金成志，倪一飞
（杭州萧山供水有限公司浙江杭州310000）
【摘要】杭州萧山供水有限公司南片水厂的自控系统采用西门子主流PLC，本文主要阐述了其系统网络结构，各分站描述及监控系统。
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关键词 PLC；系统网络结构；描述；监控系统
PLC automatic control system in the south in Waterworks
Jin Cheng-zhi，Ni Yi-fei
（Hangzhou Xiaoshan Water Co.ltdHangzhouZhejiang310000）
【Abstract】Hangzhou Xiaoshan Waterworks Water Co. south in automatic control system of Siemens mainstream PLC， this paper describes its system network architecture， each sub-station description and monitoring system.
【Key words】PLC；Systems Network Architecture；Description；Monitoring system
1. 前言
（1）自来水厂是一个地区重要的基础设施，能否安全、经济运行对该地区的生产、生活有着重大的影响。随着自动化技术的广泛应用，自来水厂所采用的自控系统除了要满足工艺要求，还应具有以下特点：热插拔技术、良好的扩展能力、卓越的现场总线技术、方便的人机界面环境。
（2）杭州萧山供水有限公司南片水厂的自控系统采用西门子主流PLC：S7-400、S7-300、S7-200，建立一个集散型的控制系统，这种系统结构灵活、安全性高、性能价格比较优异，比较适用于水厂的控制、监视与管理。
2. 系统网络结构
2.1南片水厂自控网络属于光纤以太网与现场总线相结合的多层网络，其最高层是管理层为10/100M星形交换式以太网：主控层为10/100M全双工光纤以太环网；现场层是PLC的智能I/O现场总线。监控系统如图1所示：
2.2它有如下优点：（1）采用10/100M工业以太网络作为主网络。（2）采用光纤为网络通讯媒体并构成光纤环网，使之具有冗余功能。（3）采用全双工的光交换机，构成全双工光纤以太环网。（4）采用图像、数字技术和视频服务器将工业电视监视系统和自控系统合并建成一个光纤以太环网。（5）配有以太通讯模块的PLC可以直接连入光纤以太环网中，成为以太网络节点。（6）选择具有智能I/O现场总线通讯功能的PLC作为现场控制器。2台监控计算机通过以太网相连接，实现监控计算机互为备用的功能；2台监控计算机与加药间PLC站、出水泵房PLC站、滤池PLC、沉淀池PLC站构成第一层全双工光纤工业以太网络，其主要功能是将所有接入PLC信号传送至2台监控计算机；PLC3与1、2、3、4、5、6滤格控制台组成第二层以太网络，用以完成反冲洗的控制。此系统的层次清楚，分工明确，而且任何个别站的PLC故障既不会扩展到其他网络层，也不会影响整个系统的正常工作，从而使系统的可靠性大大提高。
3. 各分站描述
3.1加药间PLC站。
（1）主要参数。
室内外矾液池的液位数据；计量泵开停、手/自动、故障数据、计量泵冲程检测、计量泵变频装置频率的相关数据；搅拌器开停、故障；稀释水阀门开、关、状态；进出矾液开、关状态。氯瓶重量、氯气投加、漏氯报警、加氯机开、停状态；氯气管路切换及电动球阀工作状态等。
（2）主要控制功能。
加药泵的控制；室内外矾液池相关设备的监控；加氯系统的监控；将加氯设备、加矾设备、矾液池等设备的运行状态及相关的参数传送至监控计算机，接受并执行来自监控计算机的正确指令和参数。
（3）加氯控制原理。
A.在南片水厂的工艺处理中，加氯系统包括前加氯、后加氯和补加氯。前加氯采用原水流量配比投加方式；后加氯采用复合闭环加氯方式即根据原水流量和滤后水余氯反馈信号共同控制的方式；补加氯为特殊情况下提高出厂水余氯。
B.原水流量配比投加方式为控制原理为：PLC加氯控制器根据原水流量的变化以及设定的投加率来自动调节加氯量。复合闭环加氯方式控制原理为：PLC加氯控制器根据原水流量、滤后水余氯值及设定的投加率，采用PID控制规则，输出一个控制量来控制加氯机的投加装置，形成一个闭环控制，使余氯值向设定值逼近，确保出厂水余氯指标的稳定达标。补加氯为在后加氯不能满足的特殊情况下开启投加，提高出厂水余氯。加氯自动控制系统中还包括氯气气源的自动切换、漏气自动报警和漏氯吸收装置的自动控制等。
（4）加药自动控制原理。
在水厂自动化中，加药自动控制是提高社会效益和经济效益最显著的一项措施。这是因为加药是一个长延时、非线性时变、干扰因素多的复杂过程。南片水厂的加药分为加矾（去水中杂质）和加碱（调节PH值）2部分。水厂采用了先进的控制理论来实现自动投加的问题，采用多参数的闭环投加控制方式：通过PLC采集原水浊度、沉淀池1/3处浊度、沉淀池出口浊度、原水温度以及投加系统的投加系数、矾液浓度等参数综合累计、统计及分析，按照复杂的公式来自动调节投加量并记忆各种优化参数，取得了良好的效益，不但节约了成本，还能满足水质处理要求。
3.2送水泵房PLC站。
（1）主要检测参数。
高配间、低配间的电量数据；出厂水的流量、浊度、余氯、PH、液位等数据；泵机的运行、停止、故障等信号。
（2）主要控制功能。
出水泵机的控制；接受并执行来自监控计算机的正确指令和参数。
3.3滤池PLC站。
滤池PLC站用1台公共PLC站做主站，另外6台滤池的PLC子站组成1个二级控制系统。其中公共PLC站与其它3个车间的PLC站用光缆相连接；公共PLC站与子站之间用以太网相连接，主站与子站之间采用集中管理分散控制方式，滤池的运行与反冲洗程序放在子站，使系统更安全，同时能分散I/O又能使滤池的控制系统电缆连线更为减少，使维护更加方便。
3.3.1公共冲洗PLC主站。
（1）主要检测参数。
反冲洗泵机、阀门的数据；反冲洗鼓风机、阀门数据；反冲洗流量、空压机数据、管路压力等数据。
（2）主要控制功能。
反冲洗控制，反冲洗设备切换，控制滤格子站等功能。
<a>当公共PLC主站接到计算机或者子站发出的反冲洗请求时，鼓风机开始工作，出口阀门打开；当反冲洗完成时，鼓风机停止工作。相关阀门关闭；
<b>当公共PLC主站接到计算机或者子站发出的反冲洗请求时，反冲洗水泵开始工作，出口阀门打开；当反冲洗完成时，反冲洗水泵停止工作。相关阀门关闭。
3.3.2各滤格PLC子站。
3.3.2.1主要检测参数。
滤格的液位、水头损失、各个阀门的状态、手/自动、清水阀的开度等参数。
3.3.2.2主要控制功能。
（1）滤池的恒水位过滤控制。
PLC根据每个滤池的液位仪额数据来控制滤格清水阀的开度，以保证滤池的水位恒定，其控制精度≦21cm。
（2）滤格的反冲洗控制。
对于反冲洗，设置了3种方式，分别为：过滤周期、压差值、强制方式。
A.过滤周期：根据工艺要求，设定了滤格的最大过滤时间，在滤池开始过滤时，滤格子站就开始计时，并与设定值进行比较，当两者相等时，滤格PLC向公共PLC主站发出反冲洗请求。
B.压差值：在滤格PLC上设定滤池的最大阻塞压差值，当过滤时阻塞压差传感器连续测定滤料的阻塞压差值，PLC实时将信号与设定值进行比较，当两者相等时，滤池PLC向公共PLC主站发出反冲洗请求。
C.强制方式：由滤池工作人员根据现场需要，在计算机或者滤池控制器上进行功能操作，强制向公共PLC主站发出反冲洗请求。
D.需要说明的是：每个滤池的过滤周期、最大阻塞压差值等均可通过操作台来灵活设置。同时操作台还配备了反冲洗操作密码，确保不会引起误操作，保证了设备生产的正常进行。
3.4沉淀池PLC4。
（1）主要参数。
沉淀池原水进水阀的数据、排泥机的数据、排泥阀的数据、沉淀池原水流量数据、沉淀池浊度数据等。
（2）主要控制功能。
根据生产需要启用、停用沉淀池，根据污泥浓度开关、设定排泥机，根据污泥浓度开关、设定排泥阀运行周期等功能。
4. 监控计算机系统简介
4.1简述。
2台监控计算机在Windows2003下使用WINCC6.0作为监控软件，它们互为备用，在1台计算机维护或故障时另外1台能正常使用，确保了生产的正常进行。同时能对流量、压力、液位、浊度、余氯、PH值等数据实时备份保存，为以后的分析、研究提供有力的保证。
4.2主要功能。
（1）拥有多种输入方法：标准键盘、功能键盘、鼠标等。
（2）记录操作员动作：可对操作员操作的日期、时间、姓名进行记录，从而使一些危险的操作能被保留。
（3）有100多种不同的保护等级，可以保证每个操作都可被禁止，以防止非法操作。
5. 结论
可编程控制器是成熟的工控产品，它采用模块化构设，组态灵活，具有通信功能，编写方便，可靠性高，抗干扰能力强，维护方便，非常适合在现场总线网络环境上应用。在集散控制系统中，PLC是一种重要的基本控制单元。应用它实现了水处理系统的自动化，降低了药耗和能耗，减轻了职工的劳动强度，提高了管理水平，提高了水质，创造了很好的经济效益和社会效益，具有非常好的推广前景。
［文章编号］1006-7619（2014）11-25-813