淺析沈陽開發(fā)區(qū)化工園水廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的構(gòu)建

1.工程概述

　　沈陽開發(fā)區(qū)化工園水廠座落在沈陽開發(fā)區(qū)產(chǎn)業(yè)集群區(qū)，于2007年12月建成投產(chǎn)，隨著自動(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，新一代的水廠控制系統(tǒng)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(guī)模集中控制。以下是針對(duì)沈陽開發(fā)區(qū)化工園水廠設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)方案。

2.設(shè)計(jì)原則

　　遵循先進(jìn)性、實(shí)用性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、開放性的原則，滿足供水工程生產(chǎn)管理和水處理工藝對(duì)自動(dòng)化控制的要求。實(shí)現(xiàn)“集中監(jiān)控和管理、分散控制、數(shù)據(jù)共享”，以保證整個(gè)水廠的運(yùn)行協(xié)調(diào)、一致。圖1為水廠自控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)。

圖1水廠自控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

3.工藝流程及設(shè)計(jì)要求

3.1檢測(cè)控制參數(shù)有

　　自動(dòng)檢測(cè)的主要工藝參數(shù)有：進(jìn)水濁度、PH值、電導(dǎo)率，進(jìn)水流量、壓力，反沖洗水泵閥門開啟位置、運(yùn)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，水廠總出水流量、壓力、濁度、PH值、余氯等。

　　檢測(cè)的電氣參數(shù)有：配電系統(tǒng)的電壓、電流、有功/有功電度、無功/無功電度等。

3.2通訊網(wǎng)絡(luò)要求

　　通訊系統(tǒng)分管理級(jí)和控制級(jí)，控制級(jí)選用PROFIBUS總線EM277，通過專用屏蔽電纜進(jìn)行通訊。管理級(jí)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(tǒng)采用PLC+PC的方式進(jìn)行控制。PLC完成具體的控制和監(jiān)測(cè),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(xiàn)監(jiān)控、報(bào)警、統(tǒng)計(jì)和報(bào)表打印等功能。

3.4軟件要求

　　全廠生產(chǎn)管理層和生產(chǎn)過程監(jiān)控層采用組態(tài)軟件編制出便于管理和監(jiān)控的軟件界面，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層采用PLC的梯形圖程序設(shè)計(jì)出符合生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)的過程控制軟件。

4.設(shè)計(jì)任務(wù)分析

　　從水廠生產(chǎn)實(shí)際情況和在自控系統(tǒng)中的作用來看，水廠自控系統(tǒng)由生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、生產(chǎn)過程監(jiān)控層二個(gè)層次組成如圖2。

圖2水廠自控系統(tǒng)組成

　　生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層包括加氯間、凈水車間和送水泵房的微型PLC和相關(guān)電機(jī)和儀表設(shè)備。

　　生產(chǎn)過程監(jiān)控層由PLC控制系統(tǒng)及其控制網(wǎng)絡(luò)，它主要實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層受控對(duì)象的控制、狀態(tài)監(jiān)視、數(shù)據(jù)采集、故障報(bào)警處理等功能，是自控系統(tǒng)的核心部分，包含有凈水車間PLC1分站和送水泵房PLC2分站。

4.1上位機(jī)組態(tài)軟件功能

　　中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)選擇運(yùn)行速度快、性能穩(wěn)定的計(jì)算機(jī)，監(jiān)控軟件選擇組態(tài)靈活、功能強(qiáng)大、界面人性化且在給排水行業(yè)內(nèi)獲得了成功運(yùn)用的軟件包。

　　中央監(jiān)控系統(tǒng)主要功能:

　　遠(yuǎn)程監(jiān)控各PLC現(xiàn)場(chǎng)子站，實(shí)時(shí)接收PLC采集的各種數(shù)據(jù)，建立全廠檢測(cè)參數(shù)數(shù)據(jù)庫;處理并顯示各種數(shù)據(jù)。

　　監(jiān)測(cè)全廠工藝流程和各細(xì)部的動(dòng)態(tài)模擬圖形。

　　從檢測(cè)項(xiàng)目中，按需要顯示歷史記錄和趨勢(shì)分析曲線。

　　重要設(shè)備主要參數(shù)的工況及事故報(bào)警、打印制表。

　　編制和打印生產(chǎn)日、月、年統(tǒng)計(jì)報(bào)表。

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

　　對(duì)各種數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)。

4.2凈水車間監(jiān)控站功能

　　凈水車間監(jiān)控站：負(fù)責(zé)管理PLC1分站。設(shè)在凈水間控制室，主要由兩臺(tái)上位機(jī)、一臺(tái)打印機(jī)組成，帶有操作顯示終端，1#上位機(jī)主要實(shí)現(xiàn)凈水車間的電控設(shè)備、工藝流程中的自動(dòng)控制和主要參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)、監(jiān)視等，并負(fù)責(zé)打印各種報(bào)表、輸出數(shù)據(jù)等。2#上位機(jī)主要負(fù)責(zé)凈水車間各項(xiàng)電控設(shè)備及工藝流程主要參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)、監(jiān)視等。兩臺(tái)上位機(jī)互為熱備。

4.2.1凈水車間S7200

　　8個(gè)濾池8個(gè)224CPU，凈水車間的濾池微型S7200PLC控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)檢測(cè)濾池的液位和水頭損失，并對(duì)每個(gè)濾池的電動(dòng)閥門進(jìn)行控制。同時(shí)設(shè)置一個(gè)公共的分站PLC1，對(duì)每個(gè)濾池工作所需的反沖洗泵及閥門等進(jìn)行反沖洗的管理和控制，并向?yàn)V池發(fā)出反沖洗指令。每個(gè)濾池都有一個(gè)獨(dú)立的微型PLC，對(duì)該格濾池的工況進(jìn)行監(jiān)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(fù)責(zé)采集反沖洗水泵等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和出口壓力，并做相應(yīng)的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)過濾及反沖洗過程的監(jiān)測(cè)及自動(dòng)控制，操作員亦能人工操作手動(dòng)控制。

　?、賹?shí)現(xiàn)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(jiān)測(cè)、水頭損失監(jiān)測(cè)、反沖洗泵出口壓力。

　　主要監(jiān)控設(shè)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。

　　②主要工況的監(jiān)測(cè)：

　　每格濾池的工況：運(yùn)行啟動(dòng)、停用、請(qǐng)求沖洗、沖洗、故障。

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

　　主要參數(shù)顯示：每個(gè)濾池水位、水頭損失。

　?、劭刂苾?nèi)容：

　　每格濾池運(yùn)行控制：濾池在過濾過程中，PLC根據(jù)濾池液位，調(diào)節(jié)濾池出水閥的開度，保證池內(nèi)液位在過濾過程中保持恒定。

　　反沖洗控制：

　　濾池PLC在控制濾池進(jìn)行過程的同時(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^濾周期：操作人員根據(jù)工藝上提出的要求，在PLC上設(shè)定濾池的最大過濾時(shí)間，在濾池開始過濾時(shí)，濾池PLC開始計(jì)時(shí)，并將實(shí)際的過濾時(shí)間與設(shè)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(qǐng)求。

　?、谒^損失值：在PLC設(shè)定濾池的最大水頭損失值，當(dāng)濾池過濾時(shí)，水頭損失傳感器連續(xù)測(cè)定該格濾池的水頭損失值，PLC將其與設(shè)定值進(jìn)行比較，若該值大于設(shè)定值，那么濾池PLC向公共PLC發(fā)出沖洗請(qǐng)求。

　　③強(qiáng)制方式：由操作人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要，在濾池PLC上進(jìn)行功能鍵操作，強(qiáng)制濾池PLC向公共PLC發(fā)出沖洗請(qǐng)求。

4.2.3加氯間微型PLCS7200

　　負(fù)責(zé)加氯設(shè)備的自動(dòng)控制以及漏氯中和裝置和風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)等，并做相應(yīng)的調(diào)節(jié)，根據(jù)出廠水的余氯含量和流量自動(dòng)控制加氯量，實(shí)現(xiàn)加氯和漏氯報(bào)警過程的監(jiān)測(cè)及自動(dòng)控制，操作員亦能人工操作手動(dòng)控制。

　　主要監(jiān)控設(shè)備：加氯機(jī)，漏氯中和裝置，軸流風(fēng)機(jī)。

　　控制內(nèi)容：采集余氯分析儀數(shù)據(jù)，控制加氯量，并根據(jù)漏氯報(bào)警器的狀態(tài)啟動(dòng)氯中和裝置，定時(shí)運(yùn)行軸流風(fēng)機(jī)等。

4.3送水泵房監(jiān)控站功能

　　負(fù)責(zé)管理PLC2分站S7300cpu315。設(shè)在送水泵房控制室，由3#上位機(jī)、一臺(tái)打印機(jī)組成，帶有操作顯示終端，對(duì)工藝、水質(zhì)、電氣主要參數(shù)和狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和監(jiān)視，對(duì)水泵、閥門進(jìn)行操作控制和監(jiān)視，根據(jù)出水壓力參與水泵的變頻調(diào)速控制等。

　　PLC2通過控制5套水泵機(jī)組和出水閥門的操作，對(duì)5臺(tái)送水泵的電機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)水泵電機(jī)定子溫度、用電量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)水廠要求的水量，繪制水泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的特性曲線，監(jiān)測(cè)送水泵房變電系統(tǒng)及出廠水水質(zhì)、流量、壓力、清水池和吸水井液位等。該站負(fù)責(zé)監(jiān)控送水泵房變配電站系統(tǒng)及送水泵房?jī)?nèi)設(shè)備。

5.現(xiàn)場(chǎng)PLC程序用梯形圖語言編制，程序流程圖如3所示。

圖3下位機(jī)plc流程圖

6.結(jié)束語

　　隨著該自動(dòng)化系統(tǒng)的建成，水廠生產(chǎn)自動(dòng)化將形成以生產(chǎn)過程的信息采集、信息集成和信息傳遞為主，并與企業(yè)的生產(chǎn)工藝調(diào)度、生產(chǎn)水質(zhì)監(jiān)控、自動(dòng)投加藥等技術(shù)密切結(jié)合的生產(chǎn)自控信息網(wǎng)絡(luò)。PLC抗干擾能力強(qiáng)、適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的特點(diǎn)，融合了較先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)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(hù)容易等特點(diǎn)。此系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的集中管理、自動(dòng)控制、故障檢測(cè)等多方面功能，為水廠的連續(xù)、穩(wěn)定、安全運(yùn)行提供了保證。