1、蚌埠三水廠濾池自動控制系統(tǒng)改造2010 年第 31 期（ 總第 166 期）南妻觸 NO.31.2010（CumulativetyNO.166）蚌埠三水廠濾池自動控制系統(tǒng)改造耿光輝（ 蚌埠市中環(huán)水務(wù)有限公司 , 安徽蚌埠 233000） 摘要 : 蚌埠中環(huán)水務(wù)有限公司第三自來水廠始建于上世紀(jì)80 年代后期 . 隨著自動化技術(shù)的不斷發(fā)展, 原有系統(tǒng)已越來越 不適應(yīng)現(xiàn)在的自動化技術(shù)要求. 為保證安全供水, 文章對濾 池的自控系統(tǒng)進行了升級改造關(guān)鍵詞：自動控制系統(tǒng)；濾池改造；上位機；PLC主站 中圖分類號：TU991文獻標(biāo)識碼 :A文章編號:1009 2374（2010）31-0026 02蚌埠第三

2、自來水廠設(shè)計供水能力為 40萬m./d,目前日 供水量約為2O萬噸左右.整個工程分四期建造. 采用混凝 , 沉淀 , 過濾 , 消毒等常規(guī)水處理工藝 . 設(shè)有 8 組平流沉淀池 , 48 組濾池 . 兩座一級泵站, 兩座二級泵站. 限于當(dāng)時的經(jīng)濟技術(shù)條件 , 僅在濾池工藝中實施了自動控制系統(tǒng). 整個控制 系統(tǒng)分兩組獨立運行（ 一 , 二期為一組 ;三，四期為一組）.每 組設(shè)PLC主站一臺（西門子S5 115U,負(fù)責(zé)沖洗泵的運行控制），上位機電腦一臺及若干PLC分站（S595U,控制單個濾池運行）.主站PLC及分站PLC均具備手動，自動控制功能.上位機電腦安裝 Windows95操作系統(tǒng)及IND

3、IGAL工業(yè)組 態(tài)軟件.隨著計算機及信息技術(shù)的快速發(fā)展，極大地促進自 動控制技術(shù)的進步 . 目前在大中城市新建水廠中都具備較高 的自動控制水平. 同時在一些 老水廠中也都不同程度地進行了自動化的改造. 蚌埠三水廠濾池自控系統(tǒng)的水平尚處于上世紀(jì)八十年代后期 的水平 , 由于軟硬件不斷的更新?lián)Q代 , 對原 有系統(tǒng)的維護也越來越困難 . 因此對原有系統(tǒng)進行改造已迫在眉睫 . 在對同行業(yè)的現(xiàn)狀進行調(diào)研及對各種方案進行充分分析比較后 , 我公司于 2009 年 2 月開始對一, 二期濾池的自 控系統(tǒng)實施了升級改造.1 系統(tǒng)方案目前，在自動控制領(lǐng)域，PLC以其功能強大，安全可靠，技術(shù)成熟等特點仍占據(jù)主導(dǎo)地

4、位 . 隨著技術(shù)的進步,PLC 的 功能還在不斷發(fā)展, 并能方便地與其它計算機聯(lián)網(wǎng)通訊 . 本 著節(jié)約成本, 技術(shù)先進 , 安全可靠的原則 , 并充分利用原有現(xiàn)場設(shè)備 , 本次改造仍以PLC作為整個控制系統(tǒng)的核心設(shè)備.采用工控機+PLC主站+PLC從站模式作為整個控制系統(tǒng)的 控制層和設(shè)備層 , 同時擴充管理層, 形成完整的三層控制網(wǎng) 絡(luò) .系統(tǒng)架構(gòu)采用 C/S 模式 , 并與企業(yè)的管理信息系統(tǒng)(MIS) 實現(xiàn)有機的結(jié)合, 體現(xiàn)實用性 , 協(xié)調(diào)性和先進性相統(tǒng)一. 改造后的自控系統(tǒng)是基于現(xiàn)代先進控制思想的分布式計一26 一算機控制系統(tǒng)(即集散型控制系統(tǒng))，它集成了計算機技術(shù)，高 性能PLC及智能化

5、儀表的各自特點于一身 , 使其在水廠的運行控制 , 設(shè)備管理等方面發(fā)揮了巨大的作用 . 采用該結(jié)構(gòu)可 使生產(chǎn)過程中的信息能夠集中管理, 以實現(xiàn)整體操作, 維護 , 管理和優(yōu)化 ; 同時 , 也使得控制危險分散, 提高系統(tǒng)可靠性. 2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.1 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)整個系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)采用三層網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) : 由操作員站 , 工程師站 , 服務(wù)器 , 管 第一層 : 信息管理層理網(wǎng)交換機, 工業(yè)以太網(wǎng)交換機和打印機等組成的控制設(shè)備構(gòu)成.采用基于IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的1OOMbp蟻太網(wǎng)星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu).第二層 : 控制層 : 由工業(yè)控制計算機和工業(yè)以太網(wǎng)交換機組成.采用基于IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的全雙工

6、100Mbp帔速以太環(huán)網(wǎng)實現(xiàn)中控室與現(xiàn)場PLC主站之間通訊.傳輸介質(zhì)采用多模光纜.第三層：設(shè)備層：指現(xiàn)場PLC主站與下屬PLC子站之問，現(xiàn)場PLC主站與第三方廠商成套設(shè)備配套控制裝置之間通訊：PLC主站與下掛PLC子站之間有線網(wǎng)絡(luò)采用PR0FUBUSDP&,通信媒介為屏蔽雙絞電纜.圖 1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D2_2 主要硬件配置操作員工作站: 研華原裝 ,lPC610/6010/P43.0/4G/250G /DVD/K+M/212 臺:工程師工作站：聯(lián)想啟天M7000/Q94002.6G/2G/320G /DVD/191臺：數(shù)據(jù)庫服務(wù)器：戴爾 PE2900,5U塔式,IntelXeon E540520G

7、Hz,G2243SW1 臺：PLC主站：西門子 S7 300系列，1 套,PS3075A/CPU 314/DI 16x24V3組/DO16x24V0.5A2 組/A18x12Bit/CP 343 1/CP342-5:PLC子站：西門子S7 200系列J ,20套,CUP226/EM223/EM231/EM277:以太網(wǎng)交換機：KIEN20002M,2光口 6電口，支持環(huán)網(wǎng)4臺.2.3 軟件配置服務(wù)器 :WindowsServer2003,SQLServer2005, SlMATICWinCC6.2（ 服務(wù)器版 ）;工程師站:WindowsXPProfessinal,SIMATICSTEP7Pr

8、ofessinaIEdition2006,step7MicroWlNv40:操作人員工作站:WindowsXPProfessinal,SIMATICWinCC6.2(工作站版).軟件設(shè)計及功能軟件設(shè)計主要包括上位監(jiān)控計算機的軟件設(shè)計 ，PLC主站的軟件設(shè)計，單元濾池 PLC子站的軟件設(shè)計.3.1上位機軟件設(shè)計上位機軟件包括服務(wù)器軟件及操作員工作站軟件. 開發(fā) 平臺均為SlMATICWinCC6.2服務(wù)器軟件實現(xiàn)整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)歸檔,畫面組態(tài),報警記錄等功能 . 操作員工作站通過組態(tài)軟件提供人機界面, 操作人員通過操作工控機實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的控制 , 完成特定的操作要求. 同時工控機還具備信息查詢

9、, 報警提示 , 曲線瀏覽 , 報表打印等功能.PLC主站軟件設(shè)計PLC主站由兩套S7 300PLCffl成，分別控制兩組濾池.本部分軟件采用 SIMATICSTEP7ProfessinalEdition2006開發(fā).實現(xiàn)的功能是：一方面通過PROFIBUSDP絡(luò)與單 池PLC子站交換信息， 另, 方面又通過快速以太網(wǎng)與上位機交換信息 :對單池 ; 中洗請求進行排隊調(diào)度: 完成對沖洗泵的手動及自動控制 : 對沖洗流量及進水水位實時監(jiān)測 , 對流量及水位異常及時報警, 并進行保護控制 .PLC 子站程序設(shè)計為避免由一臺PLC對整個濾池系統(tǒng)進行自動控制而引起的故障相對集中的弊端 , 本系統(tǒng)每一格濾

10、池配備一套控制 系統(tǒng) , 硬件及軟件彼此獨立, 最大限度地提高了系統(tǒng)的可靠 性.所有PLC通過PROFIBUS、線與PLC總站連接起來，使各個濾池相互協(xié)調(diào) , 從而實現(xiàn)整個濾池系統(tǒng)的自動運行. 該站主要完成過濾及反沖兩項控制任務(wù) , 濾池工作狀態(tài): 自動控制 , 手動控制 , 停池 . 分為 3 種自動控制 : 分過濾和反沖洗兩種狀態(tài). 在過濾狀態(tài),控制程序根據(jù)設(shè)定的水位實現(xiàn)恒水位過濾 . 程序的關(guān)鍵是水位控制 . 一般的 PLC液位控制 , 是對調(diào)節(jié)閥進行的 , 因而可 以采用 PID 控制算法 . 但濾池水位的要求并不十分嚴(yán)格 , 允 許存在相對較大的偏差. 因而從節(jié)約成本的角度出發(fā) ,

11、可以 不使用調(diào)節(jié)閥 , 而采用普通電動閥作為清水閥來調(diào)節(jié)液位. 具體調(diào)節(jié)過程可以采用經(jīng)驗算法 :對水位計的采樣值與設(shè)定值進行比較, 當(dāng)水位低于設(shè)定下限且仍在下 B,1-, 給出關(guān)閥命令 : 當(dāng)水位高于設(shè)定上限且仍在上升時, 給出開閥命令. 開關(guān) 閥的時間間隔及每次開關(guān)閥的時間長短應(yīng)根據(jù)水位控制精度 及閥門全開或全關(guān)的時間通過現(xiàn)場試驗確定.本系統(tǒng)中開 關(guān)閥的時間問隔選為3O秒,每次開關(guān)閥時長為閥門全開或全關(guān)時長的五十分之一. 實際運行表明 , 水位誤差在2%左 右 , 滿足運行要求. 在沖洗狀態(tài) , 根據(jù)濾池反; 中洗周期或水頭 損失兩個參數(shù)來啟動沖洗過程. 這兩個條件是并列的,其中 任何一個條

12、件滿足即轉(zhuǎn)入反沖洗狀態(tài).具體過程是: 當(dāng)條件 滿足時向上位機申請沖洗, 一旦上位機允許中洗, 即進行 ; 中 洗準(zhǔn)備 : 開進水虹吸破壞閥 , 停止進水 ,待水位降低到一定程度后關(guān)清水閥 , 再打開排水虹吸真空閥及沖洗閥 . 準(zhǔn)備就緒 即通知PLC總站開始沖洗.PLC總站接到；中洗指令后,先開 沖洗閥，再啟動反沖洗泵.結(jié)束時，先關(guān)反沖洗泵，再關(guān)沖洗 閥.同時向單元PLC子站發(fā)出沖洗結(jié)束指令，重新 轉(zhuǎn)入過濾 狀態(tài) .2)手動控制 : 在手動控制狀態(tài), 可以在現(xiàn)場通過控制柜上的按鈕 ,也可以通過上位機的圖形操作面板分別控制各種 閥門的狀態(tài). 此種工作模式, 主要是為了方便設(shè)備的維修調(diào) 試 , 同時也可以在上位機或通訊系統(tǒng)出現(xiàn)故障時, 仍可以通過手動操作來完成濾池的沖洗任務(wù).: 在停池狀態(tài)下 , 系統(tǒng)自動使各種閥門處于非工