论文——自动控制系统在自来水厂的应用


    自动控制系统在自来水厂的应用     摘  要:本文简单介绍了西门子PLC在**市第二水厂的应用,通过对自来水厂自控系统应用的介绍,说明了可编程控制器PLC在工控中的重要地位。着重介绍了在这个过程中PLC控制系统的组成,系统配置及系统功能,该系统实现了自来水生产过程中的自动控制,具有操作简便,可靠性高的特点,很多岗位可以实现无人操作,为水厂的无人值守(或少人值守)打下了基础。 关键词:自控系统  PLC  自来水厂 一.系统介绍 本工程自动控制系统由一整套以工业PLC(可编程控制器)为核心的分布式计算机监控网络构成。按照集中管理、分散控制的原则,净水厂内部实现三级监控:即单元PLC现场监控、功能系统PLC现场监控和全厂系统联网监控(净水厂中控室集中监控),同级PLC间可进行数据交换,但不允许互相控制,具体地,由4个PLC监控主站、8个PLC监控子站和1个中央监控数据处理站组成,4个监控主站分别为DMA(加药间)、SMA(送、排水泵房)、FMA(沉淀池、滤池、反冲洗泵房)、CMA(回收水池、加氯间);8个监控子站分别对应于8格滤池。 自控及仪表系统最终实现在净水厂中央控制室对全厂生产工艺设备的运行进行全自动监测和调度。并与第二水源厂及公司总调度室实现数据通讯。 二.各控制站功能介绍 1.中央监控站 在中央控制室设两套中央监控计算机,互为热备,另有一套视频管理计算机,它主要完成对净水厂及第二水源厂的管理、调度、集中操作、监视、系统功能组态、控制参数在线修改和设置、记录、报表生成及打印、故障报警等功能,通过液晶显示器可直观地显示全厂各工艺流程段的实时工况、各工艺参数的趋势画面,使操作人员及时掌握全厂运行情况,配化验室、高压配电间计算机通过IE对水质、配电系统运行等情况进行监控,根据职责设定不同的权限;中央控制室的主要参数应能上传至公司总调度室,公司总调度室设一套计算机对净水厂、第二水源厂及原城市管网系统进行监控、记录、报表生成及打印、显示工艺流程的动态参数、故障报警等功能。 2.现场控制分站 现场控制分站采用可编程控制器PLC,型号为西门子s7400系列。根据工艺流程共分四个分站:  ? PLC1—(沉淀池、滤池、反冲洗泵房FMA), ? PLC2—(加药间DMA) ? PLC3—(加氯间、回收水池CMA) ? PLC4—(送水、排水泵房、变配电系统SMA) ?滤池的滤格上设置现场控制子站(CD1-8)。 2.1各分站功能及要求: a.FMA(沉淀池、滤池、反冲洗泵房)现场监控站 滤池现场监控站设置于滤池控制室内,监控子站设置于单格滤池 主要功能如下: ﹡采集各种监测仪表信息、设备的工艺参数、电气参数及设备运行状态。 ﹡在触摸屏上显示每格滤池的工艺流程图、工艺参数、电气参数及设备运行状态。通过功能键盘设定工艺参数,控制电气设备。 ﹡通过通信总线与中心控制室的监控主站进行通信,向监控主站传送数据信息,并接受监控主站发出的命令。 ﹡监控子站(CD)对单格滤池水位及水头损失进行检测(信号由单池仪表提供),当大于设定值或连续运行时间超过规定值(可设定并可调)时,向监控主站提出反冲洗申请,反冲洗时,子站将配合主站,控制相应的工艺设备(如:阀门)。 滤池的具体反冲洗控制过程:  滤池的反冲洗控制对于反冲洗的控制采用三种反冲洗控制方式:过滤周期: 根据工艺要求, 设定滤池的最大过滤时间, 在滤池开始过滤时, 滤池PLC 子站开始计时, 并与设定值比较, 当两者相等时, 滤池PLC 向PLC 子站发出反冲洗请求。 压差值: 在滤池PLC 上设定滤池的最大阻塞压差值, 当过滤时阻塞压差传感器连续测定滤料的阻塞压差值, PLC 将此值与设定值进行比较, 当两者相等时, 滤池PLC 向PLC 子站发出反冲洗请求。 强制方式: 由工作人员根据现场需要, 在滤池控制器上进行功能操作, 强制滤池PLC 向PLC 子站发出请求。每个滤池定时冲洗法的冲洗时间和压差冲洗法的最大阻塞压差的设定均可通过触摸屏灵活设置,触摸屏操作配有密码锁定。滤池PLC 显示明确, 操作维护简单, 可实现无人值守的全自动控制 ﹡监控主站将根据所有子站反冲洗申请的先后次序,逐一对单格滤池进行反冲洗。 b. DMA(加药间)现场监控主站 加药间缓建,该监控站临时安装到回收水池适当位置。 ﹡主要采集原水流量、浊度、PH值、温度、水位、转速等参数。 ﹡根据工艺要求驱动搅拌机、计量泵、阀门等。 ﹡与流量计通讯采用485方式 ﹡通过通信总线与中心控制室的监控主站进行通信,向监控主站传送数据信息,并接受监控主站发出的命令。 c. CMA(加氯间、回收水池)现场监控主站 ﹡主要采集液位、余氯、各种泵、风机、加氯机及阀门的参数信息。 ﹡根据工艺要求控制各种泵、风机、阀门等设备的启停。 ﹡通过通信总线与中心控制室的监控主站进行通信,向监控主站传送数据信息,并接受监控主站发出的命令。 d.SMA(送水、排水泵房、变配电系统)现场监控主站 现场监控主站设置于送水泵房控制室内,主要完成对送水泵及阀门的联动控制及根据出水总管压力调节变速泵的运行。 主要功能如下: ﹡采集送水泵房各种泵、阀门、电机等设备运行状态,出厂水浊度、压力、温度余氯变频器转速等参数 ﹡根据工艺要求控制各种泵、电机、阀门等设备的启停,通过控制变频器实现转速调节。 ﹡与流量计通讯采用485方式。 ﹡对送水泵房高压变配电设备进行监控。 2.2各现场控制站输入输出情况 PLC1—(沉淀池、滤池、反冲洗泵房FMA) IO配置:DI:64;DO:128;AI:8; CD1-8(1号到8号格栅现场子站) 每个站的IO配置:DI:16;DO:16;AI:4;AO:4; ?PLC2—(加药间DMA) IO配置:DI:160;DO:96;AI:16;AO:8; ?PLC3—(加氯间、回收水池CMA) IO配置:DI:64;DO:16;AI:8;AO:8; ?PLC4—(送水、排水泵房、变配电系统SMA) IO配置:DI:48;DO:16;AI:16;AO:4; 三.通讯系统 净水厂中央控制室与各PLC控制站之间采用工业以太网进行数据通讯,通讯波特率:100Mbps,网络结构为环形,通讯介质为金属铠装6芯多模光纤;与第二水源厂和公司总调度室通讯采用GPRS无线通讯方式。在净水厂中控室能够显示第二水源厂主要设备运行参数。在公司总调度室报表中能显示净水厂、第二水源厂和原管网系统的主要参数。 四.应用软件设计 控制系统在正常状况下主要以全自动控制方式运行。在这种方式下,所有分控站设备都由PLC按照预先编制的程序自动控制, 不需要操作人员干预,各种现场数据通过PLC传至中控室的上位机,中控室可监视各现场站的全部运行信息,并可控制现场设备的启停。 软件设计采用SIEMENS公司提供的STEP 7辅以Industrial Ethernet的NCM S7来实现。它们均基于Windows环境进行设计, 其编程的基本步骤如下: (1)生成工作站和CPU程序项目; (2)选择输入数据的方法为梯形图输入法; (3)指定符号名(既可通过绝对地址, 又可通过符号地址存取数据。绝对地址是通过编辑变量说明表确定的,符号地址是通过编辑符号表确定的); (4)配置s7-400结构/模块; (5)配置CPU间通信; (6)装入程序,即下载至CPU; (7)调试程序,STEP 7可以提供在线调试程序的应用功能: (8)监视CPU可以监视程序状态。显示状态或修 改变量, 同时也可以显示扫描循环时间以及诊断寄存器等。 5.结束语 基于西门子 s7-400 PLC的集散控制系统具有自动化程度高、数据采集量大、控制站多、该系统可靠性高等特点。该系统应用于自来水厂生产过程, 能够实现自来水生产过程的自动化,提高水质,降低药耗和能耗, 减轻工人的劳动强度, 并能创造良好的经济效益和社会效益。     本文档由香当网(https://www.xiangdang.net)用户上传

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