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            西門子自動化產品在城市供水中的應用

            作者:能峰電氣 | 發布時間:2019-12-26 | 閱讀人數:706

                某市自來水廠座落在該項市南郊的河旁邊,該廠為某市唯一的供水廠。該廠原設計供水能力 10 萬噸/天,通過擴建改造達到 14 萬噸/天。 同大部分水廠一樣,其工藝流程圖如下圖所示:

            image.png


            l  源水泵房:用來將源水送到預處理的沉淀池中 

            l  加藥:將配好的礬液添加到源水中進行混合 

            l  平流沉淀池:添加礬液經混合后,用于將水中絮凝物沉淀出來的池子 

            l  濾池:池內的主要物質為石英砂,對從沉淀池來的水進行過濾,加氯之后,流入清水池

            l  加氯:將水中通入氯,主要作用是殺菌、消毒

            l  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

            一、控制任務

                為提高供水系統的安全性、可靠性,采用了以下的改造方案:

            l  加藥系統,使其具有自動加藥的功能 

            l  改造通過對濾池反沖洗的改造,使其具有自動反沖洗的功能,省去繁瑣的人工操作

            l  增設了自動加氯機,使其根據出水余氯值,自動控制加氯量 

            l  改造低壓配電系統,使之對電壓、電流、有功功率、無功功率及功率因數具有遠程監測、記錄、報警的功能

            l  建立水廠中控室,實現三級自動化監控,通過中控室的通訊工作站一方面將數據送到模擬屏上,另一方面通過無線數傳電臺將數據送到市自來水公司

            二、控制方式介紹

            2 臺上位機監控主站通過 5613 卡與下面 3 PLC 分站通訊,通訊方式采用PROFIBUS-FMS 總線方式,每個 PLC 分站選用 S7-300,CPU 315-2DP,FMS 通訊模塊選用的是 CP343-5,并且每個分站通過 MPI 口連接一個 TP27-10”的觸摸屏。

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

            出水泵房分站 PLC2 通過接口模塊 IM360 IM361 擴展了兩個機架,在 CPU MPI 口又連了一臺工控機,作為泵房的監控站,工控機的通訊卡為 CP5611 卡。通過集成的 PROFIBUS-DP 口連了一個 ET200M 分布式 I/O 和一個 S7-200,ET200M安裝在取水泵站,用以對取水泵及進水閥的控制,S7-200 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測儀表HC6000 相連,通過 Modbus 協議進行通訊。將采集的電量參數送給監控計算機。

            加藥分站 PLC3 配置了一塊 CP340、一塊 CP341 及一些 I/O 模塊。CP340 10 臺電機保護儀通過 RS-485 口進行通訊,CP341 與二臺加氯機進行通訊,加氯機的通訊波特率為 19200bit/s,而 CP340 的最大速度為 9600 bit/s,所以選擇了 CP341 與加氯機通訊。

            兩臺監控主站通過網絡交換機與通訊工作站組成以太網,通訊工作站的計算機采集監控計算機的數據。一方面通過串口 1 與模擬屏(6×2.8 米)通訊,將水廠參數實時在模擬屏上顯示;另一方面通過串口 2 與數傳電臺相連,將數據經電臺傳送至自來水公司的通訊主機上。

            整個水廠的控制方式分三級,現地、分站控制、遠程控制。當現地的轉換手柄置于現地操作方式時,此時的優先級最高,禁止上位對其操作;當轉換手柄轉換至遠程時,此時由中控室的監控主機進行控制,主機可以選擇是否讓觸摸屏操作,也可隨時取消觸摸屏的操作。

            三、控制難點

            自動加藥一般是水廠控制的一個難點,因為加藥控制主要是控制加藥量,也就是控制計量泵的轉速,本方案采用出水濁度儀的輸出信號(4~20mA)作為計泵泵的反饋,但因從加藥到出水,中間需要較長的時間,所以在控制方面有較大的滯后,為解決這個問題,通過對過去的加藥經驗和現實已知的對象狀況(原水濁度、溫度、流量、PH 值等)的分析,推斷出目前實際需要的加藥量,根據出水濁度對投藥量作微調,結合實際水流量將數據送至執行機構,該方案充分利用工控機的運算能力。 中控室兩個監控主站的應用軟件采用的是 WICC 組態軟件,利用Profibus-FMS 與下面 3 PLC 分站通訊,當運行一臺監控主機時,只能讀到 PLC1 PLC3 子站,PLC2 的數據讀不到,檢查線路也沒有問題,如果兩臺上位機同時運行,有一臺主機能讀到 PLC1 PLC3 站,另一臺主機卻只能讀到 PLC3 站。經咨詢西門子技術支持和查閱有關資料,判斷可能原因是 CPU 的通訊資源有限,選用的 CPU 6ES7 315-2AF03-OABO,我也做過一個試驗,如果將 PLC2 的觸摸屏去掉,監控主機就可采集到該站的數據,所以證實上述的分析。

            解決的辦法:更換新的 CPU6ES7 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選項中將 OP Communication 中的默認值 1 改為 4,S7 Standard 默認值 12 改為8 即可。最后將硬件配置下載到 CPU 后,下面每個站的數據都能讀取,因為新的CPU 支持最大 16 個連接點。


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