PLC等自控技术在国家重点工程——西昌市自来水公司三水厂的应用

张锐
(西昌市自来水公司，四川西昌615000)

　　改革开放以来，通过引进国外的先进技术，经过近10多年的努力，以PLC为基础的集散型控制系统已成为当今水工业自动化系统的主流，并具备了一定的技术和物质基础。
　　由于信息技术的飞速发展，网络化、信息化概念向自动化领域的渗透，使得自动化系统的体系结构面临一场深刻的变革，这种变革也必将对水工业自动化产生重大影响。
　　原来的西昌市自来水公司所属一厂、二厂全部是人工操作，劳动强度高且不能对生产过程中的质量指标进行监控，加药，加氯达到的指标不能准确控制。第三水厂是全自动控制，且均采用PC+PLC方式构成集散型自动控制系统，自控设备主要为SIEMENS公司的PLC S7-300和S7-200. 三水厂于2002年投入使用，达到了基本令人满意的控制效果。

一　第三水厂的主要特点有

　　（1）中控室采用10/100兆工业以太网络作为主网络。
　　（2） 采用同轴电缆为网络通讯媒体。
　　（3）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分开便于管理。
　　（4）网络中所有的PLC控制器、PC机、视频服务器、HUB和远程网桥均遵循TCP/IP协议。
　　（5）通过网络中的Modem，自控网络可实现远程诊断和维护。

二、网络拓扑图

　　三水厂自控网络拓扑图见下图。

　

三 各部分介绍

　　（1）现场PLC+中控室的计算机组成网络控制系统。PLC采用SIEMENS公司产品，系统按加药、加氯、过滤设置了2个PLC站， PLC控制站分别为PLC1加药间站、PLC2气水反冲V型滤池站，送水采取重力自流的方式，PLC只控制出厂水电动阀门。这样，共5台设备(2台PLCS7-300加上中控楼的3台计算机)挂在网络上构成通讯链网。
　　（2）PLC2气水反冲V型滤池站完成功能如下：滤池控制站采用8格单池分开用S7-200PLC 处理，构成V型滤池自控系统。 根据滤池水位的变化，通过PID闭环控制，调节滤池出水阀开度，从而达到滤池在恒水位状态下进行过滤，保证过滤质量； 根据滤池堵塞度或滤池运行时间，对8个气水反冲V型滤池进行全自动排队反冲洗控制。每格滤池用1台小型PLC控制并构成低层网络由滤池工作站主机管理，主机作为低层网络的上位机并管理滤池的公共设备。滤池的恒水位控制采用美国BRAY公司电动出水阀，并采用了虹吸进水装置，滤池管廊全部采用电动蝶阀，现场用一个按钮并且联在PLC的输出触点上便可进行阀门的手动控制；风机、反冲洗水泵及氯气气源系统考虑了常规手动控制，因为这些设备每天运行时间不太有规律，冬天源水水质较好，容易自动控制，而夏天反之。控制过程中PLC将采集到的信号送回中控室计算机，启动多媒体功能形成真正的声光报警，并且同时完成打印和记录。
　　（3）PLC1站主要完成的功能如下：控制美国MiltonRoy 公司的6台加药泵冲程、频率；控制加氯机开度、切换加氯气瓶，漏氯报警、开启漏出氯气的中和设备；控制源水开度；控制加药搅拌机运行；泥位计，排泥阀门动作；加药部分采用1台PLC管理，控制加矾、加氯、进水量、机械搅拌、排泥等，这样的功能划分主要是基于地理位置的关系，即就近控制、跨站联锁。加药控制方案的选定采用3台德国ALLDOS的10kg/h立式加氯机（2用1备），其中一台附带复合环控制器，且其控制自成体系，出现问题不影响其他如滤池、清水出厂等流程。
　　（4）滤后水加氯较为复杂，为了达到自动控制的目的，要求氯气经充分混合后立即检查余氯值作为复合环控制的反馈信号。水质较好的时期采用自动控制，中控室值班人员也可通过网络进行手动操作，则该方式可以作为自动控制的一种后备或补充，使系统更加可靠、实用。利用PLC的功能指令，能方便地实现自动和手动控制的无扰动切换，利用中控室电脑的图形界面，值班工人可以很方便地执行这些操作。
　　（5）现场的实况摄像机联接到视频服务器，后者将图像数字化处理后，链入10/100兆以太网络中实时传输并采用多媒体技术，由视频PC机和操作台完成监控。
　　（6）本控制系统设有一个中央控制室，内有一面模拟屏及两台计算机（另外一台专职为报表服务器），用于集中监视、控制、操作、管理水厂的生产过程，即控制系统所控制的加药、加氯、滤站等生产过程。
　　中央控制室两台计算机操作员站互为备用，它们均可各自独立完成整个工艺过程的监控。将整个生产工艺过程制作成直观彩色画面.操作员站具有以下功能：
　　· 显示工程设备的运行状态，显示工艺流程的动态参数，显示相关参数的趋势，历史数据及历史记录。
　　· 打印过程回路控制的参数给定值、报警记录和班报表等。
　　· 操作设有优先级管理，任意管理均在屏幕上显示。
　　· 在操作过程中，设有启动、停止、复位和选择等软手动操作功能。
　　· 实现编程、组态和修改等，操作员站装有功能强大的上位软件，以便能方便地、直观地组态和编程。

四 总结

　　第三水厂供水工程规模为5×104t/d，由西河取水，属地表水，含有较多的藻类物质，夏天水质较差，为此我厂采用目前较为先进且相对复杂的V型滤池。水厂的监控系统是由中心控制室和厂内2个PLC现场控制站构成的一个有线数据控制局域网，而现场控制站又与设备配用的小型控制器组成控制子网。自来水公司与净水厂相距约5km，该局域网与公司之间通过无线数传构成一个遥测控制系统。
　　工业自动化领域的另一个发展趋势是管理控制系统的一体化。在市场经济与信息时代的飞速发展中，企业内部之间以及与外部交换信息的需求不断扩大，现代工业企业对生产的管理要求不断提高，这种要求已不局限于通常意义上的对生产现场状态的监视和控制，同时还要求把现场信息和管理信息结合起来。管理控制一体化就是建立全集成的、开放的、全厂综合自动化的信息平台，把企业的横向通信(同一层不同节点的通信)和纵向通信(上、下层之间的通信)紧密联系在一起，通过对经营决策、管理、计划、调度、过程优化、故障诊断、现场控制等信息的综合处理，形成一个意义更广泛的综合管理系统。
　　三水厂在这方面开了个好头，在稳定、高质量生产水的基础上不断探索发展，我们相信，PLC、现场总线、无线通讯、管网遥测等新技术将给我公司带来巨大效益，也能给大众一个更加美好的生活。