丹东市净水厂自动控制系统

丹东市净水厂自动控制系统
【摘要】本文介绍了丹东市净水厂自控系统的配置和功能，阐述了其系统网络结构特点——由计算机、PLC、现场在线仪表组成多级的、开放的、模块化的、实时多任务的、集散型的、可扩展的数据采集和监控系统。

【关键词】计算机监控；SCADA；PC S7；EtherNet；通讯
0 引言
丹东市净水厂是丹东市自来水公司第一间具有深度处理的全自动化的10万m3/d饮用净水生产厂，其自动化系统要求以安全可靠、优质供水、节能降耗、管理方便为设计原则。

从实际出发，使水厂仪表检测和自动化控制达到国内同行先进水平。

本方案中涉及到净水厂从原水到用户供水整个工艺流程。

具体流程如下：
原水→稳压配水井（消毒、加药）→机械混合池→折板絮凝池→斜板沉淀池→V型滤池→清水池→送水泵房→市区配水管网→用户。

在整个生产流程过程中涉及到每个工艺环节的自动化控制及优化过程都决定了整个净水厂自动化控制系统的先进性、稳定性、科学性。

1 系统设计
依据我们国内的供水系统的实际情形和我们的水处理工程经验，本着自控制领域的发展趋势，依据简单实用、安全可靠、先进的原则，充分发挥西门子自动化产品的软硬件优势，以PC S7开放的总线网络和硬件平台EtherNet为核心，利用先进的PLC、网络架构、驱动及工控产品为用户提供了一个由现场在线仪表、PLC、计算机组成的开放性多级化的、模块多任务的、可扩展的监视和数据采集系统。

[1]这是一个完整的从现场级到工厂管理级的自动化解决方案，帮助水厂降低单位能耗，提高产品质量，从而提高自身在市场上的竞争力。

整个水厂的I/O数据形式多样，信息量大，对系统要求高。

控制及监控任务不仅仅是单台系统的控制和数据检测问题，还要求对整个控制系统的调度、监视、判断、优化、报警。

以计算机和PLC为核心的数据处理方式将实现对生产过程的调度、综合信息的处理、自动化控制与监视。

系统具有以下三个主要方面的功能：
1）现场生产数据的采集、动态追踪、分析、处理、工艺控制等前台管理；
2）硬件设备故障、水质参数信息管理等后台信息管理；
3）现场视频监控多媒体系统、水厂生产计划和运行监控调度指挥功能。

2 现场控制分站及子站
根据工艺流程的分布和水厂总平面布置，在净水厂共设置4个现场分站和11个现场子站，他们分别是送水泵房分控站、配水加药间分控站、净水间分控站、雨水泵房分控站以及8个V型滤池子站、2个反应沉淀池子站和1个加氯间子站。

各分站与子站的主要功能如下：
2.1 配水加药间分控站（CPU412-3H）
用于取水泵站的工艺参数、电气参数、设备状态的采集，根据工艺过程要求通过网络对水泵等上述设备进行控制。

水泵机组等由I/O模块控制。

系统通过总线采集泵组及其他用电设备各类参数，该控制分站站内的PLC通过以太网方式实现与中控室的通讯。

药物投加系统由独立供货商或系统集成商成套提供，PLC完成系统内各子系统的控制；通过以太网网络与各分站系统控制器交换数据；通过网络电缆与投加系统里的电力监测器连接以采集其数据。

2.2 净化间分控站（CPU412-3H）
主要包括V型滤池子站和反应沉淀池子站现场设备的控制和数据采集，控制系统分站与子站之间采用工业以太网的方式进行通讯。

2.3 雨水泵房分控站（CPU412-3H）
雨水泵房分控站控制的设备主要是三台雨水排水池潜污泵。

在控制程序方面主要包括设备程序软保护和雨水排水泵控制程序两个方面。

设备程序保护方面主要包括：
a）平衡设备：对受控设备的运行时间进行累计计算，当设备处于程控模式时，累计运行时间最短的设备优先被调
b）干运行保护：预设液位低限做为水泵的软保护，保证水泵不干运行。

雨水排水泵控制程序方面：
雨水排水池共设3台潜水排污泵，潜污泵根据池内液位进行启动/停止控制。

运行过程中，工作泵故障、备用泵自动投入运行。

2.4 送水泵房分控站（CPU412-3H）
送水泵房分控站用于送水泵房、总出水、变配电系统的工艺参数、电气参数、设备状态的采集，根据工艺过程要求对送水泵组、出口阀、配电等设备进行控制。

通过MODBUS总线与变频器通讯，对其完成测控，通过总线采集泵组及其他用电设备各类参数，通过冗余环网系统与其它现场分站PLC通讯，实现送水泵房的送水泵控制。

2.5 加氯间子站（CPU315-2PN/DP）
加氯间子站控制主要包括气源供给与压力切换、氯气投加、余氯分析、漏氯检测和吸收等四部分。

水厂加氯对控制系统的基本要求就是可以远程集中监控生产情况，现场无班，并能自动进行投加调整，保证水厂出水余氯符合控制指标要求，能对设备故障、生产异常等进行报警和紧急处理，确保安全生产。

加氯现场控制站与中央调度计算机之间的通讯采用以通讯光纤为介质的高速工业以太网。

在水处理过程中，加氯消毒是水厂水质控制的重要环节。

我国生活用水标准要求出厂水游离余氯在接触30分钟后不低于0.3mg/L，管网末端不低于0.05mg/L。

末端的余氯量虽然还具有消毒作用，但对二次污染的消毒作用尚嫌不足，但可作为再次污染的信号。

此点对于管网较长枝状管网有死水端的情况，尤为重要。

氯化消毒时，投氯量过少达不到消毒效果，同时，投加量过高易产生致癌物质三氯甲烷、四氯甲烷等。

因此，在水处理过程中正确控制加氯量是至关重要的。

加氯是现行常规水处理过程中确保水质不可缺少的重要环节。

3 系统特点
3.1 高可靠性、技术水平先进
以往控制系统网络设计为单一的主/从总线结构，系统运行由单一设备主宰总线并控制现场数据传送。

这种集中控制方法，减少了总线的传输效率。

以太网通过并行的通讯网络，可以同时完成1对1和1对多的信息传递。

PLC不再是通讯处理中心，设备与设备可直接进行数据交换，提高了系统的性能和带宽。

控制网络为同一链路上对等通信提供了高效的实时报文传送与控制，同时提供了数据在PLC和用户界面之间共享的功能，这种共享的对等通信方式设计大大简化了控制器的程序量，减少了不必要的CPU间通讯指令。

在数据交换过程中，网络提供重复性和确定性功能，保证了通讯的可靠性。

3.2 Web浏览
系统运用Web服务器和Windows内置的浏览器实现了与以太网的连接，为客户提供了一个服务器客户端系统。

数据服务器具有特定权限的用户登录访问功能，只有拥有相应权限的用户才能访问相关网页。

4 结束语
由于该系统具有较高的可靠性、稳定性以及灵活的可扩展功能和对复杂环境及处理要求的适应性，为水厂的少人值守管理模式，创造了良好的技术条件。

通过净水厂的整体自动化控制系统可以看到，自动化产品供应商可以为水处理行业
提供一套全面的、完整的解决方案：即构造一个基于EtherNet和Internet支撑的，由硬、软件组成的控制系统。

从设备层的驱动器、传感器到控制层的PLC和现场总线系统，以及上位机组态数据，可以充分满足水处理自动化领域用户对系统控制、组态和数据采集的需求。

【参考文献】
[1]崔坚.西门子工业网络通讯指南：上[M].机械工业出版社，2005-01-01：2.
[2]西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团.SIMATIC与SIMATIC 通讯系统手册[S].2006，9.A5E00879278-02：16.
[3]严道岸.水工艺与工程[M].北京：化学工业出版社，2002，4：46.。