西門子自動(dòng)化產(chǎn)品在城市供水中的應(yīng)用

安徽省六安市第二自來水廠座落在該項(xiàng)市南郊的淠河旁邊，因第一自來水廠已經(jīng)停用，所以該廠目前成為六安市唯一的供水廠。該廠原設(shè)計(jì)供水能力10萬噸/天，通過擴(kuò)建改造達(dá)到14萬噸/天。

同大部分水廠一樣，其工藝流程圖如下圖所示：
　　

●源水泵房：用來將源水送到預(yù)處理的沉淀池中
●加藥：將配好的礬液添加到源水中進(jìn)行混合
●平流沉淀池：添加礬液經(jīng)混合后，用于將水中絮凝物沉淀出來的池子
●濾池：池內(nèi)的主要物質(zhì)為石英砂，對(duì)從沉淀池來的水進(jìn)行過濾，加氯之后，流入清水池
●加氯：將水中通入氯，主要作用是殺菌、消毒
●送水泵房：將清水池的水通過恒壓供水裝置送入自來水管網(wǎng)

二、控制任務(wù)

為提高供水系統(tǒng)的安全性、可靠性，采用了以下的改造方案
●加藥系統(tǒng)，使其具有自動(dòng)加藥的功能
●通過對(duì)濾池反沖洗的改造，使其具有自動(dòng)反沖洗的功能，省去繁索的人工操作
●增設(shè)了自動(dòng)加氯機(jī)，使其根據(jù)出水余氯值，自動(dòng)控制加氯量
●改造低壓配電系統(tǒng)，使之對(duì)電壓、電流、有功功率、無功功率及功率因數(shù)具有遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、記錄、報(bào)警的功能
●建立水廠中控室，實(shí)現(xiàn)三級(jí)自動(dòng)化監(jiān)控，通過中控室的通訊工作站一方面將數(shù)據(jù)送到模擬屏上，另一方面通過無線數(shù)傳電臺(tái)將數(shù)據(jù)送到市自來水公司

三、控制方式介紹

　　整個(gè)六安二水廠的控制網(wǎng)絡(luò)如下圖
　　

2臺(tái)上位機(jī)監(jiān)控主站通過5613卡與下面3臺(tái)PLC分站通訊，通訊方式采用PROFIBUS-FMS總線方式，每個(gè)PLC分站選用S7-300，CPU為315-2DP，F(xiàn)MS通訊模塊選用的是CP343-5，并且每個(gè)分站通過MPI口連接一個(gè)TP27-10”的觸摸屏。

濾池分站PLC1通過集成的PROFIBUS-DP下面連了16個(gè)S7-200濾池子站和1個(gè)S7-200反沖洗子站。每個(gè)濾池子站通過編程口掛一個(gè)TP070觸摸屏，每個(gè)濾池子站控制每格濾池的運(yùn)行。反沖洗子站的S7-200通過自由口協(xié)議與反沖洗泵變頻器MM430進(jìn)行通訊。

出水泵房分站PLC2通過接口模塊IM360和IM361擴(kuò)展了兩個(gè)機(jī)架，在CPU的MPI口又連了一臺(tái)工控機(jī)，作為泵房的監(jiān)控站，工控機(jī)的通訊卡為CP5611卡。通過集成的PROFIBUS-DP口連了一個(gè)ET200M分布式I/O和一個(gè)S7-200，ET200M安裝在取水泵站，用以對(duì)取水泵及進(jìn)水閥的控制，S7-200為CPU226，通過自由口與出水泵的變頻器通訊。CP340模塊利用RS485口與配電中心的電量監(jiān)測(cè)儀表HC6000相連，通過Modbus協(xié)議進(jìn)行通訊。將采集的電量參數(shù)送給監(jiān)控計(jì)算機(jī)。

加藥分站PLC3配置了一塊CP340、一塊CP341及一些I/O模塊。CP340與10臺(tái)電機(jī)保護(hù)儀通過RS-485口進(jìn)行通訊，CP341與二臺(tái)加氯機(jī)進(jìn)行通訊，加氯機(jī)的通訊波特率為19200bit/s，而CP340的最大速度為9600 bit/s，所以選擇了CP341與加氯機(jī)通訊。

兩臺(tái)監(jiān)控主站通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與通訊工作站組成以太網(wǎng)，通訊工作站的計(jì)算機(jī)采集監(jiān)控計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)。一方面通過串口1與模擬屏（6×2.8米）通訊，將水廠參數(shù)實(shí)時(shí)在模擬屏上顯示；另一方面通過串口2與數(shù)傳電臺(tái)相連，將數(shù)據(jù)經(jīng)電臺(tái)傳送至自來水公司的通訊主機(jī)上。

整個(gè)水廠的控制方式分三級(jí)，現(xiàn)地、分站控制、遠(yuǎn)程控制。當(dāng)現(xiàn)地的轉(zhuǎn)換手柄置于現(xiàn)地操作方式時(shí)，此時(shí)的優(yōu)先級(jí)最高，禁止上位對(duì)其操作；當(dāng)轉(zhuǎn)換手柄轉(zhuǎn)換至遠(yuǎn)程時(shí)，此時(shí)由中控室的監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行控制，主機(jī)可以選擇是否讓觸摸屏操作，也可隨時(shí)取消觸摸屏的操作。
　　

四、控制難點(diǎn)

自動(dòng)加藥一般是水廠控制的一個(gè)難點(diǎn)，因?yàn)榧铀幙刂浦饕强刂萍铀幜?，也就是控制?jì)量泵的轉(zhuǎn)速，本方案采用出水濁度儀的輸出信號(hào)（4～20mA）作為計(jì)泵泵的反饋，但因從加藥到出水，中間需要較長(zhǎng)的時(shí)間，所以在控制方面有較大的滯后，為解決這個(gè)問題，通過對(duì)過去的加藥經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)實(shí)已知的對(duì)象狀況（原水濁度、溫度、流量、PH值等）的分析，推斷出目前實(shí)際需要的加藥量，根據(jù)出水濁度對(duì)投藥量作微調(diào)，結(jié)合實(shí)際水流量將數(shù)據(jù)送至執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該方案充分利用工控機(jī)的運(yùn)算能力。

中控室兩個(gè)監(jiān)控主站的應(yīng)用軟件采用的是WICC組態(tài)軟件，利用Profibus-FMS與下面3個(gè)PLC分站通訊，當(dāng)運(yùn)行一臺(tái)監(jiān)控主機(jī)時(shí)，只能讀到PLC1和PLC3子站，PLC2的數(shù)據(jù)讀不到，檢查線路也沒有問題，如果兩臺(tái)上位機(jī)同時(shí)運(yùn)行，有一臺(tái)主機(jī)能讀到PLC1和PLC3站，另一臺(tái)主機(jī)卻只能讀到PLC3站。經(jīng)咨詢西門子技術(shù)支持和查閱有關(guān)資料，判斷可能原因是CPU的通訊資源有限，選用的CPU為6ES7 315-2AF03-OABO，我也做過一個(gè)試驗(yàn)，如果將PLC2的觸摸屏去掉，監(jiān)控主機(jī)就可采集到該站的數(shù)據(jù)，所以證實(shí)上述的分析。

解決的辦法：更換新的CPU（6ES7 315-2AG10-OABO）后，并在編程軟件STEP7 5.1的硬件配置中更換CPU的配置，隨后將CPU的屬性打開，在Communication選項(xiàng)中將OP Communication中的默認(rèn)值1改為4，S7 Standard默認(rèn)值12改為8即可。最后將硬件配置下載到CPU后，下面每個(gè)站的數(shù)據(jù)都能讀取，因?yàn)樾碌腃PU支持最大16個(gè)連接點(diǎn)。

四、結(jié)束語

該自動(dòng)控制系統(tǒng)充分利用了西門產(chǎn)品分散式結(jié)構(gòu)和多界面的網(wǎng)絡(luò)功能，應(yīng)用十分靈活。經(jīng)使用一年多的使用，系統(tǒng)運(yùn)行較穩(wěn)定，未出現(xiàn)異常。
　　
　　參考文獻(xiàn)：
　　1、S7-300可編程控制器產(chǎn)品目錄
　　2、西門子工業(yè)通訊及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備產(chǎn)品目錄2001
　　3、STEP7 5.1編程手冊(cè)