摘 要：本文以開(kāi)發(fā)區(qū)化工園凈水廠為研究背景，闡述了該水廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)的構(gòu)成和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，從硬件配置、通訊網(wǎng)絡(luò)、軟件設(shè)計(jì)等方面對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：西門子PLC;以太網(wǎng);WICC6.1監(jiān)控組態(tài) [b][align=center]Analysis of Shenyang Chemical Industry Park Development Zone Automatic Control System for Water Treatment Plant Construction ZhangFengZhong ZhangYa ZhaoLanGuang[/align][/b] Abstract: In this tractate, with the chemical park purifying water plant of the development zone as the research background, expounding the automatic control system structures of the water plant, also give the system analysis and design for hardware configuration, network communications,and software design. Key words: Siemens PLC, ethernet network, WICC6.1 monitor configuration software 1.工程概述 　　沈陽(yáng)開(kāi)發(fā)區(qū)化工園水廠座落在沈陽(yáng)開(kāi)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(yáng)開(kāi)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(kāi)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)。 [align=center] 圖1 水廠自控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)[/align] 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(kāi)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(wú)功/無(wú)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(guò)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(guò)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(guò)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(lái)看，水廠自控系統(tǒng)由生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控層二個(gè)層次組成如圖2。 [align=center] 圖2 水廠自控系統(tǒng)組成[/align] 　　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(guò)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(kù);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。 4.2.2 PLC1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(guò)濾及反沖洗過(guò)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。 　?、?實(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(kāi)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。 　?、?控制內(nèi)容： 　　每格濾池運(yùn)行控制：濾池在過(guò)濾過(guò)程中，PLC根據(jù)濾池液位，調(diào)節(jié)濾池出水閥的開(kāi)度，保證池內(nèi)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)： 　?、?過(guò)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(guò)濾時(shí)間，在濾池開(kāi)始過(guò)濾時(shí)，濾池PLC開(kāi)始計(jì)時(shí)，并將實(shí)際的過(guò)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。 　?、?水頭損失值：在PLC設(shè)定濾池的最大水頭損失值，當(dāng)濾池過(guò)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。 　?、?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PLC S7200 　　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(guò)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(guò)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(yǔ)言編制，程序流程圖如3所示。 [align=center] 圖3 下位機(jī)plc流程圖[/align] 6.結(jié)束語(yǔ) 　　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(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(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。 參考文獻(xiàn)： 　　1 SIMATIC MicroComputing User Manual.SIEMENS. 　　2王衛(wèi)星編著.可編程控制器原理及應(yīng)用[M] ,北京:中國(guó)水利水電出版社，2002年 　　3 廖常初主編.PLC編程及應(yīng)用.北京.機(jī)械工業(yè)出版社.2002 　　4 S7-300可編程序控制器硬件和安裝手冊(cè).SIEMENS AG.2004 　　5 WINCC編程指南.