氧化铁通过含铬IMF膜组件（12IMF101a~f）过滤被分离出来，透过膜组件的清液被含铬IMF抽吸泵(12P104)先输送到除铬废水调节池（12D106），再送至后续设备。经过沉淀后铬离子和铁离子最终以泥的形式通过膜过滤从水中分离出来，形成污泥需要送入污泥压滤泵(13P101ab)，经过增压后，送入板框压滤机（13L101ab），在板框压滤机内污泥经过脱水后，形成滤饼，在卸料过程后外运送出界区。压滤后的清液自流进入含铬废水均和池（12D101）。产水经过铬含量达标检测后（小于0.5mg/L），进入含锰废水处理系统。2.1.2含铬废水处理主要工段控制要求含铬废水处理系统分为三个单元：预处理系统，IMF（浸没式膜）单元，污泥处理系统（1）预处理系统组成：含铬废水均和池（12D101）,含铬废水加热器（12E101），含铬废水还原池（12D102）,含铬废水中和池（12D103）①含铬废水均和池作用：使水质均质、均量。主要控制参数：含铬废水均和池射流泵（12P109abc）始终处于开启状态；含铬废水均和池（12D101）有高低液位控制；含铬废水提升泵（12P101ab）出水正常流量为365m/h；含铬废水提升泵（12P101ab）循环管道安装了六价铬在线监视。②含铬废水加热器作用：提升含铬废水温度至45度左右。主要控制参数：含铬废水加热器出口温度控制在45度。③含铬废水还原池作用：硫酸亚铁在酸性条件下可将六价铬还原成三价铬的反应特性，完成六价铬的去除。主要控制参数：进含铬废水还原池（12D102）PH控制在1~3；进含铬废水还原池射流泵(12P110)始终处于开启状态。④含铬废水中和池8n济南大学硕士学位论文作用：通过曝气使含铬废水还原池中残留的二价铁离子转化为三价铁离子，然后利用氢氧化钠调整PH值，在中性条件下，使得所有的三价铬和三价铁形成氢氧化物沉淀。主要控制参数：进含铬废水中和池（12D103）PH控制在7~9；含铬废水中和池（12D103）有高低液位控制；含铬废水中和池射流泵（12P111）始终处于开启状态。（2）IMF（浸没式膜）单元组成：IMF的操作主要有过滤、化学清洗以及排泥三部分。作用：本单元主要是利用膜分离设备将中和池反应产生的氢氧化铬和氢氧化铁通过含铬IMF膜组件(12IMF101a~f)过滤被分离出来，透过膜组件的清液被含铬IMF抽吸泵（12P104ab）先输送到除铬废水调节池（12D106）再送至后续设备。该部分也是控制系统系统中最为复杂的一部分。主要控制参数：含铬废水分离池（12D105）有高低液位控制；IMF膜组件正常抽吸反洗时间比例为：28min:2min；运行膜压差小于初始运行压差+30千帕（均指绝对值）；曝气与单个框架出水的体积比例控制在15:1~30:1；IMF产水PH在7~9范围；含铬IMF抽吸泵（12P104ab）出水管道安装了六价铬在线监测。①过滤过滤操作(手动开车)：确认含铬废水分离池（12D105）进水正常；确认IMF膜产水阀门开闭状态正确；开启真空泵，使产水管路上形成一定真空度；开启抽吸泵，系统产水（注意：当IMF初次启动，控制流量在正常流量一半，并过滤30min，再调制正常范围），手动调试后，改为自动，并设置膜组件开停比。②化学清洗作用：正常运行一段时间后，由于IMF组件被废水中的悬浮颗粒、有机物等物质污染，使得流量下降，压力升高，当系统被污染到一定程度后，必须进行化学清洗，以维护系统的正常运行。（3）IMF排泥作用：由于IMF膜组件对废水的悬浮颗粒的完全残留，系统悬浮物中无机成分比例会不断上升，当废水中残留的颗粒物达到一定浓度，需要进行排泥操作，以维持含铬废水分离池（12D105）内污泥浓度稳定。含铬膜池排泥泵（12P106）将分理池内混合液泵入含铬污泥浓缩池（12D108）。控制参数：维持含铬废水分理池（12D105）中颗粒浓度在1000ppm以下。9n电解锰废水处理控制系统的设计与实现2.2含锰废水处理系统2.2.1含锰废水处理方法含锰废水主要来源即电解锰车间排出来的废液，主要是电解锰经过压滤后的洗滤布水。其处理方法同样采用“还原—中和沉淀法”。其废水处理工艺流程如图2.2所示。原水亚硫酸氢钠调节池氢氧化钠中和沉淀IMF分离单滤渣反元冲洗中间水箱浓缩液回用至RO1系统电解锰回用至锅炉补充水RO2系统图2.2含锰废水处理示意图第一步：去除六价铬。在含锰废水还原池（11D102）中，利用亚硫酸氢钠的还原性，完成六价铬的去除。232_反应式：CrO3HSO5H2Cr3SO4HO（2.5）27342第二步：去除多余的还原剂，析出金属离子。经过含锰废水还原池中的水体自流进入含锰废水中和池（11D103）。通过曝气，使水中溶解更多的氧将多余的还原剂亚硫酸氢钠氧化；后在中和池内水体PH调整至一定值，使得大部分金属离子以营养化物的形态析出。其中废沉淀（部分被进一步氧化为红色的过氧化锰）。2反应式：4HSO3O4SO2HO（2.6）32422Cu2OHCuOH（2.7）22Mn2OHMOH（2.8）n210n济南大学硕士学位论文经过以上两步处理后，进入IMF膜处理系统和反渗透（RO）单元的过滤的清液回用至锅炉补充水，浓缩液回用至电解锰。2.2.2含锰废水处理主要工段控制要求含锰废水处理装置分三个单元操作：预处理单元；浸没式膜（IMF）单元；反渗透（RO）单元；污泥处理单元（1）预处理单元主要设备：含锰废水调节池（11D101）；含锰废水加热器（11E101）；含锰废水还原池（11D102）；含锰废水中和池（11D103）；气浮池（11AF101）①含锰废水调节池作用：水质均质、均量主要控制参数：含锰废水（11D101）有高低液位控制；含锰废水提升泵（11P101ab）出水正常流量为130m³/h；含铬废水提升泵（11P101ab）出口循环管道安装了六价铬在线监测。②含锰废水加热器（11E101）作用：提升含铬废水温度至35度左右主要控制参数：含铬废水加热器（11E101）出口温度控制35度左右。③含锰废水还原池（11D102）作用：在含锰废水还原池（11D102）中，利用亚硫酸氢钠的还原性，完成六价铬的去除。主要控制参数：进含铬废水还原池（11D102）PH控制在3~6；含铬废水还原池射流泵（11P109）④含锰废水中和池（11D103）作用：经过含锰废水还原池中反应后的水体自流进入含锰废水中和池（11D103）。在中和池内水体PH调整至一定值，使得大部分金属离子以氢氧化物的形态析出。主要控制参数：含锰废水中和池（11D103）PH控制在7~9；含锰废水中和池（11D103）有高低液位控制；含铬废水中和池射流泵始终处于开启状态。⑤含锰废水气浮池（11A101）作用：气浮主要是将除铬处理装置产生的絮体、原有水体中的胶体、颗粒物等，以气浮浮渣的形式去除，减轻后续浸没式膜分离单元的负担。11n电解锰废水处理控制系统的设计与实现主要控制参数：加压溶气灌（11D104）出水正常流量为130m³/h；加压溶气罐（11D104）罐体压力为0.3兆帕；气浮池出口开关阀（kV—11106）开停时间以调试结果时间比例为准；加压溶气器灌（11D104）有高低液位控制，以维持恒定液位。（2）浸膜试膜（IMF）单元本单元主要是利用膜分离装置设备通过压差的推动，使得废水中含锰(IMF)膜组件（111MF101a~j）中渗透出来。水体中原有颗粒物和胶体成分被薄膜过滤并分离出来，透过膜组件的清液被含锰IMF抽吸泵（11P104ab）输送至后续设备。IMF的操作主要有过滤、化学清洗和排泥三部分组成。IMF膜过滤主要控制参数：含锰废水分理池（11D105）有高低液位控制；IMF膜组件正常抽吸及反洗时间比例是28min：2min；运行膜压差小于（初始运行压差+30千帕）（均值绝对值）；曝气与单个框架出水的体积比例控制在15:1~30:1；IMF产水PH在5~7范围；含锰IMF抽吸泵（11P104ab）出水管道安装了六价铬在线监测。过滤和化学清洗与含铬废水处理的控制变量与控制手段基本相同，下面主要看一下IMF排泥。由于IMF膜组件对废水的悬浮颗粒的完全截留，系统悬浮物种无机成分比例会不段上升，当废水中截留的颗粒物达到一定浓度，需要进行排泥操作，以维持含锰废水分理池（11D105）内污泥浓度稳定。含锰膜池排泥泵（11P108）将分理池内混合液泵入含锰污泥浓缩池（11D106）控制量：维持含锰废水分理池（11D105）中颗粒浓度在1000ppm以下；排泥时一直保持曝气状态，开启排泥泵（11P108）一直至含锰废水分理池（11D105）中悬浮物很低时，关闭排泥泵（11P108）。（3）反渗透RO单元一级RO主要作用：除盐以及分子量大于等于100的有机物，各种离子绝大部分被反渗透膜截留，形成浓缩液，而水分子与及少量的离子成分则透过反渗透膜，形成清液。其中的浓缩液转为电解锰生产用原液；清液进入一级RO产水槽（11D202），并作为二级RO进水。二级RO主要作用：由于反渗透膜并非100%截留，因此一级RO产水中仍有一定量的锰离子。为了保证最终产水符合离子标准要求，需进行二级反渗透处理。水体经过二级RO处理，清液中离子含量已经满足相关处理要求，自流进入二级RO产水槽12n济南大学硕士学位论文（11D203）。然后由RO产水输送泵（11P205ab）输送至其他用水点和界区外。二级RO的浓水则返回一级RO的进液—含锰IMF产水槽（11D201）,进行循环处理。RO单元主要控制参数：RO膜进水PH值在3.5~4.5范围；RO膜进水ORP值在200mV以下；一级RO保安滤器差压在0.1兆帕以下；一级RO膜机组(11RO201ab)产水流量在57立方米/h；一级RO膜机组(11RO201ab)回流浓水流量在30立方米/h；一级RO膜机组(11RO201ab)外送浓水流量在14立方米/h；二级RO膜进水PH值在7~9范围；二级RO保安滤器差压在0.1兆帕以下；二级RO膜机组(11RO202)产水流量在102立方米/h；二级RO膜机组(11RO201ab)浓水流量在12立方米/h。（4）污泥单元操作：当含锰污泥浓缩池（11D106）进入压滤周期时，需要开启底部污泥开关阀（KV—11107），利用污泥浓缩池的液位高差，将污泥送入污泥压滤泵（13P101ab）。进入压滤泵的污泥经污泥压滤泵增压后，送入板框压滤机（13L101ab）。在板框压滤机内，污泥经过脱水，形成滤饼，在卸料过程后外运送出界区。压滤后的清液自流进入含铬废水均和池（12D101）。主要设备：含锰污泥压滤池（11D106）；板框压滤机（13L101ab）主要控制参数：含锰污泥浓缩池底部排泥开关阀（KV-12106）2.3控制系统的需求分析根据论文前面部分对电解锰废水处理系统工艺流程以及控制要求的分析，对需要的控制变量、基本的控制策略、具体的控制回路做了统计。其中系统的输入输出点汇总见表2.1。表2.1系统I/O点汇总表输入输出类型名称需求点数备用点数实际配备点数模拟量输入AI11620136模拟量输出AO32840数字量输入DI37161432数字量输出DO21145256总计730134864在电解锰废水处理系统中,由于废水产量，废水成分（如酸碱含量）等都在随着电解锰车间产水量的变化而变化，这就需要控制系统能够根据现场工况做出实时调整，也因此对控制策略提出了更高的要求。通过对含铬含锰废水处理系统的分析，其主要的控制13n电解锰废水处理控制系统的设计与实现方式可以分为四大部分：第一部分即各类模拟量的连锁控制，包括液位、流量、温度、压力，及分析检测控制（如离子浓度、PH值、电导率）等，以及这些模拟量与各类泵和阀之间的连锁控制关系，这类控制分布在该控制系统的各个环节，其中也包括了12个PID单回路控制；第二部分是液位—流量串级控制，为保证一个较好的气浮效果去除后续设备中的絮状物、颗粒物，加压溶气罐内恒定液位的控制有较高的控制要求，对其液位的控制我们采用液位—流量串级控制。第三部分即含铬废水以及含锰废水IMF膜机组控制，该部分是整个控制系统中最为复杂，连锁关系最多的一部分，该部分中需用相应的控制策略清晰表达出抽吸环节与反洗环节的连锁关系，以及曝气环节的实现，同时还要根据现场实际状况改变参与IMF膜机组运行的阀门的组数。第四部分即含锰废水一级RO，二级RO膜机组控制，在该部分中需要实现增压泵、高压泵，以及各类排放阀的连锁控制，最终得到达标的RO产水。2.3.1连锁控制关系控制要求该控制系统中连锁控制包括：液位连锁、流量连锁、温度连锁、压力检测、分析检测等，我们以液位和离子浓度与泵的连锁控制为例来说明。控制要求：（1）含锰废水调节池(11D101)设高、低液位连锁报警。低液位时停含锰废水提升泵(11P101ab)，高于低液位时允许开启含锰废水提升泵(11P101ab)。（2）含锰废水中和池(11D103)设高、低液位连锁报警。低液位时停气浮进液泵(11P102ab)，高于低液位时允许开启气浮进液泵(11P102ab)；高液位时停含锰废水提升泵(11P101ab)，低于高液位时允许开启含锰废水提升泵(11P101ab)。（3）含锰废水调节池(11D101)出口设置有分析变送器AT-11101(用于指示含锰废水中六价铬Cr6+的浓度)，AIAC-11101产生最高、次高、低报警；最高、次高、低报警值可设定；达到最高值时，立即停止原水进入调节池；超过次高值停含锰废水提升泵(11P101ab)；低于次高值时允许启动含锰废水提升泵(11P101ab)。14n济南大学硕士学位论文2.3.2PID单回路控制要求一二期废水处理中单回路反馈控制有含锰加热器出口温度调节，废水PH调节，折流槽出口水PH值调节等共12个PID单回路控制。下面我们以含锰废水PH值调节控制为例来说明。控制要求：（1）含锰废水加热器(11E101)出口设置有分析变送器AT-11102(用于指示含锰废水的pH值)，AIAC-11102产生高、低报警；高、低报警值可设定。AIAC-11102采用PID调节，其输出控制含锰还原加酸泵(11VP101a)的频率，从而调节加药量，以达到控制废水PH值的目的。（2）含锰废水中和池(11D103)设置有分析变送器AT-11103(用于指示含锰废水的pH值)，AIAC-11103产生高、低报警；高、低报警值可设定。AIAC-11103采用PID调节，其输出控制含锰中和加碱泵(11VP103ab)的频率，从而调节加药量，以达到控制废水PH值的目的。2.3.3流量—液位串级控制的控制要求本控制系统的气浮控制系统中加压溶气罐液位的控制就采用了液位—流量串级系统控制方案。图2.3为全溶气浮控制系统示意图。压力溶气罐内要求形成一定压强的水溶气，保证一个较好的效果以气浮的形式去除掉后续设备中的絮状物，颗粒物等，所以对加压溶气罐内恒定液位的控制有较高的控制要求。图2.3全溶气浮控制系统示意图15n电解锰废水处理控制系统的设计与实现控制要求：加压溶气罐（11D104）设液位变送器LT—11103、LICA—11103产生高低报警；高低报警值可设定。LT—11103采用PID调节，其输出控制气浮进液泵（11P1024ab）的转速（变频），以调节进水流量稳定液位。2.3.4含锰IMF膜组件控制要求IMF的操作主要有过滤、化学清洗以及排泥三部分。其中IMF过滤部分是整个控制系统中相对复杂的一部分。主要控制设备有：抽吸泵11P104ab，反洗泵11P105ab，10组抽吸阀KV11101a~j，10组反洗阀KV11102a~j，10组曝气阀KV11103a~j。该部分由三个环节组成——抽吸，反洗，曝气。I下面我们将对三个环节进行控制要求的说明。（1）IMF曝气KV-21104a~j：IMF分离装置(21IMF101a~j)需要定期进行自动曝气操作，因此需要程序控制开关曝气管路。阀门开启时长可设定。该环节与抽吸和反洗环节没有必要的联锁关系。10组曝气阀KV11103a~j，要求IMF膜机组一开始工作，曝气环节即开始，af、bg、ch、di、ej分五组依次进行。（2）IMF抽吸反洗含锰IMF膜组件(11IMF101a~j)自控操作：11IMF101a-j为10个独立的膜分组，自控阀KV11101a-j、KV11102a-j、KV11103a-j分别置于对应膜分组进出管路上。10个膜分组由一开一备的IMF抽吸泵11P104ab进行抽吸出水，反洗均由反洗泵（11P105ab，一开一备）以及反洗风机（11G101）提供反洗水及气，反洗加酸泵（11VP102）需要定期打开在“反洗”水中加入反洗药剂，其打开频率可设。膜投入运行时分“过滤”及“反洗”两种状态，均通过自控阀及泵的切换实现。这10组的阀门切换时间需要错开，不可同时切换，为了系统稳定运行，建议将切换顺序定为a-b-c-d-e-f-g-h-i-j轮流反洗。由于抽吸泵的规格，不允许少于9组（可设定）膜投入运行。若某一膜分组正在进行反洗时IMF产水槽（11D201）出现低液位，则正在进行的该组膜分组反洗继续进行直至完成，下一组反洗操作时自动等待。其操作说明如表2.2所示。其工作流程说明如图2.4所示。16n济南大学硕士学位论文表2.2含锰IMF膜组件自控操作控制关系说明KV11102a-j时间阀门动作11P104abKV11101a-jKV11103a-j11VP10211P105ab停机状态关闭关闭关闭关闭过滤（0～28min）开启开启关闭关闭反洗（28～30min）降低频率运行关闭开启（关闭）过滤（30～58min）开启开启关闭关闭反洗（58～60min）降低频率运行关闭开启（开启）依次循环1.11IMF101a-j为10个独立的膜分组。2.一般设定“过滤”，即（4）开启时间为28min；设定“反洗”，即（5）、（6）开启时长2min。3.KV11103a-j与KV11105切换时，必须先开后关。4.KV11102a-j与11P105、11VP102的开启顺序：先开11P105，后开设定值KV11102a-j，再开11VP102。5.11VP102开启频率可以设定每一次反洗均开启，也可设定进行n次反洗后开启一次。6.11P104ab为变频，“过滤”及“反洗”均可设置不同频率运行。7.10组膜分组允许投运的最低膜分组数可设定。（3）加酸环节反洗加酸泵（11VP102）需要定期打开在“反洗”水中加入反洗药剂，其打开频率可以设定。该环节控制的难点在于加酸的周期需要根据现场运行工况及的结垢情况实时改变。加酸周期的设定：经过与设计院相关人员沟通后，在实际的运行中a-b-c-d-e-f-g-h-i-j轮流反洗作为一个循环，每一次循环只能对其中一组进行加酸工作，若10组阀都参与运行，那么如果10组阀都轮流反洗一次，那么至少需要10个这样的循环，我们定义10个这样的循环为1个加酸周期；如果20个循环作为一个加酸周期，则还是在前10个循环中依次加酸，后10个循环中不加酸；如果定义30个循环作为一个加酸周期，则还是在前10工循环中一依次加酸，后20个循环中不加酸。每次加酸的时间、当前应加酸组、多少次循环作为一个周期，加酸频率都要定义并在画面上显示。17n电解锰废水处理控制系统的设计与实现2.3.5含锰RO膜组件控制要求含锰废水一二级RO膜机组控制操作现场运行中通过手动来完成。其工作过程主要包括低压冲洗、膜机组启动、膜机组运行、膜机组停车四个部分。下面我们重点分析各部分的控制要求。其中一级RO膜机组自控操作说明见表2.3。控制要求：（1）低压冲洗装置每次开停机均需要进行低压冲洗，即保持增压泵开启，高压泵不开的状态，开启清液、浓液测的自动排放阀门，冲洗时间一般为3~5min。一级RO膜机组（11RO201ab）的清液需要开车、停车时进行外排操作，因此需要程序控制开关产水排放管路。阀门开启时长（即低压冲洗时间）详见表2.3一级RO膜机组（11RO201ab）自控操作。该阶段一级产排阀一直处于开启状态，直到一级高压泵完全开启后，反渗透工作进入正常运行状态后，关闭一级产排阀。一级RO膜机组（11RO201ab）的浓液需要开车、停车时进行外排操作，因此需要程序控制开关浓水排放管路。阀门开启时长（即低压冲洗时间）详见表2.3一级RO膜机组（11RO201ab）自控操作。该阶段一级浓排阀一直处于开启状态，直到一级高压泵完全开启后，反渗透工作进入正常运行状态后，关闭一级浓排阀。（2）一级RO膜机组(11RO201ab)启动一级RO膜机组(11RO201ab)开车启动时，必须先启动一级RO增压泵(11P201abc)，随后一级RO高压泵(11P202ab)才能允许开启，并且一级RO高压泵(11P202ab)上调频率的速度必须保证膜进水压力升高率小于10psi/s。（3）正常运行有增压泵、高压泵提供动力，控制在一定压力、一定回收率、一定浓水回流下、进行正常产水。该阶段一级产排阀和一级浓排阀处于关闭状态。（4）一级RO膜机组(11RO201ab)停车一级RO膜机组(11RO201ab)停车关闭时，必须先关闭一级RO高压泵(11P202ab)才能关闭一级RO增压泵(11P201abc)，并且一级RO高压泵(11P202ab)关闭时，下调频率的速度必须保证膜进水压力降低率小于10psi/s。停车后，打开一级产排阀和一级浓排阀进入低压冲洗，并且打开冲洗进水阀，利用RO的二级产水，对管路进行最后冲洗。一二级反渗透系统示意图如图2.4所示。18n济南大学硕士学位论文表2.3一级RO膜机组(11RO201ab)自控操作一级一级低压冲一级一级产水侧浓液侧RORO二级RO洗进液RO增RO高压排放阀排放阀进液加阻垢剂产水输步骤阀压泵泵KV114KV114酸泵泵送泵KV11111P20111P202010211VP2011VP2011P2050812停机状态关闭关闭关闭关闭关闭关闭关闭——开机1开启关闭开启开启开启开启关闭——开机2开启关闭开启开启开启开启关闭——开启，压开机3开启升率关闭关闭开启开启关闭——≤10PSI/s正常运行开启开启关闭关闭开启开启关闭——关闭，压停车1开启降率开启开启开启开启关闭——≤10PSI/s停车2关闭关闭开启开启关闭关闭开启开启停车3关闭关闭关闭关闭关闭关闭关闭——开机2与停车2时（12）（13）（14）的时间可设定，一般为5min设定值：若2台膜机组需要开停机操作，应分开依次操作。图2.4一二级反渗透系统示意图2.4确定控制系统的控制平台通过对电解锰废水处理系统过程工艺的研究，确定了电解锰废水处理控制系统的控制方案。随着工控领域相关技术的不断发展，在化工及工业污水行业逐渐形成一定规模的控制平台主要以可编程控制器和集散控制系统为主。19n电解锰废水处理控制系统的设计与实现可编程序控制器(PLC)于1968年首次在美国通用汽车使用，40年时间里，经历了5次换代,从最初的仅限于开关量逻辑控制，到数字运算及处理和模拟量控制，到增加了特殊功能模块、通信、自诊断功能，到今天已发展成已微处理器为基础，综合计算机技术、[17]自动控制技术和通信技术的高度集成化新型工业控制装置。一般来说，它存在着I/O[18,19]点数存储量不大，实现的控制功能相对简单，产品兼容性差等特点。DCS（DistributedControlSystem，分布式控制系统）采取危险分散、控制分散、操作和管理集中的基本设计思想，多层分级、合作自治的结构形式，经过三十年的改进，整体性能有了跨越式的进步，弥补了原有，集中控制系统危险集中和常规仪表控制功能[20,21]单一的缺陷。随着现场总线技术的引入，分布式控制近一步分散化、智能化。现在DCS系统在化工行业、水处理、火力发电、核电工业、采矿冶金等流程工业的应用已经[22,24]非常普及。根据对电解锰废水处理生产装置控制系统的特点分析，同时结合各类系控制平台在国内的使用情况以及市场供应链等多方面的考虑，项目最终采用了西门子公司PCS7V8.0控制平台。2.5本章小结本章中首先分别详细介绍了含铬废水以及含锰废水的处理的工艺流程，然后通过对工艺的分析，提出了生产工艺中各环节主要的控制设备，控制参数及控制要求，得到了控制系统整体的控制方案。最后根据电解锰废水处理控制系统的要求和特点。选取西门子公司的PCS7V8.0作为本项目控制系统的硬件实施和软件监控的控制平台。20n济南大学硕士学位论文第三章控制系统的硬件设计及现场调试PCS7V8.0是由西门子公司推出的一种全能综合型开放控制系统。整个系统分为两级，集中操作监控级（操作员站OS和工程师站ES）和分散过程控制级（过程站AS和控制器）。操作监控级具备传统的监控操作功能及资源存储调用功能。各种回路调节、逻辑控制、顺序控制等功能都可以通过过程控制级来实现。考虑到接线及今后更换设备[25-29]的方便，要求使用的I/O模块中，每个DI、DO、AI、AO模块只能配置一种类型。本章通过对分散控制级、集中监控级和通讯网络三个部分的硬件组成进行具体说明，充分掌握系统硬件结构后，结合控制系统的实际要求确定了硬件选型方案，完成了系统的硬件设计工作。3.1分散过程控制级3.1.1DCS过程控制站DCS过程站控制柜中主要有一下部分组成：过程站供电模件、CPU模件、网络通讯模件、连接传统信号的I/O模件以及导轨底座、端子排等。本控制系统中控制的I/O点数约有1000个，系统的数据处理负担并不是太大，CPU型号选择的是内存容量为4MB的CPU414-3PN/DP；CPU和扩展单元之间用有源导轨/620MM联系起来；每一个控制站选用IM153-2作为总线适配器，模块采用ET200M系列I/O模块，种类有IM总线模块、SM总线模块。且系统中I/O模件具备热插拔功能，模件损坏或出现故障时，在不影响生产系统运行的前提下，最短时间内更换模件，强烈避免了运行损失，提高了运行效率。3.1.2DCS控制器PCS7V8.0现场控制器由电源模块、中央处理器模块、现场总线模块（分散控制级的总线网络）、工业以太网模块（集中操作监控级的总线网络）、通讯模块扩展端口、及可扩展I/O模块组成。根据所选择机架型号的不同而不同，插槽的个数不同，可扩展I/O模块的个数就不同。本系统中所选机架型号为UR2ALU,共九个插槽。其中有一个电源模块一个中央处21n电解锰废水处理控制系统的设计与实现理器模块，现场总线模块和工业以太网模块各一个，通讯模块扩展端口2个、并可挂接5个I/O模块。各单元在控制器上的分布置如图3.1所示。（1）电源模块控制器上的电源模块是为控制器的基础单元（CPU、内存等核心部件以及控制器各模块的安装机架）和槽位上的其它模块供电。本系统选择的是PS40520A电源模块，所提供最大电流20A，能有效保障控制系统的正常运行。（2）CPU模块工程师站所有的程序都需要下载到CPU进行处理。本系统中选用CPU型号414-3PN/DP套件，存储卡容量为4M。（3）现场总线模块控制器与各I/O设备之间的联接需要现场总线来实现，在PCS7控制器槽位中能够安装的现场总线模块支持MPI/DP两种不同类型总线协议的模件。关于通信协议在本章3.3节将有具体介绍。本系统中我们选用的是满足PROFIBUS-DP协议的现场总线模件。（4）以太网模块作为中控制与控制器之间的纽带和桥梁，其功能相当于个人PC中网卡的功能，在PCS7控制器中，以太网遵循IEEE802.3标准协议。工业上常用的以太网类型有网线、双绞线、光纤等。从传导损耗来讲，光的传导（通过光导纤维）损耗比电的传导（通过电线）的损耗要低得多，也因此在远程信息传输中一般采用光纤传输。本系统中由于中控与电气室之间距离相对较短，我们选用普通网线，网络通讯带宽为100Mb/s,完全能满足控制器与中控工程师站及各操作员站之间的数据交换。（5）通讯扩展模块图1中位于以太网模块下方的端口1、端口2可以用来通讯模块的扩展。（6）可扩展I/O模块控制器机架5号槽位到9号槽位可挂接I/O模块，实际上是沿用了S7400的结构。本系统中没有用到控制器槽位上的I/O模块,所有的I/O模件都下装到现场总线PROFIBUS-DP下的控制站。22n济南大学硕士学位论文图3.1PCS7V8.0现场控制器3.1.3I/O站DCS控制系统对外是通过各类I/O接口模块的外接线，来完成对工业设备或生产过程的检测与控制。按照其采取信号的性质可分为两大类，数字量I/O（数字量输入模块和数字量输出模块）和模拟量I/O（模拟量输入模块和模拟量输出模块）。它有两大基本功能：一是接收工业现场的开关量信号、模拟量信号，通过光电隔离，电平转换处理成CPU所能运算处理的标准信号电平；二是将CPU的运算结果（标准二进制信号）转换成模拟量或数字量，并通过功率放大器驱动去控制现场的执行电器。I/O模件需要通过在一组I/O模件前端挂载一个具有Profibus协议传输功能的通讯单元—I/O通讯单元，才能实现与DCS控制器的通信。同样作为重要的数据传输关键设备，我们配置ET200M远程I/O站通过IM153-2模块连接到控制器的PROFIBUSDP总线上。每一个IM153-2模块占据一个IM总线模块/40（一个IM总线模块/40可插一个电源和一个IM153-2）。本系统共设置6个从站，需要6个IM153-2模块和6个IM总线模块/40。选用DC24V/20A电源模块为单独的普通的I/O模件和I/O通讯模块供电。在一个I/O站中对安装I/O模块的数量是有限的。一方面每个I/O站都作为PROFIBUS通讯网络中的从节点，主从节点间信号传输会占据网络的一段通讯时间，在运行过程中为了保证数据的可靠传输，每个I/O通讯模块的I/O模件数量小于等于12。另一方面我们所使用的电源模块其输出电流最大为20A，所以应限制I/O模件数量，以保证I/O模件充分供电。由系统I/0点数的汇总得到I/O模件的需求类型和数量，再根据系统实际I/0类型的需求对I/O模件及其配套底座进行选型。在该系统中选用的模件底座类型为SM总线模23n电解锰废水处理控制系统的设计与实现块/40，每个SM总线模块/40上可放2个I/0模件，根据系统实际需求，共需37个SM总线模块。系统中实际用到的模拟量输入模件SM331类型有三种：AI8*12bit，AI8*13bit，AI8*RTD（热电阻PT100）；模拟量输出模件SM332类型一种：AO8*12bit；开关量输入模件SM321类型一种：DI16*DC24V；开关量输出模件SM322类型一种：DO16*DC24V/0.5A。经过整理统计，得到的I/O模件汇总见表3.1。I/O控制柜模件分配如图3.2所示。表3.1系统I/O模件汇总表输入输出类型型号I/O点数模件数量实配I/O点数普通模拟量输入AI8*12bit132(8ch)16RTD模拟量输入AI8*RTD21(8ch)8冗余模拟量输入AI8*13bit10114(8ch)112模拟量输出AO8*12bit325(8ch)40数字量输入DI16*DC24V37127(16ch)432数字量输出DO16*DC24V/0.5A21116(16ch)256总计7306586424n济南大学硕士学位论文控制柜1控制柜2控制柜3控制柜4控制柜5控制柜614DO16*DC2414AI8*RTD14DO16*DC2414AI8*12bit14AO8*1214AO8*1213DO16*DC2413DO16*DC2413DO16*DC2413DO16*DC2413AO8*1213AO8*1212DO16*DC2412DO16*DC2412DO16*DC2412DO16*DC2412AO8*1212AO8*1211DO16*DC2411DO16*DC2411DO16*DC2411DO16*DC2411AI8*1311AI8*1310DO16*DC2410DO16*DC2410DO16*DC2410DO16*DC2410AI8*1310AI8*139DO16*DC249DO16*DC249DO16*DC249DO16*DC249AI8*139AI8*138DI16*DC248DI16*DC248DI16*DC248DI16*DC248AI8*138AI8*137DI16*DC247DI16*DC247DI16*DC247DI16*DC247AI8*137AI8*136DI16*DC246DI16*DC246DI16*DC246DI16*DC246DO16*DC26AI8*135DI16*DC245DI16*DC245DI16*DC245DI16*DC245DI16*DC245AI8*134DI16*DC244DI16*DC244DI16*DC244DI16*DC244DI16*DC244AI8*133DI16*DC243DI16*DC243DI16*DC243DI16*DC243DI16*DC243AI8*132CP341222221IM153‐21IM153‐21IM153‐21IM153‐21IM153‐21IM153‐2图3.2I/O控制柜模件分布图25n电解锰废水处理控制系统的设计与实现3.2系统供电所有的机柜，操作员站，工程师站由220V，50Hz单项交流电源供电，有不间断电源作为后备。并且能保证控制站能同时接收两路交流电源供电，只要有一路电源供电，控制站就应该持续不断的工作。正常操作时每个电源的负载不超过其能力的60%。任一路电源故障都有响应的报警和保护，以保证任何一路电源的故障均不会导致的任一部分失电。控制柜器配置一个SIEMENS的的PS40710A电源模块，提供10A直流电源，对整个控制器进行供电；每一个机柜内配置两块24VDC20A的直流电流，以满足I/O和现场仪表的需求。此外，在系统中配备不间断电源系统UPS保证系统的实时、连续运行。该不间断电源系统将蓄电池与主机相连接，其中主机内装有变压器和逆变器，通过主机逆变器等模块电路将直流电转化成市电。当市电输入正常时，UPS只起到稳压作用，相当于一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断（事故停电）时，UPS立即将电池的直流电能，通过逆变零切换转换的方法向负载继续供应220伏交流电，使负载维[30,32]持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS有在线式、在线互动式、后备式三种。本项目根据现场装置在停电后必须保持的控制时间，输入主机电压为48伏,输出电压为220伏到240伏，选择的是APC在线式单项UPS。3.3集中监控操作级3.3.1工程师站工程师站即工程师为了完成系统组态所使用的平台，在PCS7V8.0工程师站软件有三部分组成：由西门子公司的Step7软件、Wincc监控画面软件及相关的网络服务进程。普通的工业计算机或服务器搭建了其硬件平台。过程站硬件组态，现场总线智能仪表组态，监控画面的制作，控制回路的编程都在工程师站内完成。组态工作完成后，现场接线完备，即进行单机及联动调试，一旦联动调试结束，确定设备顺利运行，工程师站内数据不得随意改动。生产运行中，也可以很据现场实际运行情况，根据需要，由工程师进行相应内容的改动。为防止组态系统冲突，每套系统只设唯一一台工程师站。26n济南大学硕士学位论文该系统工程师站中完成了过程站952个点号的硬件配置，8幅监控画面的制作，以及一期含铬锰废水处理系统全部的控制程序的相关组态。3.3.2操作员站本系统操作员站OS的硬件组成主要为工业计算机，软件部分使用西门子的监控软件WinCC。OS与OS之间，以及ES与AS间的数据交换通过工业以太网来实现。为了分担控制任务，高效合理实现对工业现场的监控操作，一般一个控制系统中根据需要控制的任务量设置一台或多台OS，每一个操作员站都是冗余数据网络（工业以太网）的一个节点，且各OS间的数据可以共享，即任何一台OS出现故障时，都可以在其它OS上完成相关操作。操作员站支持一系列标准定义显示：总貌显示、回路面板显示（面板也可以根据用户要求实现自定义）、控制组显示、趋势显示、报警显示、操作记录列表（实现各种操作的实时记录和实时打印）显示等。在PCS7分布式系统中，OS被区分为OS客户端和OS服务器，OS客户端用来监控整个生产线的运行。OS服务器承担所有的管理、维护和归档等功能。系统采用全局数据库，系统内的变量实现共享，但该全局数据库采用服务器/客户端方案也会存在一些问题，如果服务器断电，所有数据需要重新激活加载，服务器故障也会造成数据交换任务瘫痪。为了防止服务器出现故障，我们采用冗余服务器方式，保证数据传输的可靠性。3.4通讯网络的实现在PCS7V8.0DCS系统中硬件的主要构成部分被称为“三点一线”，“三点”即前面所介绍的工程师站(ES)、操作员站(OS)和过程站(AS)，是控制系统的核心控制节点；“一线”即连接三个核心控制节点的通讯网络。在该系统中通讯网络分为两部分，一部分是分散控制级的总线网络，另一部分是集中操作监控级的工业以太网。3.4.1过程站总线网络过程站总线网络主要是指控制器与I/O站以及现场其它控制单元之间的桥梁。在西门子公司的PCS7V8.0平台下有两种总线方式：MPI、PROFIBUS-DP，且可以通过扩展模块在此基础上进行扩展。PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通讯与控制的现27n电解锰废水处理控制系统的设计与实现场总线技术。拥有PROFIBUS–FMS,PROFIBUS-DP，PROFIBUS-PA三种通讯协议，每种通信协议用于不同的控制层网络。PROFIBUS-DP用于传感器和执行器级的高速数据传输，它以DIN19245的第一部分为基础，根据其所需要达到的目标对通讯功能加以扩充，一般构成单主站系统，主从站间采用循环数据传输方式，用于现场设备与分散式I/O间通信。PROFIBUS-DP提供了RS-485传输技术，传输速率为9.6Kbit/s～12Mbit/s，每分段32个站(不带中继)，最多[33,36]可到127个站(带中继)。3.4.2工业以太网中控室各监控级设备与电气柜室之间的信号传输通过工业以太网来完成。工业以太网是基于IEEE802.3(Ethernet)的强大的区域和单元网络。其主要热特点：通讯速率高达100Mbit/s；且是一种应用广泛的计算机网络技术；资源共享能力强，随着Internet的发展，以太网已渗透到各个角落，在联入互联网的任何一台计算机上就能浏览工业控制现[39,45]场的数据，实现“控管一体化”。在本系统中集中监控级的OS、ES和分散过程控制级AS间通过工业以太网来连接到交换机上，构成一个星型网络结构。3.5全局硬件平台整合在搭建系统硬件硬件框架的基础上，根据实际控制系统的规模及要求，对系统硬件部分进行选型。系统以1台工程师站、2台操作员站、2台服务器构成集中监控级；在过程控制站中通过控制器，挂接6个I/O站构成了系统的分散过程控制级。系统整体硬件配置如图3.3所示。28n济南大学硕士学位论文图3.3系统硬件整体连接图系统在集中监控级配置了3台工业计算机，2台服务器。其中1台计算机用于工程师站ES的使用，其余2台计算机用于操作员站OS的监控操作使用。工程师站和控制器CPU通过以太网与工业交换机相连，将工程师站内的程序下载到CPU进行数据的处理。工程师站和服务器通过以太网与工业交换机相连，将工程师站内的画面下载到服务器，操作员站也与工业交换机相连，操作员站通过服务器读取画面，同时操作员站通过服务器读取来自CPU的数据。3.6现场调试3.6.1抗干扰措施分析DCS控制系统的抗干扰能力是整个系统可靠运行的关键。一般来讲，干扰仪表测控系统的干扰源主要有两大类：一类就是电力网络和电气设备的暂态过程等引起的空间的29n电解锰废水处理控制系统的设计与实现[46]辐射干扰。针对该类干扰一方面提高要求设备生产厂家提高设备的抗干扰能力，另一方面通过设置屏蔽电缆和DCS局部屏蔽和高压泄放元件进行保护；另一类是系统电源线、信号引线、接地线等引起的系统外引线干扰，对于该类干扰就要求在工程设计、安装施工和使用维护中高度重视。针对系统要求和现场工况实际，我们采取了如下抗干扰措施，见表3.2。表3.2现场抗干扰措施电源线电缆来自电源的干扰信号线电缆桥架分层布置来自低压配电室信号电缆电气柜防触电接地分来自接地系统混乱干扰AIAO信号屏蔽接地分别接地AIAO模块隔离模块信号隔离DIDO模块继电器隔离3.6.2DCS电气控制原理分析电动机DCS远程操作启停控制线路如图3.4所示。该图的左边为主回路,右边为控制回路。该控制线路的功能不仅能完成电机就地操作运行，而且实现了从中控室对现场电机的启动，停止操作。下面具体论述其动作过程。图中部分电器的介绍：转换开关SA：该电路中，备妥信号“远方”、“停止”“就地”三个状态的转换是通过转换开关来实现的。中间继电器KA2：主要在远方操作时发挥作用，由于备妥信号的指示。自复位时启动按钮SBn1：中控控制的情况下，防止中控系统由于网络或其它原因造成故障无法完成中控启动而设置的现场启动按钮。自复位时启动按钮SBn2：就地操作启动按钮自复位时停车按钮SBf1：中控控制的情况下，防止现场由于一些紧急或特殊情况需紧急停车而设置的现场停车按钮。自复位时停车按钮SBf2：就地操作停车按钮。30n济南大学硕士学位论文图3.4电动机DCS远程操作启停控制线路当现场达到允许启动的条件后，合上空开QF，备妥信号打到“远方”，SA（1，2）、SA(7，8)接通，中间继电器KA2得电，中间继电器常开触点KA2闭合。指示灯HG1、HG2用于停车指示。起动：中控操作员给出驱动信号（图中DCS开车信号闭合），线圈KM吸合，主触点KM闭合，电动机启动；同时辅助常开触点KM闭合，完成自锁。指示灯HR1、HR2用于运行指示。停止：中控操作员给出停止信号后（图中DCS停车信号断开），线圈KM失电，主触点KM打开，电机停止；同时自锁触点KM打开，自锁解除，为下次启动做准备。3.6.3电机控制相关信号的介绍及打点试车每台电机控制有五个基本信号：3个DI（HLR-备妥，HOF-故障，HOS-运行返回），2个DO（HOO-启动，HOC-停止）。31n电解锰废水处理控制系统的设计与实现1HLR-备妥：该信号取自于低压柜内空气开关的一组触点，安装在现场。当现场无需电机工作时，现场备妥信号处在“停止”状态；当现场直接操作电机起停，无需中控操作时，在现场把该信号打到“就地”状态；当需要中控控制时，在现场将该信号打到“远方”状态。该信号作为DI信号，在程序的电机块中连接Permit管角，当现场打到遥控状态，并且该电机其它启动的连锁条件也得到满足，Permit管角置1，电机启动。2HOF-故障：该信号作为DI信号，在程序的电机块中连接Trip管角，该管角默认状态为1，当出现故障时，该输入信号变为1，1取反变0，该管角处于激活状态，中控相应的电机操作面板上会显示故障，空开跳停，电机停止运转。3HOS-运行返回：该信号用于对现场的运行状况做出反馈，该信号取自于低压柜内接触器主触点的一组常开触点，当现场电机运行良好，该常开触点闭合，中控接收到该运行返回信号。该信号作为DI信号，在程序的电机块中连接FbRun管角。该管角默认状态为0，当出现故障时，该输入信号变为1，电机正常运行。4启动信号DO在电气柜内所接的接触器的触点为常开触点。电机程序块中对应的启动信号默认为0，有驱动时变为1。当在中控给启动信号以驱动，接触器的常开触点吸和，启动信号经过电缆信号线传到现场，电机启动。5停止信号DO在电气柜内所接的接触器的触点有常闭和常开两种。电机程序块中对应的停止信号默认为1，有驱动时变为0。A当停止信号为常闭时，在中控给停止信号以驱动，输出信号由1变0，接触器的常闭触点断开，电机停车。B当停止信号为常开时，在中控给停止信号以驱动，输出信号由1变0，取反后变1，接触器的常开触点吸合，电机停车。图3.5为工业现场单台电机的操作按钮和运行指示图片。当中控接收到运行返回信号后，电机正常运转，运行指示灯亮；当中控给出停止信号后，现场电机停止运转，停止指示灯亮；图中的启动按钮和停止按钮分别为就地启动按钮和就地停车按钮；故障或现场突发特殊情况时，按下急停按钮即可。32n济南大学硕士学位论文图3.5现场电机操作按钮现场各设备在投入正常运行前需要进行打点试车，包括单机试车和联动试车两部分。主要监测低压配电室与现场，低压配电室与中控室，中控室与现场之间信号通道是否打通以及能否实现所要求的联动控制。我们以单台电机的调试为例，表3.3为单台电机的打点调试步骤。表3.3单台电机的打点调试步骤信号检测通道现场操作低压配电室操作中控操作显示主回路接通,(配电室)继低压配电室与现场就地状态送电(合上空开)电器吸合,电机启动控制回路接通,(配电室)低压配电室与中控打到实验位置给启动信号继电器吸合,中控得到运行返回信号电机控制电路接通,(配电室)继电气吸合,电机中控与控制现场遥控状态送电(合上空开)给启动信号启动,中控得到运行返回信号33n电解锰废水处理控制系统的设计与实现3.7本章小结本章主要说明了系统硬件设计的过程及现场调试的相关内容。在硬件设计的过程中主要根据PCS7V8.0的Step7系统平台需求以及电解锰废水处理系统的控制规模及具体的控制要求，组建了系统的控制平台。为了提高系统的可靠性，服务器采用1:1全冗余设计。在对过程站控制器、通讯模件、I/O模件等硬件设备进行配置工作中具体的呈现了对硬件的选型方案，并画出系统的硬件连接图。在现场调试部分说明了针对本系统采取的抗干扰措施，对电机的“远方”控制做了原理分析，此外还详细说明了单机打点的过程。34n济南大学硕士学位论文第四章控制系统的软件设计控制系统的软件设计是整个系统控制功能实现的表达。西门子公司PCS7V8.0的软件设计一般分为三个步骤：控制系统的硬件组态、实现控制功能的软件编程、监控系统的设计。本章按照该步骤对系统的软件设计进行了详细的描述，并着重介绍了模拟量连锁控制，PID单回路控制，液位—流量串级控制，IMF膜机组控制的设计过程和步骤。4.1控制系统组态控制系统的硬件组态工作是完成逻辑编程、实现控制功能的前提和基础。经过硬件组态，系统的硬件配置与软件配置统一起来，充分地满足了工程师在编程时方便及时的从系统出调用各种数据和资源。在PCS7V8.0控制系统中我们进行的硬件组态工作主要包括过程站、操作员站和网关的配置。过程站的组态工作量较大，主要包括控制器组态、通讯模件组态、I/O模件组态，I/O端口编辑，过程站组态工作中最为繁杂的工作即对各I/O端口进行映射，即将需要控制的变量在组态数据库内实现一一对应。PCS7V8.0采用[47,48]全局数据库，使工程师在硬件组态的过程中做到更加方便、快捷。4.2主要控制环节软件设计4.2.1连锁控制关系该控制系统中连锁控制包括：液位连锁、流量连锁、温度连锁、压力检测、分析检测等，我们以本文2.3.1的控制要求中各模拟量与各泵之间的连锁关系为例来说明。我们可以看到三个控制变量（含锰废水调节池液位LT-11101、含锰废水中和池液6+位LT-11102、含锰废水中六价铬Cr的浓度AT-11101）都与含锰废水提升泵(11P101ab)有关系。我们取含锰废水提升泵11P101a及与它相关的连锁控制进行分析。含锰废水提升泵11P101a允许启动的条件有：含锰废水调节池液位LT-11101高于低液位（只要不是低液位位置，提升泵就可以启动）；含锰废水中和池液位LT-111026+低于高液位（只要不是高液位位置，提升泵就可以启动）；含锰废水中六价铬Cr的浓度AT-11101低于次高值（只要不是次高值位置，提升泵就可以启动）；现场备妥信号35n电解锰废水处理控制系统的设计与实现到远程遥控状态。这四个条件必须同时满足，含锰废水提升泵11P101a才能允许启动，所以需要将这四个条件相“与”，作为含锰废水提升泵11P101a的启动条件。含锰废水提升泵11P101a停止的条件有：含锰废水调节池液位LT-11101处于低液6+位；含锰废水中和池液位LT-11102处于高液位；含锰废水中六价铬Cr的浓度AT-11101超过次高值（只要达到次高值提升泵就停止）。这三个条件只要满足一个，含锰废水提升泵11P101a立即跳停，所以需要将这三个条件相“或”，作为含锰废水提升泵11P101a的停止条件。含锰废水提升泵连锁控制关系示意图如图4.1所示。图4.1含锰废水提升泵连锁控制关系示意图在程序的模拟量转换功能块LT-11101MonAnl,LT-11102MonAnl,AT-11101中有输出的四个管角，PV-AH，PV-WH,PV-WL,PV-AL，分别作为该模拟量的最高值、次高值、次低值、最低值。通常情况下，若不细分最高与次高，最低与次低，只区分高值与低值，就取PV-AH为高值，PV-AL为低值。在上述的控制要求里面用到了LT-11101的低液位值，LT-11102的高液位值，AT-11101的次高值。另外，在前面章节中我们已详细介绍了关于电机功能块的五个基本管脚：FbkRun(连接来自现场的运行信号)、Trip（连接来自现场的故障信号）、Permit（连接来自现场的备妥信号）、P-Start（从中控发出的启动信号）、P-Stop（从中控发出的停止36n济南大学硕士学位论文信号），下面我们介绍在该功能块中Protect管脚的使用。当Protect管脚为0时，保护互锁生效；当Protect管脚为1时，保护互锁未激活，且管脚默认值为1。因此在电机功能块11P101a中所有满足泵停止的条件相“或”，需要将该相“或”后的结果取反来作为Protect管脚的输入，起到泵的跳停作。4.2.2PID单回路反馈控制系统PID单回路控制系统是过程控制系统中最简单，最基本，应用最广泛和成熟的一种。它适用于被控变量时间滞后较小，干扰变化不大，控制要求不是很高的场合。在废水处理的工艺中，由于单回路控制系统控制方法简单、控制效果显著等优点，在对模拟量的控制中占有很大比重。我们仍然以本文2.3.2中对含锰废水加热器(11E101)出口PH、含锰废水中和池(11D103)PH的控制为例来展开分析。其控制原理分别如图4.2、4.3所示。含锰废水加热器出口AI—11102分析变送器含锰还原加酸泵频率-+设定值PID控制器图4.2含锰废水加热器出口PH控制原理图37n电解锰废水处理控制系统的设计与实现含锰废水中和池AI—11103分析变送器含锰中和加减泵频率-+设定值PID控制器图4.3含锰废水中和池PH控制原理图控制分析：含锰废水PH设高低报警，其PH控制采用PID单回路调节，输出的结果去控制加酸泵或加碱泵的频率，进而改变加药量，达到控制PH的目的。我们知道PH范围是1~14，其中酸性物质PH范围为1~7，且数值越小，酸性越大；碱性物质PH范围为7~14，且数值越大，碱性越大。在加碱量的调节中，采用一般的控制器正增益调节方式，用设定值减去反馈值得到正的偏差，该结果经过控制器处理后，输出的正结果作用于加碱泵，进而控制加碱量。此时设PID控制器NegGain管脚为0，即控制器采用正增益。含锰废水中和池PH值采用正增益控制后，其趋势显示如图4.4所示。38n济南大学硕士学位论文图4.4含锰废水中和池PH控制趋势显示在加酸的PH调节中，比如设定PH为6，反馈PH为4，此时应该降低加酸泵频率，增大废水的PH值，降低水质的酸性。若采用一般的控制器正增益调节方式，用设定值减去反馈值得到正的偏差，该结果经过控制器处理后，输出的正结果作用于加酸泵，加酸泵的频率增大，会使得废水的酸性更大，废水PH减小。为了避免此问题发生，确保变量的准确控制，此时我们在程序块中的PID控制块中选择控制器负增益控制方式，用设定值减去反馈值得到的结果作为偏差，该结果经过控制器处理后，输出的负结果作用于加碱泵，进而控制加碱量。此时设PID控制器NegGain管脚为1，即控制器采用负增益方式。含锰加热器出口PH值采用PID负增益调节方式控制后，其趋势显示如图4.5所示。39n电解锰废水处理控制系统的设计与实现图4.5含锰废水加热器出口PH控制趋势显示4.2.3液位—流量串级控制系统PID单回路控制系统是过程控制中结最基本、实用性强、应用最广泛的池一种控制方式，工业控制中大量的参数定值控制问题都由它来实现。然而，随着现代工业生产过程中向着大型、连续、和强化方向发展，对运行环境、精度控制、安全可靠、经济效益、[49]环境效益等提出了更高的要求。因此需要在单回路的基础上，采取相关措施，提高控制品质，而液位—流量串级控制就是其中一种方式。下面我们以本文2.3.3中加压溶气罐液位的控制为例来展开分析液位—流量串级系统控制方案及其软件设计。控制分析：液位和流量是工控中最常用的两个参数。液位的时间长数T一般很大，会出现时间相对较长的延迟，若用PID单回路控制系统去实现，可能不会达到相对精确的控制效果。而一般情况下，流量是影响液位的主要因素，且其时间常数较小，将它纳入副回路进行调节，不仅较好地去除了流量因素对液位控制造成的干扰，解决了液位时[50]间常数的滞后问题，而且实现了液位的相对实时精确的控制。加压溶气罐液位串级控制系统原理如图4.6所示。将主控制器（液位控制器）的输出作为副控制器（流量控制器）的设定值，而副调节的输出去控制加压溶气罐出口流量调节阀的开度。40n济南大学硕士学位论文图4.6加压溶气罐液位控制原理图根据加压溶气罐液位控制原理图，我们可以画出加压溶气罐液位—流量串级控制系统框图如图4.7所示。图4.7液位—流量串级控制框图加压溶气罐液位采用液位—流量控制方案后，其液位趋势显示如图4.8所示：图4.8加压溶气罐液位显示趋势图41n电解锰废水处理控制系统的设计与实现4.2.4含锰IMF膜组件自控操作含锰IMF膜组件自控操作是含锰废水处理过程中一个非常重要的环节，该工段的作用就是利用膜分离设备通过差压的推动，使得废水从含锰IMF膜组件（11IMF101a~j）中渗透出来。水体中原有的颗粒物和胶体成分被薄膜过滤并分离出来，透过膜组件的清液被含锰IMF抽吸泵（11P104ab）输送至后续设备。该部分主要有三个环节组成—抽吸、反洗、曝气。其监控界面如图4.9所示。下面依照本文2.3.4中对IMF膜机组控制提出的控制要求来进行各环节控制方案及软件实现的说明。图4.9含锰废水IMF膜机组过滤单元监控界面1.IMF曝气首先我们先来介绍程序中用到的两个延时功能块。212TimperImpulsef工作方式3，启动带存储器的接通延时定时器。该种工作方式下，IN端存在触发的时间必须大于Ti,否则将不会有输出。其工作方式的图形表示如图4.10所示：图4.10TimperImpulsef工作方式342n济南大学硕士学位论文99TimperImpulsef工作方式2，启动接通定时器。其工作方式的图形表示如图4.11所示：图4.11TimperImpulsef工作方式2编程思想：（1）抽吸泵11P104ab由关—开（0—1）利用该上升沿触发曝气阀a,f的开，同时利用该上升沿触发延时器功能块212TimperImpulsef的In端，开始曝气时间的计时（在DB块里已设置模拟量变量IMF膜曝气时间作为延时器功能块212TimperImpulsef的Ti端的输入）。（2）曝气时间Ti时间后，212TimperImpulsef输出1，该输出作为延时功能块99TimperImpulsef的In端的输入。（3）用一个相对短暂的时间，此处取2秒，作为延时功能块99TimperImpulsef的Ti端的输入，用功能块99TimperImpulsef的输出去作为功能块212TimperImpulsef的复位端Resert的输入，一旦复位信号输入，功能块212TimperImpulsef将会输出为0，从而功能块99TimperImpulsef也将会输出为0，此时利用功能块99TimperImpulsef输出由1变0的下降沿，去与抽吸泵11P104ab由关变开（0—1）的上升沿相“或，作为功能块212TimperImpulsef的In端的输入。（4）这样每隔一个曝气时间（实际上是一个曝气时间加2秒的时间，短暂的时间差别，这里忽略不计），功能块212TimperImpulsef的输出都将会由0变1，利用每一个曝气时间间隔后产生的上升沿作为各组曝气阀门开启的条件之一。其控制程序见附录三附图2。该段程序实际上是每隔一个曝气时间产生一个脉冲信号去触发各组曝气阀门，进而实现各组阀门的依次曝气。这样曝气阀A的开启条件就会有两个：开启条件1：将抽吸泵11P104a由关—开（0—1）的上升沿与抽吸泵11P104b由关—开（0—1）的上升沿相“或”后的结果作为曝气阀A的开启条件1，该条件实际也只是第一组曝气阀门在第一次开启时的开启条件。43n电解锰废水处理控制系统的设计与实现开启条件2：功能块212TimperImpulsef在每一个曝气时间间隔后输出的由0变1的上升沿作为曝气阀A开启条件之一，（功能块212TimperImpulsef在每一个曝气时间间隔后的输出由0变1的上升沿是同时去触发各组曝气阀门的开启的，为了确定是哪一组曝气阀门即将需要开启，我们用当前正在曝气的阀门的限位开关的开信号与功能块212TimperImpulsef在每一个曝气时间间隔后的输出由0变1的上升沿相“与”的结果去作为即将要开启的曝气阀门的启动条件）曝气循环正常开始后，若需要启动曝气阀门A，则当前正在运行的曝气阀门组则为E和J。我们将E或J的开限位信号与功能块212TimperImpulsef产生的上升沿相“与”，作为曝气阀A开启条件2。将“开启条件1”与“开启条件2”相“或”后的结果，作为曝气阀A及曝气阀F的开启条件。曝气时间计时结束，A、F曝气完成，“功能块212TimperImpulsef产生的上升沿”与“曝气阀A的开限位信号”相“与”后的结果，作为曝气阀B及G的开启条件。曝气阀B一旦开启，利用其由关变开（0—1）产生的上升沿去触发A及F的关，曝气阀门A，F关闭。随着功能块212TimperImpulsef上升沿产生，曝气时间计时结束，B、G曝气完成，“功能块212TimperImpulsef产生的上升沿”与“曝气阀B的开限位信号”相“与”后的结果，作为曝气阀C及H的开启条件。曝气阀C一旦开启，利用其由关变开（0—1）产生的上升沿去触发B及G的关，曝气阀门B，G关闭。重复同样的过程，依次循环，完成各组阀门的曝气。曝气阀门A的启动控制思想如图4.12所示。抽吸泵a关—开（0—1）上升沿OR曝气阀抽吸泵关b—开（0—1）上升沿AOR每一个曝气时间间隔后产生的上升沿ANDE或J的开限位图4.12曝气阀门启动条件控制示意图程序中用到的功能块介绍如表4.1所示。曝气阀门A的启动程序见附录三附图2。44n济南大学硕士学位论文表4.1含锰IMF曝气控制功能块列表功能块注释类型KV-11103通过“打开”或“关闭”（反馈）信号对所控制阀门的状态进行监视StruDiou将一个BOOL数据类型的变量和一个信号状态合并成一个二进制过程值。AND此块对输入进行逻辑与运算OR此块对输入进行逻辑或运算此块检查输入变量上升沿,并输出结果。如果在脉冲输入CLK上检测到上升沿，则R-TRIG输出Q=1此块检查输入变量下降沿,并输出结果。如果在脉冲输入CLK上检测到下降沿，则F-TRIG输出Q=1212TimperP选择启动带存储器的接通延时定时器。99TimperP选择启动扩展脉冲定时器工作方式。2IMF反洗抽吸按照设计中的要求若取10组抽吸阀全开，抽吸28min后，a~j组轮流反洗，每组反洗2min，直到j组结束反洗，此时需要等待一段时间，a组才能进行下一个周期的反洗。我们取a组第一次反洗结束，第二次抽吸开始，作为一个抽吸周期的开始。后9组反洗需要9个2min，即18min，此时需要等待10min，才能进入a组的第二次反洗。而实际投产中，一个抽吸周期的时间，每组反洗的时间，参与抽吸以及反洗的阀门的组数也会因为实际进水水质及水量的不同而改变。我们设一个抽吸周期的时间为T抽，每组反洗的时间为T反，参与运行的膜的组数为X,则最后一组反洗结束，等待第一组开始反洗的时间我们设为等待时间TD，则TD=T抽-(X-1)*T反。控制思想：（1）在DB块里设置10组开关量变量AZU、BZU、CZU、DZU、EZU、FZU、GZU、HZU、IZU、JZU,分别作为各组阀门的控制按钮。只有操作员在界面上置相应阀门组按钮为“开”状态，并且需要打开的阀门设定为“打开”，对应的各阀组才能进入工作状态。在DB块里设置的10组阀门的开关量控制按钮图4.13所示。45n电解锰废水处理控制系统的设计与实现图4.13DB块定义阀门控制按钮变量（2）需要启动的阀组全部打开（手动）（3）抽吸泵打开（手动）（4）抽吸泵由关-开（0—1）的上升沿触发延时器（在DB块里已设置模拟量变量IMF膜抽吸时间），抽吸时间开始计时。DB块里定义的模拟量变量如图4.14所示。图4.14DB块中定义的模拟量变量（5）抽吸时间结束后，利用计时器的下降沿触发抽吸阀A的关。（6）抽吸阀A由开—关（1—0）的下降沿触发反洗阀A的开。（7）反洗阀A由关—开（0—1）的上升沿触发另一个延时器（在DB块里已设置模拟量变量IMF膜反洗时间），A组反洗时间开始计时。（8）反洗时间结束后，利用计时器的下降沿触发反洗阀A的关。（9）反洗阀A由开—关（1—0）的下降沿触发抽吸阀A的开。46n济南大学硕士学位论文（10）抽吸阀A由关—开（0—1）的上升沿触发抽吸阀B的关。（11）抽吸阀B由开—关（1—0）的下降沿触发反洗阀B的开。（12）反洗阀B由关—开（0—1）的上升沿触发延时器，B组反洗时间开始计时。（13）反洗时间结束后，利用计时器的计时器的下降沿触发反洗阀B的关。（14）反洗阀B由开—关（1—0）的下降沿触发抽吸阀B的开。（15）抽吸阀B由关—开（0—1）的上升沿触发抽吸阀C的关。（16）依次循环（17）I组（9组阀门运行时）或J组（9组阀门运行或10组阀门全运行时）反洗阀关，抽吸阀开，J组反洗结束，需等待一段时间进入A组反洗环节。下面我们用程序来表示这段等待时间。（18）等待时间（在DB块里已设置模拟量变量IMF等待时间），其中IN端是由I组（9组阀门运行时）或J组（9组阀门运行或10组阀门运行时）反洗阀由开—关（1—0）的下降沿来触发。至于等待时间的长短经过前面的分析我们知道一个抽吸周期的时间T抽，每组反洗的时间T反，参与运行的膜的组数X来决定，则等待时间TD=T抽-(X-1)*T反，该时间即等待时间延时器Ti端的输入。下面我们来看等待时间延时器IN端的输入。情况1：若一个周期内最后运行的一组反洗的阀为J组。J组的启动按钮JZU一定是打开的，若系统无故障，J组的启动按钮JZU打开与J组反洗阀由开—关（1—0）的下降沿一定是并存的条件，我们把这两个条件相“与”，作为J组反洗结束去计时延时器等待时间的“触发条件1”，即IN端的触发条件的来源之一。情况2：若一个周期内最后运行的一组反洗的阀为I组。我们把I组反洗阀由开—关（1—0）的下降沿这个条件，与J组的启动按钮JZU取反，这两个条件相“与”的结果作为IN端的“触发条件2”。若J组没启动，JZU=0，取反后的结果为1，该结果与I组反洗阀由开—关（1—0）的下降沿这个条件相“与”后的结果为1，此时“触发条件2”输出为1，将该结果作为IN端输入。若J组启动了，JZU=1，取反后的结果为0，该结果和任何条件相“与”后的结果为0，此时“触发条件2”输出为0，由于我们是把“触发条件1”与“触发条件2”相“或”后的结果作为IN端最终的触发条件，而该种情况下由于“触发条件1”输出为1，相“或”后的结果仍然为1，去作为触发条件,来触发IN端；若J组没启动，“触发条件47n电解锰废水处理控制系统的设计与实现1”输出为0，“触发条件2”输出为1，相“或”后的结果仍然为1，去作为触发条件，来触发“IN”端。综上，我们把“触发条件1”与“触发条件2”相“或”后的结果作为IN端最终的触发条件。其程序控制见附录三附图3。（19）接下来我们看等待时间延时器端的Ti的输入TD,TD=T抽-(X-1)*T反参与运行的膜机组的组数X的确定：对于X的统计，我们用了功能块“SEL—R”，该功能块输入端有3个管脚K,IN0，IN1，输出一个管脚OUT。当K=1，输出IN0的值；当K=0，输出IN1的值。取10个“SEL—R”块，把各10组阀组参与运行的启动按钮AZU、BZU、CZU、DZU、EZU、FZU、GZU、HZU、IZU、JZU分别连到10个“SEL—R”块的块端。将IN0置1，IN1置0。若阀组启动，对应组的“SEL—R”输出将是IN0的值1，将各组输出的结果通过加法功能块ADD想加，得到的结果即参与运行的阀组数X。取SUB减法功能块，将X减去1，得到输出结果X-1。取MUL-P乘法功能块，将X-1的结果与T反做积，得到输出结果T反*（X-1）。取SUB减法功能块，将T抽与T反*（X-1）做差，得到输出结果T抽-(X-1)*T反考虑到该结果可能为负值，取绝对值块ABS-R，将上述结果取绝对值。为防止等待时间恰好为0，此时Ti端为0，会影响下一组的反洗。我们取加法块SUB将上面得到的结果与一个相对短暂的时间（此处我们取的2秒）相加，保证等待时间TD大于0，使得系统正常进入下一个周期的运行。综上，将上面最终得到的结果作为延时器Ti端的输入。（20）IMF等待时间结束后，利用延时器产生的下降沿触发抽吸阀A的关。（21）抽吸阀A由开—关（1—0）的下降沿触发反洗阀A的开。A组开始反洗，进入下一个运行周期。等待时间延时器Ti的控制原理如图4.15所示。其程序控制见附录三附图4。48n济南大学硕士学位论文I组反洗阀开—关的下降沿等待时间延时器ANDJZU取反TimperORIn抽吸阀AJZUANDOutOpenJ组反洗阀开—关的下降沿TiTD=|T抽—（X—1）*T反|+2s图4.15等待时间延时器Ti的控制原理示意图3加酸环节（1）启动加酸泵条件的确定：在加酸周期的设定中，a-b-c-d-e-f-g-h-i-j轮流反洗作为一个循环，并且不管定义多少次循环为一个加酸周期加酸工作总在前10个循环中进行，所以我们只需要通过计数器计数，确定当前进行到前10个循环中的哪一个循环，相应的去启动加酸泵即可。那么如何确定当前进行到哪一个循环呢?每一次轮流反洗，最后一组完成反洗后，需要等待一段时间才能进入下一个循环的反洗，该等待时间的大小我们已在上文中做了定义，每一个循环中都会有一次去触发该等待时间，所以触发该等待时间的次数与进行到第几个循环是对应的，所以我们取触发该等待时间的条件同样去作为计数器的输入条件，然后取10组比较器，计数器输出的结果分别作为10组比较器的其中一个输入，每一个输入分别与1—10的10个数字进行比较。例如计数器计数一次时，输出的结果与1进行比较，两者相等，比较器的输出与反洗阀A的开限位相“与”的结果会是加酸泵启动的条件，即第一个循环中完成对A组的加酸。我们把10组比较器输出的结果分别与a-j各组阀门的开限位相“与”，输出的10组结果相“或”后作为加酸泵的启动条件。（2）计数器的复位条件：计数器在一个加酸周期完成后要进行复位，那么如何设置其复位条件呢。我们取DB块里变量加酸频率（当加酸频率为1时，对于单组阀来讲，1个循环加一次酸，且该次加酸是在第一个循环时加酸；当加酸频率为2时，对于单组阀来讲，2个循环加1次酸，且该次加酸也是在第一次循环时加酸），取乘法块，将该变量与10相乘。再取比较块，将刚才输出的结果与计数器当前输出的结果相比较，若计49n电解锰废水处理控制系统的设计与实现数器当前输出的结果大于等于乘法器输出的结果，该输出结果作为计数器的复位条件，即表明该加酸周期内所有的循环都已完成，该加酸周期结束。（3）加酸时间：在DB块里我们已定义含锰加酸时间，取延时块31TimperPImpulxcf（工作方式3模式下），将含锰加酸时间作为延时块Ti的输入，加酸泵的启动条件作为延时块IN的输入，延时块的输出作为加酸泵的关闭条件。即加酸泵启动，延时器开始计时，延时时间结束，关闭加酸泵，加酸结束。但是该延时块的输出会一直作用于加酸泵的自动关闭端，我们需要的只是一个短暂的脉冲去触发加酸泵的关闭即可，该触发信号没有必要一直存在，所以我们得设置条件将延时块的输出信号进行恢复。取另一个延时块32TimperPImpulxcf（工作方式2模式下），延时块31TimperPImpulxcf的输出作为延时块32TimperPImpulxcf的IN端的输入，取一个短暂的时间2秒作为延时块32TimperPImpulxcf的Ti端的输入，延时块32TimperPImpulxcf的输出作为延时块31TimperPImpulxcf的复位信号。即触发加酸泵关闭的触发脉冲维持2秒后自动消失。其复位原理示意图如图4.16所示。加酸定时器加酸泵Timper加酸泵启动InOutClose3Modle加酸时间TiResert复位定时器TimperInOut2Modle2sTi图4.16加酸时间的复位原理示意图50n济南大学硕士学位论文表4.2含锰废水IMF加酸控制功能块列表功能块类型注释二进制信号出现上升沿时进行加计数或减计数，该处取加计数，所以设置CountScl输入管脚Upli=1将一个输入为DINT的数转换成输出为REAL的数，该处即将计数器输出DI-R的双整形数转换成比较器可以处理的实形数CMP-RREAL值比较器此块对输入进行逻辑或运算31TimperP工作方式3下的延时器，该处的功能即加酸时间一到去关闭加酸泵。Impulxcf32TimperP工作方式2下的延时器，该处的功能即取一短暂的时间脉冲去复位Impulxcf31TimperPImpulxcf的输出加酸泵的启动控制原理示意图如图4.17所示。编程中用到的主要功能块的介绍如表4.2所示。其控制程序见附录三附图5。CountCompare触发等OutAND待时间InOut1反洗阀A开限位的条件=启动加酸泵CompareOutANDOrResert2=反洗阀B开限位、、、、、、CompareOutAND10=反洗阀J开限位Compare1Out加酸频率*1021=2图4.17加酸泵的启动控制原理示意图51n电解锰废水处理控制系统的设计与实现4.3监控系统的设计4.3.1实时监控界面实时监控界面是DCS控制系统的主要人机界面，通过监控界面不仅可以有效监控整个电解锰废水处理生产线各个工段的运行状况，更重要的是根据现场实际生产需要来完成远程操作。因此，监控界面质量的优劣是影响整个控制系统的工作效率的关键因素之一。一般来说，实时监控界面的设计要满足下面几点要求：（1）画面能够以一定的顺序直观恰当地呈现出系统的工艺流程，主要的控制设备和需要监控的变量要一目了然。在该废水处理系统中主要的设备包括泵，阀及各类槽和罐。（2）在界面空间允许的条件下，将具有连锁关系及密切联系的工艺尽量在一个界面上显示。（3）界面有展现清晰、舒适、友好的人机界面风格。（4）一些不必要的控制设备及不必要的流程线尽量不去呈现，设计以操作便捷高效为主要目的。（5）操作员长时间监视界面容易产生视觉疲劳，所以界面的色调一定要柔和；同时且能做到起报警作用的部分一定要设计醒目，以便发生故障时及时发现，及时处理。电解锰生产废水处理系统中主要包括含铬废水的处理及含锰废水的处理两部分内容，整个系统的监控界面划分了十幅画面，画面的分布列表图4.18所示：图4.18实时监控界面分布图考虑到现场操作员初期对设备的位置及作用并不是很熟悉，为了便于操作，画面中所有出现的设备进行了设备号（一般由数字和英文字母组成）和设备名称（由汉字组成）52n济南大学硕士学位论文的双重设置。在PCS7系统中，工程师做好硬件配置，程序及画面，经过编译和下载后，在操作员站的界面最上方会自动生成所有监控画面的切换按钮，无需人为设置。当前画面显示的哪一幅画面，对应的上方的切换按钮将会呈现深色，操作员从而可以方便清晰地确定当前呈现的是哪一工段的监视界面。在界面的设计中分为静态画面和动态画面，以锰废水预处理单元为例，其监控画面如图4.19所示，其中含锰废水调节池，含锰废水加热器，管路以及一些文字标注都使用静态画面制作，经编译加载后生成的电机块，阀门操作块，模拟量显示块(如液位、流量、电机电流等)都属于画面中动态元素。图4.19含锰废水预处理单元组态画面4.3.2实时监控界面趋势图可以直观的显示当前和历史状态下设置变量所采集数据的变化情况，在工程师分析某个设备组运行状况或者分析现场工况变化规律时起到重要作用，甚至可以预测出潜在的危险。为了减少内存负担，增强系统的实用效果，并不是每个变量都会自动生成趋势曲线变化图，只有当将需要显示的变量自定义到趋势组中，改变量才会生成趋势曲线变化图。变量趋势的建立如图4.20所示。53n电解锰废水处理控制系统的设计与实现图4.20变量趋势的添加在PCS7V8.0系统中制作趋势曲线的显示，可以定义趋势显示的时间段，即每隔多长时间记录一次数据。数据除了通过趋势曲线显示外，还会自动生成数据报表。图4.21为含锰还原池PH的趋势显示。图4.21含锰还原池PH的趋势显示4.3.3报警信息提示在PCS7系统中，报警信息可以显示在动态画面上方对应的界面里，红色报警a,黄色警告w,黑色故障报警s。哪幅画面里有相应的报警内容，对应的那幅画面的自动生成的按钮界面上的字母就会闪烁。此外，点击动态画面的“报警记录”，还可以将报警信息以列表的方式集中显示在界面上，便于操作员集中分析和处理。报警信息的显示见附录三附图6。54n济南大学硕士学位论文4.3.4操作记录系统正常运行后，为了便于管理者对系统管理和维护，在系统的软件组态中拥有自动生成操作记录的功能。信号的操作记录将操作员对系统运行进行的操作处理都会以记录的形式存储在系统中，这种记录方式不仅对现场运行工况进行有效地数据保存，而且在发生误操作时，结合交接班记录，把责任和失误落实到具体的操作员身上，提高了操作员工作的警惕性。存储内容包括记录的时间、信号来源、操作类型等，操作记录显示见附录三附图7。4.4本章小结本章是本文的核心部分，主要对系统的硬件组态、软件设计、监控系统的设计进行了阐述。在软件设计部分根据控制系统主要控制工段的控制要求设计了模拟量连锁控制，PID单回路控制，液位—流量串级控制，IMF膜机组控制，RO膜机组控制的控制程序，以及它们对应的自定义的操作面板。在监控画面的软件设计部分，首先提出了监控界面的控制要求，再根据设计要求针对具体画面的设计阐述了设计的细节。并介绍了组态显示中趋势曲线、报警信息提示、报警操作记录的相关内容。55n电解锰废水处理控制系统的设计与实现56n济南大学硕士学位论文第五章结论与展望5.1结论本文在查阅了国内外与电解锰废水处理生产工艺相关的文献资料、以及西门子PCS7V8.0平台相关手册介绍后，针对控制系统的设计和实现进行了深入的研究。通过对电解锰废水处理的工艺过程进行研究发现，由于锰的日产量的要求不同，产生的废水的质量、数量等都会发生变化，因此废水处理过程中对控制系统的实时性有非常严格的要求。结合项目的实际需求，对控制系统进行全面分析的基础上，论文从系统的体系结构，硬件实施、软件设计及组态过程等方面确定了系统最终控制方案。通过对电解锰废水处理控制系统整个过程的研究，得出如下结论：（1）分析电解锰废水处理的工艺过程，总结出了系统的完整控制要求。综合分析采用西门子公司PCS7V8.0系统控制平台，实现了控制系统的控制功能，且操作便捷、安全可靠、实用性强。（2）电解锰废水处理系统的生产环节冗多繁杂，且现场控制变量较多，系统采用多重化构成的自动备用方式，对设备或部件及网络进行冗余设置，发生故障时，用备用装置实施监控。项目实际运行结果显示，全冗余设计使得系统运行更加安全可靠。（3）在软件设计部分，针对电解锰废水处理的过程的重点环节：模拟量连锁控制部分、PID单回路控制部分、液位—流量串级控制部分、IMF膜机组控制部分，论文给出了相应的控制策略分析与编程设计。此外软件监控画面作为人机操作的媒介，其呈现能否舒适友好直接影响了用户对整个控制系统的满意度，进过多次修正、改良后，界面内容清晰、色调柔和得到了中控操作员的肯定。5.2展望本文基于实际的工程背景,旨在研究电解锰废水处理控制系统的设计和实现。完成了电解锰废水处理工艺分析、控制要求的提炼、系统方案设计、现场调试、系统硬件配置和系统软件设计环节的工作，使得项目顺利投产且运行安全稳定，实现了“原水清洁处理，产水达标排放利用”的预先期望。但仍存在诸多问题尚待进一步研究：（1）电解锰废水处理工艺千变万化，处理过程中相关设备特性各异，随着原水进水污染程度的不同及水量的不同，药品或生物菌的加入会对整个处理过程产生何种影57n电解锰废水处理控制系统的设计与实现响，由于时间及能力限制，很多因素在本文中都没有过深的设计。比如在含锰废水处理过程中，中和池PH要求控制在7~9的环境下。而该PH受到进水PH的影响，而进水PH又是一个动态的、不断变化的量，还要考虑到中和池PH也会对所形成沉淀的溶解度有所影响，所以对中和池内加入氢氧化钠药剂的控制提出了较高的要求。为了实现系统的精确实时控制，有必要通过采集一系列有效实时数据，对涉及影响该PH的对象进行建模，得到模型后，通过仿真数据和实际工程数据进行对比进一步优化和完善控制算法。（2）现阶段电解锰废水处理控制系统的硬件配置相对完善，可以开发配置一些电解锰废水处理方面的仿真软件。相同规模的电解锰工艺、相同工段的水的污染性质基本是一致的。可以利用实际的过程数据来优化仿真软件。而当需要考查某个电解锰厂废水处理采用何种方案时，先找到与该废水污染特性相似的模型，输入一些可知数据，仿真比较，确定最优化方案。（3）本课题的研究对象是电解锰废水的处理，经过设计后，基本实现了产水的达标排放，有害离子的零排放。但是经过对电解锰企业的实际调查，锰渣产生的大量渗透液又是电解锰企业一个比较大的污染源，建议开展渗滤液的回收利用的相关课题的研究工作。58n济南大学硕士学位论文参考文献[1]詹永红,李伟明,刘航.含铬锰酸性废水处理技术探讨[J].环境科学动态,2004(1):42-45.[2]梅光贵,张文山,曾湘波,等.中国锰业技术[M].湖南:中南大学出版社,2011:297-370.[3]喻旗,罗洁,涂文忠,等.电解金属锰生产的污染及其治理[J].中国锰业,2006,24(3):42-45.[4]王明翠,刘雪琴,张建辉.湖泊营养化评价方法及分级标准[J].中国环境监测,2002,18(5):47-49.[5]高晓娟.电解锰生产废水全过程技术研究[D].北京:中国环境科学研究院,2012.[6]杜兵,周长波.电解锰废水处理现状及展望[J].工业水处理,2010,30(12)34-37.[7]Arsent’ev,V.A.Higlrenergypulsetreatmentinmanganeseleachingfromcarbonateores[J].Obogashch.Rud.1992,5:8-12.[8]段宁,周长波,于秀玲.我国电解金属锰行业可持续发展探讨[J].长江流域资源与环境,2007,16(6):762-768.[9]康家庄.制浆造纸废水生物处理过程建模与控制[D].西安:陕西科技大学,2011.[10]李安峰,张志群,丁庭华,等.废水处理中PH值的PLC自动控制系统[J].中国环境科学,2001,21(1):89-92.[11]程伟,顾国良,刘于海,等.基于离子交换技术的电解锰废水自动化处理系统[J].工业控制计算机2012,25(12):29-44.[12]庄丽娟,吴丽云.基于PLC控制的废水处理系统设计[J].微计算机信息(测控自动化),2005,21(1):117-118.[13]秦利彬.论DCS控制系统可靠性的提高[J].中国新技术新产品,2009(02):6.[14]张建新.ABBDCS系统远程监控的实现—产品精制系统远程监控的实现[J].科技资讯,2010(07):9.[15]俞金寿.工业过程先进控制[M].北京:中国石化出版社,2002.[16]GeiseK.Cleanerproductionperspectivesforthenextdecade[C].UNEP's6thinternationalhigh-levelseminaroncleanerproduction.Montreal,2000.[17]章以钧.可编程控制器的发展方向,工业出版社,2003[18]ShuklaNV,DeshpandePB.Enhancingtherobustnessofinter-nal-basednonlinearPHcontrol[J].ChemicalEngineeringScience,1993,48(5):913−920.[19]GustafssonTK,WallerKV.NonlinearandadaptivecontrolofpH[J].Industrial﹠EngineeringChemistryResearch,1992,31(12):2681−2693.59n电解锰废水处理控制系统的设计与实现[20]李红娇.DCS系统下组态软件的设计与实现[D].北京:北京交通大学,2010.[21]李延.工业DCS中数据传输系统的设计和实现[D].成都:四川大学,2002.[22]ODONIAR.Theflowmanagementprobleminairtrafficcontrol.In:FlowControlofCongestedNetworks[C].Berlin:Springer-Verlag,1987.[23]KarrCL,GentryEJ.FuzzycontrolofpHusinggeneticalgo-rithms[J].IEEETrans.onFuzzySystems,1993,1(1):46−53.[24]王磊.DCS在预处理工序中的设计应用[D].太原:太原理工大学,2010.[25]ANDREASP.Plant-widecontrolstructureselectionmethodologyforthebenchmarkvinylacetatemonomerplant[J].Computers&ChemicalEngineering,2014(62):108-116.[26]秦利彬.论DCS控制系统可靠性的提高[J].中国新技术新产品,2009(02):6.[27]何伏生,刘研,夏明举.ESD紧急停车系统在化工装置中的实现[J].辽宁化工,2010(02):219-220.[28]周哲民.10万吨/年PVC聚合装置DCS控制系统设计[D].长沙:中南大学,2007.[29]KarrCL,GentryEJ.FuzzycontrolofpHusinggeneticalgo-rithms[J].IEEETrans.onFuzzySystems,1993,1(1):46−53.[30]SilvaSAO,Donoso-GarciaPF,CortizoPCline-interactiveUPSsystemimplementationwithseries-parallelactivepower-lineconditioningcapabilities[J].IEEETrans.onIndustryApplications,2002,38(6):1581-1590.[31]陈静君.UPS电源在石化领域实验室中的应用[J].自动化应用,2015(2):8-10.[32]冀传玖,张春水.基于PROFIBUS-DP的研究及其在AC800F系统中的应用[J].企业科技与发展,2008,238(16):58-60.[33]KUENHY,AHMADS,SMF,etal.Controlofindustrialgasphasepropylenepolymerizationinfluidizedbedreactors[J].JournalofProcessControl,2012(22):947-958.[34]GEORGES.Perspectivesonthesynthesisofplant-widecontrolstructures[J].JournalofProcessControl,2000(10):97-111.[35]刘进学.DeltaVDCS系统在丙烯均相聚合系统中的应用与研究[D].上海:上海交通大学,2010.[36]王厂栋,左先波,胥小萍.西门子S7系列PLC的MPI网络与全局数据通信[J].机电一体化,2000,11:29-30.[37]陶林.基于HPC2008的高性能计算信息管理平台开发研究[C]:第七届中国CAE工程分析技术年会暨2011全国计算机辅助工程(CAE)技术与应用高级研讨会论文集.昆明:中国机械工程学会机械工业自动化分会,2011.60n济南大学硕士学位论文[38]GEORGES.Perspectivesonthesynthesisofplant-widecontrolstructures[J].JournalofProcessControl,2000(10):97-111.[39]匡蕾,许宁,洪一超.基于危险工艺装置设置安全联锁系统的研究[J].中国安全科学学报,2009(07):91-96.[40]胡庆.30万吨/年含硫废水制酸装置的控制系统设计与实现[D].上海:华东理工大学,2011.[41]SERGIOL,TIAOF,SEBASTIANE.Multi-stagenonlinearmodelpredictivecontrolappliedtoasemi-batchpolymerizationreactorunderuncertainty[J].JournalofProcessControl,2013(23):1306-1319.[42]周华,李秀喜,许亮,等.过程系统运行安全性的动态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