淺析沈陽(yáng)開(kāi)發(fā)區化工園水廠(chǎng)自動(dòng)控制系統的構建

1.工程概述

　　沈陽(yáng)開(kāi)發(fā)區化工園水廠(chǎng)座落在沈陽(yáng)開(kāi)發(fā)區產(chǎn)業(yè)集群區，于2007年12月建成投產(chǎn)，隨著(zhù)自動(dòng)化控制技術(shù)高度發(fā)展和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的日益成熟，新一代的水廠(chǎng)控制系統必然會(huì )取代以往的比較簡(jiǎn)單的控制方式，以方便進(jìn)行大規模集中控制。以下是針對沈陽(yáng)開(kāi)發(fā)區化工園水廠(chǎng)設計要求及設計方案。

2.設計原則

　　遵循先進(jìn)性、實(shí)用性、可靠性、經(jīng)濟性、開(kāi)放性的原則，滿(mǎn)足供水工程生產(chǎn)管理和水處理工藝對自動(dòng)化控制的要求。實(shí)現“集中監控和管理、分散控制、數據共享”，以保證整個(gè)水廠(chǎng)的運行協(xié)調、一致。圖1為水廠(chǎng)自控系統總體結構。

圖1水廠(chǎng)自控系統總體結構

3.工藝流程及設計要求

3.1檢測控制參數有

　　自動(dòng)檢測的主要工藝參數有：進(jìn)水濁度、PH值、電導率，進(jìn)水流量、壓力，反沖洗水泵閥門(mén)開(kāi)啟位置、運行狀態(tài)，濾池出水濁度，濾池單池水頭損失（差壓），清水池液位等，水廠(chǎng)總出水流量、壓力、濁度、PH值、余氯等。

　　檢測的電氣參數有：配電系統的電壓、電流、有功/有功電度、無(wú)功/無(wú)功電度等。

3.2通訊網(wǎng)絡(luò )要求

　　通訊系統分管理級和控制級，控制級選用PROFIBUS總線(xiàn)EM277，通過(guò)專(zhuān)用屏蔽電纜進(jìn)行通訊。管理級選用100M工業(yè)以太網(wǎng)，通訊介質(zhì)為光纖。

3.3硬件要求

　　系統采用PLC+PC的方式進(jìn)行控制。PLC完成具體的控制和監測,兩個(gè)主站CPU選S7300系列315和CP343-1，從站CPU選S7200系列224;組態(tài)軟件選擇WICC6.1實(shí)現監控、報警、統計和報表打印等功能。

3.4軟件要求

　　全廠(chǎng)生產(chǎn)管理層和生產(chǎn)過(guò)程監控層采用組態(tài)軟件編制出便于管理和監控的軟件界面，生產(chǎn)現場(chǎng)設備層采用PLC的梯形圖程序設計出符合生產(chǎn)工藝環(huán)節的過(guò)程控制軟件。

4.設計任務(wù)分析

　　從水廠(chǎng)生產(chǎn)實(shí)際情況和在自控系統中的作用來(lái)看，水廠(chǎng)自控系統由生產(chǎn)現場(chǎng)設備層、生產(chǎn)過(guò)程監控層二個(gè)層次組成如圖2。

圖2水廠(chǎng)自控系統組成

　　生產(chǎn)現場(chǎng)設備層包括加氯間、凈水車(chē)間和送水泵房的微型PLC和相關(guān)電機和儀表設備。

　　生產(chǎn)過(guò)程監控層由PLC控制系統及其控制網(wǎng)絡(luò )，它主要實(shí)現對生產(chǎn)現場(chǎng)設備層受控對象的控制、狀態(tài)監視、數據采集、故障報警處理等功能，是自控系統的核心部分，包含有凈水車(chē)間PLC1分站和送水泵房PLC2分站。

4.1上位機組態(tài)軟件功能

　　中央監控計算機選擇運行速度快、性能穩定的計算機，監控軟件選擇組態(tài)靈活、功能強大、界面人性化且在給排水行業(yè)內獲得了成功運用的軟件包。

　　中央監控系統主要功能:

　　遠程監控各PLC現場(chǎng)子站，實(shí)時(shí)接收PLC采集的各種數據，建立全廠(chǎng)檢測參數數據庫;處理并顯示各種數據。

　　監測全廠(chǎng)工藝流程和各細部的動(dòng)態(tài)模擬圖形。

　　從檢測項目中，按需要顯示歷史記錄和趨勢分析曲線(xiàn)。

　　重要設備主要參數的工況及事故報警、打印制表。

　　編制和打印生產(chǎn)日、月、年統計報表。

　　在投影屏上實(shí)時(shí)顯示工藝流程及各種設備的工作狀態(tài)、報警。

　　對各種數據實(shí)時(shí)存儲。

4.2凈水車(chē)間監控站功能

　　凈水車(chē)間監控站：負責管理PLC1分站。設在凈水間控制室，主要由兩臺上位機、一臺打印機組成，帶有操作顯示終端，1#上位機主要實(shí)現凈水車(chē)間的電控設備、工藝流程中的自動(dòng)控制和主要參數的自動(dòng)檢測、監視等，并負責打印各種報表、輸出數據等。2#上位機主要負責凈水車(chē)間各項電控設備及工藝流程主要參數的自動(dòng)檢測、監視等。兩臺上位機互為熱備。

4.2.1凈水車(chē)間S7200

　　8個(gè)濾池8個(gè)224CPU，凈水車(chē)間的濾池微型S7200PLC控制系統負責檢測濾池的液位和水頭損失，并對每個(gè)濾池的電動(dòng)閥門(mén)進(jìn)行控制。同時(shí)設置一個(gè)公共的分站PLC1，對每個(gè)濾池工作所需的反沖洗泵及閥門(mén)等進(jìn)行反沖洗的管理和控制，并向濾池發(fā)出反沖洗指令。每個(gè)濾池都有一個(gè)獨立的微型PLC，對該格濾池的工況進(jìn)行監控。每個(gè)微型S7200PLC配備觸摸屏作為顯示和操作的界面，顯示濾池的工作情況和在必要時(shí)進(jìn)行就地操作。

4.2.2PLC1分站PLCS7300

　　負責采集反沖洗水泵等設備的運行狀態(tài)和出口壓力，并做相應的調節，實(shí)現過(guò)濾及反沖洗過(guò)程的監測及自動(dòng)控制，操作員亦能人工操作手動(dòng)控制。

　?、賹?shí)現的控制功能：

　　主要功能：每格濾池反沖洗周期，每格濾池水位監測、水頭損失監測、反沖洗泵出口壓力。

　　主要監控設備：濾池進(jìn)水閥、出水閥、排水閥、反沖進(jìn)水閥、反沖洗泵、12個(gè)濾池。

　?、谥饕r的監測：

　　每格濾池的工況：運行啟動(dòng)、停用、請求沖洗、沖洗、故障。

　　每格濾池4個(gè)閥門(mén)的工況：全開(kāi)位、全關(guān)位、出水閥位、故障。

　　主要參數顯示：每個(gè)濾池水位、水頭損失。

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　　每格濾池運行控制：濾池在過(guò)濾過(guò)程中，PLC根據濾池液位，調節濾池出水閥的開(kāi)度，保證池內液位在過(guò)濾過(guò)程中保持恒定。

　　反沖洗控制：

　　濾池PLC在控制濾池進(jìn)行過(guò)程的同時(shí)，還在判斷濾池是否需要沖洗，濾池沖洗的條件有三個(gè)：

　?、龠^(guò)濾周期：操作人員根據工藝上提出的要求，在PLC上設定濾池的最大過(guò)濾時(shí)間，在濾池開(kāi)始過(guò)濾時(shí)，濾池PLC開(kāi)始計時(shí)，并將實(shí)際的過(guò)濾時(shí)間與設定值進(jìn)行比較，若兩值相等，濾池PLC向公共PLC發(fā)出沖洗請求。

　?、谒^損失值：在PLC設定濾池的最大水頭損失值，當濾池過(guò)濾時(shí)，水頭損失傳感器連續測定該格濾池的水頭損失值，PLC將其與設定值進(jìn)行比較，若該值大于設定值，那么濾池PLC向公共PLC發(fā)出沖洗請求。

　?、蹚娭品绞剑河刹僮魅藛T根據現場(chǎng)需要，在濾池PLC上進(jìn)行功能鍵操作，強制濾池PLC向公共PLC發(fā)出沖洗請求。

4.2.3加氯間微型PLCS7200

　　負責加氯設備的自動(dòng)控制以及漏氯中和裝置和風(fēng)機的運轉等，并做相應的調節，根據出廠(chǎng)水的余氯含量和流量自動(dòng)控制加氯量，實(shí)現加氯和漏氯報警過(guò)程的監測及自動(dòng)控制，操作員亦能人工操作手動(dòng)控制。

　　主要監控設備：加氯機，漏氯中和裝置，軸流風(fēng)機。

　　控制內容：采集余氯分析儀數據，控制加氯量，并根據漏氯報警器的狀態(tài)啟動(dòng)氯中和裝置，定時(shí)運行軸流風(fēng)機等。

4.3送水泵房監控站功能

　　負責管理PLC2分站S7300cpu315。設在送水泵房控制室，由3#上位機、一臺打印機組成，帶有操作顯示終端，對工藝、水質(zhì)、電氣主要參數和狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)檢測和監視，對水泵、閥門(mén)進(jìn)行操作控制和監視，根據出水壓力參與水泵的變頻調速控制等。

　　PLC2通過(guò)控制5套水泵機組和出水閥門(mén)的操作，對5臺送水泵的電機的運行進(jìn)行監控，對水泵電機定子溫度、用電量進(jìn)行監測，根據水廠(chǎng)要求的水量，繪制水泵并聯(lián)運行時(shí)的特性曲線(xiàn)，監測送水泵房變電系統及出廠(chǎng)水水質(zhì)、流量、壓力、清水池和吸水井液位等。該站負責監控送水泵房變配電站系統及送水泵房?jì)仍O備。

5.現場(chǎng)PLC程序用梯形圖語(yǔ)言編制，程序流程圖如3所示。

圖3下位機plc流程圖

6.結束語(yǔ)

　　隨著(zhù)該自動(dòng)化系統的建成，水廠(chǎng)生產(chǎn)自動(dòng)化將形成以生產(chǎn)過(guò)程的信息采集、信息集成和信息傳遞為主，并與企業(yè)的生產(chǎn)工藝調度、生產(chǎn)水質(zhì)監控、自動(dòng)投加藥等技術(shù)密切結合的生產(chǎn)自控信息網(wǎng)絡(luò )。PLC抗干擾能力強、適用于工業(yè)現場(chǎng)的特點(diǎn)，融合了較先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、故障診斷技術(shù)和軟件技術(shù)，具有可靠性高、維護容易等特點(diǎn)。此系統實(shí)現了數據的集中管理、自動(dòng)控制、故障檢測等多方面功能，為水廠(chǎng)的連續、穩定、安全運行提供了保證。