西門子 S7-200 PLC 在水廠凈水劑投加系統(tǒng)中的應用

一、 項目簡介

南寧市某鐵路自來水廠擔負著供應南寧鐵路系統(tǒng)列車自來水供應、鐵路職工用水等重要的任務。對水質要求較高，且對用水的持續(xù)性要求也非常的嚴格，必須保證24小時不間斷的供水。由于原建的水廠由于建廠時間較早，自動化程度不高；尤其是凈水劑的投加系統(tǒng)采用人工投加方式，無法保證出水濁度的穩(wěn)定等要求。因此決定對全廠自動化系統(tǒng)進行升級和改造。

經(jīng)過鐵路水電段對PLC組網(wǎng)性能、維護方便、相對投資等多個方面性能指標的對比，最終決定在本項目中自動化控制部分采用西門子S7—300系列PLC作為主控PLC，在沉淀池、濾池等部分采用S7-200系統(tǒng)PLC作為智能從站。一方面保證了網(wǎng)絡性能（通訊速度采用500K），另外S7-200可以在通訊網(wǎng)絡斷開等故障情況下能夠獨立運行等特點也保證了系統(tǒng)運行的可靠性。

二、 系統(tǒng)介紹

1、項目工藝

在自來水廠中，源水要經(jīng)過投加凈水劑、沉淀、過濾、消毒然后進入清水池。對源水投加凈水劑后，水中雜質便絮凝成礬花，此時才能進行進一步水質凈化處理，因此凈水劑投加工藝是影響出廠水質量的要因。同時凈水劑的投加直接影響到沉淀池的使用效率和濾池反沖用水量的大小，對消毒也有直接的影響。因此投加凈水劑是自來水廠中工藝要求比較高的一個環(huán)節(jié)。

2、控制器組成

項目中使用的PLC、模塊、控制對象等如下：

三、 控制系統(tǒng)構成

本系統(tǒng)中一共有模擬量輸入9個：源水濁度、源水流量（2個）、游動電泳儀、沉淀池濁度、計量泵開度（2個）、變頻器電流（2個）。模擬量輸出4個：1#、2#變頻器頻率、1#、2#計量泵開度。開關量輸入6個：1#、2#變頻器手/自動，1#、2#變頻器運行，1#、2#變頻器故障。開關量輸出3個：1#、2#變頻器運行，故障報警。聯(lián)網(wǎng)功能采用EM277和系統(tǒng)中CPU315-2DP連接。

一共采用：CPU226 一個，模擬量輸入模塊EM231（4, 路）3個，模擬量輸出模塊EM232（2路）2個，DP通訊模塊EM277 一個。

注：游動電泳儀可以測量水中可以結合雜質的游離電子的數(shù)目，而游離電子數(shù)目必須保持在一定范圍，如果測量值偏大則說明投加凈水劑過多影響混凝效果，反之說明投加量不夠導致混凝不充分。計量單位為SCD。

四、 控制系統(tǒng)完成的功能

1、控制要求

原系統(tǒng)的凈水劑投加過程采用手動投加方式，這就直接影響到出廠水的濁度，同時也會產(chǎn)生投加量過度的問題。經(jīng)過詢問現(xiàn)場人員、實際調(diào)查總結了以下主要原因

a、凈水劑投加設備落后：當源水濁度發(fā)生改變時無法及時調(diào)整提高投加量；

b、凈水劑投加由人為掌握：投加量靠經(jīng)驗投加；

c、凈水劑配制無標準：藥劑濃度由配置人員靠經(jīng)驗配置，而濃度不準使投加量更加難以掌握；

d、投加量計算困難：操作人員水平差異較大，投加量隨意性比較大；

以上種種原因造成投加量不準確，從而影響到絮凝效果、并直接導致出廠水水質下降。

系統(tǒng)改造要求：

水廠更換新的自動化投加系統(tǒng)，新系統(tǒng)可根據(jù)水質變化情況隨時調(diào)整投藥量，將沉淀池出水均在8NTU（NTU為濁度計量單位）以下，出廠水在1NTU以下；經(jīng)防疫站檢測：出廠水濁度達標率必須為100%。并可在控制系統(tǒng)中加入?yún)?shù)調(diào)節(jié)和監(jiān)控功能。

2、控制難點及控制方法實現(xiàn)

根據(jù)對工藝過程的分析，本系統(tǒng)屬于典型的大滯后系統(tǒng)。考慮到一般的PID算法對于滯后時間長的系統(tǒng)難以實現(xiàn)控制目標，而模糊控制等高級算法實現(xiàn)成本較高等原因。決定在系統(tǒng)中采用經(jīng)驗值投加和PID算法相結合的辦法，既解決了PID算法的不足，又解決了成本問題。

整個系統(tǒng)軟件中主要包括以下幾個主要方面：

a、PID算法：定時采集沉淀池濁度，應用S7-200內(nèi)置的PID進行運算。得到的模擬輸出值為X。

b、經(jīng)驗值：對應一定流量的經(jīng)驗投加量進行運算——采用查表法查找對應的經(jīng)驗值，得出相應流量的投加量為Y

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