西门子中国授权代理商-模块总代理商代理

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3. 监控管理系统

现场操作员站(OS)为IBM商用机西门子一体化工控机，操作系统为bbbbbbsXP Professional，数据库管理系统为SQL ，运行软件为Intouch9.5；

SA服务器为Dell服务器(PIV3.0G/1G/160G/100M网卡)，服务器操作系统为bbbbbbs  2003 Server，数据库管理系统为SQL，组态及运行软件为Inouch，WEB服务器系统为Internet Inbbbbation Server ( IIS ) 及SuiteVoyager；

鼓风机设备为西门子S7－300，——西门子快速工业以太网支持这种系列的控制器，因此可以作为SA系统快速工业以太网的一个TCP/IP节点直接连到系统的光纤环网中；

二、 控制系统功能和特点

1.系统主要功能

湖州凤凰污水处理厂SA系统主要是对厂区生产过程实施常规控制、控制、生产过程监视和管理。主要有：

1)总进水泵池水位自动化常规控制；

2)鼓风机自动化编组控制

3)生化反应池曝气量自动化常规控制；

4)生化反应池DO自动化常规控制；

5)活性污泥回自动化常规控制；

6)剩余污泥排放量自动化常规控制；

7)出水紫外线槽水位及紫外线强度自动化常规控制；

8)污泥浓缩脱水一体化机自动化编组控制；

9)生化反应池除磷脱氮控制(APC)；

10)污泥浓缩脱水控制(APC)；

11)对所有设备运行工况——运行/故障/备机、现场/远方、远方手动/远方自动、累计运行时间等等进行监控；

12)对工艺过程参数——水质水量、曝气量等等进行监控；

13)对电力能耗参数——电流、电压、功率因数、有功、无功等等进行监视；

14)对全厂水质水量进行计算机管理；

15)对全厂能耗进行计算机管理；

16)对全厂设备进行计算机管理；

2.系统主要特点

湖州凤凰污水处理厂SA系统按照目前的控制系统标准设计，立足于生产现场无人值守的理念，自动化程度代表了目前国内外水平，主要有如下特点：

1)主体机电设备——总进水控制闸、格栅机、进水泵、气提式砂水分离机、内回流泵、水下搅拌器、鼓风机、刮泥机、活性污泥回流泵、剩余污泥泵、脱水化机、絮凝剂配制设备、泥饼输送设备等等基本上代表了目前国内外制造水平，其控制是按“无人值守”的理念来配置的，自动化程度很高，其可控性满足生产过程自动化的要求，特别是格栅机、气提式砂水分离机、鼓风机、刮泥机、浓缩脱水化机、絮凝剂配制设备等基本上也代表了目前水平；

2)使用AB固态智能过载控制器E3　Plus——节省了现场电缆的敷设、保证电气控制的性；

3)SA系统集成了能源管理(主要指电耗)系统，方便了生产管理；

3.系统主要控制难点

1)生化反应池DO自动化常规控制

除磷脱氮对生化反应池的DO值要求是比较严格的。本系统由鼓风机、气体调节阀、气体流量计、DO测量仪和生化反应池处理工段现场控制站构成双闭环前馈补偿控制系统，通过对气体调节阀的自动调节和4台鼓风机的自动编组且调压运行，基本实现了生化反应池DO的自动控制。

2)生化反应池除磷脱氮控制(APC)

生化反应池的除磷脱氮与反应池的DO值、曝气量、总进水量、进水分配率、内回流量、活性污泥回流量等等直接可控量都有较强的关系，一般只有应用除磷脱氮控制(APC)软件包才能有效地实现生化反应池的除磷脱氮自动化控制。当然要在生化反应池应用除磷脱氮控制(APC)软件包要求对其DO值、曝气量、总进水量、进水分配率、内回流量、活性污泥回流量等等直接可控量能够实现自动化控制。本系统基本实现了对DO值、曝气量、总进水量、活性污泥回流量等主要参数的自动控制，为在生化反应池应用除磷脱氮控制(APC)软件包奠定了基础。

3)污泥浓缩脱水控制(APC)

污泥浓缩脱水的效果与进泥量、进泥SS值、质、药质浓度及其配比、浓缩机带速带压、浓缩机冲洗水压、压滤机带速带压、压滤机冲洗水压等等直接可控量都有较强的关系，一般只有应用污泥浓缩脱水控制(APC)软件包才能较好地实现污泥浓缩脱水系统的自动化控制。当然要在污泥浓缩脱水一体化机设备应用污泥浓缩脱水控制(APC)软件包要求对其上述直接可控量能够实现自动化控制。本系统结合自动化控制水平的浓缩脱水一体化机和絮凝剂配制设备，基本实现了对上述各种参数的自动控制，为在污泥浓缩脱水一体化机设备应用污泥浓缩脱水控制(APC)软件包奠定了基础。

三、 结束语

湖州凤凰污水处理厂SA系统于2007年8月开始投入运行，运行情况总体还是令人满意的

1引 言

在高线连轧系统中，由于是连续轧制，且轧制速度较高，相邻机架间物料所受的张力得到有效的控制，以保证轧制过程的顺利进行以及得到较好的产品尺寸。而活套控制是一种目前在高线轧制控制中应用较为广泛且较为重要的控制手段。文章介绍某中薄板轧制控制系统中自动活套控制系统的PLC系统构成及组态画面，以帮助解决现场实际应用中遇到的问题。

可编程控制器（PLC）是近20年发展起来的新一代工业控制装置，其初是为了取代继电器控制系统而发明，多用顺序逻辑控制中，如：活套控制、高炉上料、电梯控制、货物存取等；随着PLC技术的不断发展，现已能实现对模拟量的控制，应用于各种闭环过程控制中及构成DCS 。美国AB公司是一家的PLC制造厂家，生产MicroLogix、SLC 500、PLC5、ControlLogix等多种型号、不同档次的产品，有较高的市场占有率。SLC 500可编程控制器是其生产的一个不断完善的中小型可编程控制器系列，具有功能强大、处理快速的处理器，较大的存储容量（多可达64K字）和丰富的指令集，能实现多种控制任务；同时处理器自带多种类型的通讯接口：RS-232、DH-485、DH+、Ethernet，可实现远程控制及与上位机的远程通讯；深受工业控制领域的青睐。

2系统原理

该活套控制系统主要由人机接口HMI监控、PLC过程控制以及AB变频器组三个部分构成，如图1所示。上位机RSVIEW组态软件主要用于系统的监控及动画显示；1756－L63完成逻辑控制及对变频器组的活套计算。

图1  系统原理

在1756 PLC中主要是进行各个活套之间的计算，图2所示为以某一活套的具体控制原理。其中：

（1）活套角度(A)：来自活套位置传感器(0-50°);

（2）平衡力函数： 为(A)×10;

（3）张力函数： 为33×((SIN(1.4×A)-SIN(0.64×A)-0.107);

（4）平衡力设定值：来自手动或自动设定值[**相当于：7.8×大厚度×大宽度× 机架间距];

（5）张力设定值：来自手动或自动设定值[**相当于：大单位面积张力×大厚度×大宽度];

（6）平衡力系数：使平衡力分量在活套角度(A)= 0度时, 平衡力设定值=**时,电机转矩为.427(Kg.m),相当于电枢电流117%;

（7） 张力系数：使张力分量在活套角度(A)= 50度时, 张力设定值=**时，电机转矩为765 (Kg.m),相当于电枢电流210%;

（8）加法器：把平衡力分量和张力分量相加;

（9）限幅器：限制大电枢电流为200%;

（10）活套臂平衡力：在平衡力设定值=0, 张力设定值=0时改变活套臂平衡力使活套臂平衡。

图2 活套计算公式

3RSVIEW画面组态

RSView是RockWell SoftWare公司的组态软件，它提供集成的、组态化的人机接口，广泛的用来监视和控制自动化设备和过程。它除了可以方便的与ALLEN -BRADLEY PLC进行无缝的结合应用，也可以通过使用OPC的通讯方式与其它公司的设备进行连接。而ODBC(Open Database Connectivity开放式数据库互连)则是由微软推出的工业标准，一种开放的立于厂商的API应用程序接口，可以跨平台访问各种个人计算机、小型机以及主机系统。ODBC作为一个工业标准，绝大多数数据库厂商都为自己的产品提供了ODBC接口或提供了ODBC支持，这其中就包括常用的SQL SERVER、ORACLE、INbbbbIX等。

本系统中活套设定画面采用RSVIEW编写，其中主画面如图3所示。

图3  活套设定主画面

本画面主要包括四个部分：

（1）活套运行方式选择，点击L1～L6切换状态（AUTO、SEMI、MAN、STOP），选择AUTO时表示活套张力平衡重由上位机设定(上位机投入时)；若没有上位机设定时各活套选择为SEMI（半自动设定）方式，选择MAN方式表示仅在停车时靠手动起套，启车后不自动起套（不使用），选择STOP时表示本活套不起套（相应的，本活套的套高闭环也不会投入）。

（2）套高设定区：行为设定值输入,设定值为活套要求高度（角度）,每次输入后按回车键(Enter)确认,都设定完毕后请按画面上确定按钮.然后看二行设定反馈值是否已经显示为要求值,如果不是,请重新在行设定并按确定按钮.三行为当前活套高度反馈值显示，与其他画面同。

（3）张力平衡重设定区：由于张力平衡重是靠带钢厚度宽度张力值等计算得来的,所以每次换规格都要进行重新设定 L1~L6对应的分别是出口厚度分别是F1~F6的出口厚度,输入厚度单位为10um，比如F1出口厚度为16.4，请输入1640。输入后请按回车确认。带钢宽度单位为0.1mm，比如轧450mm宽的带钢，请输入4500。输入后按回车确认。带钢张力设定值单位为0.1Mp，比如3.0Mpa，请输入30，输入后按回车确认。平衡力设定（%）及张力设定（%）为程序中经过运算所得出的平衡立及张力百分比。

一、  项目简介

1.项目实施地及行业背景

本项目的使用方为太原钢铁有限公司热连轧厂，太原钢铁有限公司位于山西省太原市尖草坪区，是我国大的特种钢生产基地，其主营的不锈钢、硅钢等产品的市场占有率目前在国内居于地位。

2.项目简要工艺

本项目应用于太钢热连轧步进式加热炉。项目实施后，实现了传动控制、燃烧控制的全自动化操作。传动控制的功能是：实现机械电气设备的自动化操作、包括装出料辊道、装出钢设备、步进机械等。燃烧控制的功能是：实现温度的控制、改善了炉膛气氛、温度场的分布。达到了从温度、流量、压力控制的整体系统的稳定，适应了太钢生产节奏快、钢种多、加热制度复杂的要求。

3.新旧系统的对比，及项目中使用的西门子自动化产品的型号、数量、类型、控制对象。

旧项目使用西屋（WESTHOUSE）公司的WDPF控制系统，此系统分为DPU及两部分，其中DPU用于加热炉的燃烧控制、系统用于加热炉的机械电气设备的控制。旧项目控制系统使用近十年之久，由于硬件老化、软件升级困难，使得故障率增加，影响了生产的正常运行。随着近几年加热理论的不断发展、新的燃烧技术已经大规模地应用，生产全自动化操作理念已日益深入人心。由于受到旧有系统在硬件、软件方面的限制，新的技术、理念无法实施。

本项目中，有三座加热炉属改造、一座新建。共使用了共9套S7-400型PLC。型号为：6ES7416-2XK02-0AB0。每座加热炉使用两套PLC分别作为传动控制、及燃烧控制，另有一套作为公用辅助设备的传动控制，取代原有的DPU及系统。

本项目实施前，旧系统共用20面控制柜。项目实施后，在没有减少输入输出点的情况下，新系统只使用8面控制柜。新硬件的使用，使得控制的精度、及处理的速度有了进一步的提升。西门子软件开发系统的支持，也使得一些新技术实现成为现实。

4.以下为已经投产的照片。其中图A中所示为正在将冷坯装入炉内的情形，图B中所示为正在将加热后的钢坯出炉时情形：

3.以上的硬件配置、网络结构是与使用方几经讨论形成的。保了系统整体的快速响应、较少的网络负荷、的经济性，这是一个较优的配置方案。

三、控制系统完成的功能

1.对于步进式加热炉而言，步进机构的控制是其中的一个难点。它要求控制系统能够平稳实现钢坯在炉内的运输，避免对机械机构造成冲击。这就要求控制系统能够快速响应来自传感器的信号。由于现代工厂现场控制越来越复杂，这就使得PLC具备强大的逻辑及浮点计算能力、丰富的寻址方式、完整的与上位机通讯的协议、完善的数学函数功能。只有这样的PLC才能够完成满足当前工厂控制对象的要求。本项目使用的西门子S7-400的416型PLC满足了这样了要求，在传动控制的使用中成功实现了步进机构的平稳、准确控制，坯料在辊道上的数据跟踪。在燃烧控制的使用中利用其强大的浮点计算能力及完善的数学函数功能成功实现了全自动化燃烧。利用SIEMENS 在 STEP7中现有的通讯模块实现了与公共PLC及燃烧PLC与二级计算机的TCP/IP通讯。

2.项目实施中的难点及解决方案：

在短时间内实现新旧系统的新，是本项目实施中面临的大难点。在项目的准备前期，对新硬件系统进行了尽可能多的硬件测试、及软件模拟，对软件的在线调试作了充分的准备。在旧系统停用后的短期内，实现了硬件系统的快速替代布署。

在项目的实施中由于传动PLC之间采用MPI通讯，笔者在次项目实施中采用SIEMENS STEP7的程序库自带的程序块进行通讯。但在使用中发现利用程序块的方式并不稳定，每次在硬件配置后都会出现不明原因的中断。由于项目实施，根本没有时间进行原因的查找，故障诊断分析。由于西门子提供了全局变量的通讯方式，并且其硬件方式也是利用MPI网络。笔者抛弃种方案，终采用全局变量进行传动PLC间的通讯。事实证明这种方案简单易行且相当。全局变量的通讯方式多依赖于硬件配置，不需单编程，对于通讯的变量可直接引用，并且全局变量的硬件配置的下载可以在线进行，PLC不需重启。

0引言

黑液蒸发把洗选工段产生的副产品------稀黑液高度浓缩后送燃烧工段处理，碱回收设备的工况十分恶劣，尤其是腐蚀性和黑液结垢问题很为棘手，平稳整个工艺过程的运行，使设备工作在合理，优的工艺参数范围内是减慢结垢速度、延长设备使用寿命的有效方法。

由于后续工段燃烧的要求，蒸发站的出浓液浓度不能某个限，但出浓液浓度偏高也会带来许多问题，如蒸汽消耗大、结垢速度加快，管道阻力大，易堵，恶化燃烧工段许多设备如圆盘蒸发器的工况等。我国制浆造纸碱回收设备中，对黑液蒸发浓度实施自动控制的比例很小，而不熟练的手工操作易出现出浓液深度偏低或偏高的情况，使设备工作在不合理的工况。本文简要介绍作者在河南白云纸业五效蒸发站实施计算机集散控制的控制方案。

1控制方案

黑液蒸发的主要设备是蒸发器。蒸发器串联组成蒸发站。本设计中所控制的蒸发站是由五台板式降膜蒸发器串联组成。除此之外，还有一些辅助的蒸发设备，如降膜板式冷凝器，温水槽，稀黑液槽,  闪蒸罐，液位罐等。在黑液蒸发过程中包含以下三个基本的工艺流程，即蒸汽流程，黑液流程，冷凝水流程。本蒸发站中，来低压蒸汽(0.4Mpa 151℃)，进入I效蒸发器，I效蒸发器产生的二次蒸汽经闪蒸罐闪急蒸发后，再引入II效，为II效蒸发器提供热源，以此类推直至末效。末效二次蒸汽经冷凝后成冷凝水排出，不凝气体则由真空泵排空。而黑液则采用逆流供液方式，即制浆车间来稀黑液，进入稀黑液槽,经稀黑液泵进入末效蒸发器，然后再到IV效，III效，以此类推，直至I效。与蒸发流程反向而行。这样随着黑液浓度的提高，蒸发温度也提高，而黑液粘度增加缓慢。蒸汽流与黑液流反向而行的供液方式，不仅可节省蒸汽消耗，部分程度上也可缓解黑液结垢问题。

在本蒸发工段的主要控制目标是稳定浓黑液的深度和降低蒸汽消耗，影响浓黑液波美度的因素主要是进效稀黑液的浓度和流量及蒸发设备各效的总有效差压。稳定有效差压要稳定进I效的新鲜蒸汽的压力和末效二次蒸汽的真空度，即稳定总压差。然后尽量减少和稳定蒸发过程中的压差损失，因此，要控制下列参数：

进效稀黑液的浓度和流量；

（1）出效浓黑液的浓度；

（2）进效新鲜蒸汽的压力和流量；

（3）末效的二次蒸汽的真空度；

（4）出效黑液的液位；

（5）出效冷却水液位；

所以，我们选取压力、流量、温度、液位为主要的控制对象，共设置了8路压力、6路流量、21路温度、16路液位总计51个测控点。为防止流送过程中，因电机启停不当而造成的不良后果，我们又对所使用的22台电机实行连锁控制。

1.1系统硬件设计

1.1.1本自动控制系统采用西门子的S7-400可编程控制器。它是西门子公司开发的适合当代计算机技术发展的新一代可编程控制系统。它具有高的控制能力、运算速度、网络功能和优的性能价格比。通过PROFIBUS-DP现场总线可与ET200M I/0站相连。ET200M 可置于MCC低压柜旁边，从而可方便将电机和泵类的控制纳入DCS中去。

1.1.2系统网络采用工业以太网。其优点：

抗干扰能力强，不需特殊的接地要求，不对其它电子设备产生影响。

处理单元型号为CPU 414-2DP。系统的输入输出模板的型号和数量由现场电气和仪表信号的类型和数量决定

DI模板主要用于显示电机启停和过载指示；DO模板用于控制电机启停；AI模板主要用于对电动机电流、功率以及各测控点如温度、压力、流量、液位进行采样显示。DO模板在实际应用中为提高抗干扰能力和控制容量要通过中间继电器隔离，由中间继电器触点去控制电气设备（如接触器etc）。模拟量输入模板在使用前要通过跳线组态成本方案所需要的输入方式。

各模板的型号、数量确定后，再选择放置模板的框架的型号和数量以及电源的型号和数量。终选用长为530mm的导轨。据模板的数量选取择4个机架，考虑到成本问题而选取用了3个S7-300机架，1个S7-400机架，一个为主框架（含3个机架、一个S7-400机架、2个S7-300机架）放在蒸发主控制拒中，另一个远程控制I/O框架(含一个S7-300机架)放在ET200蒸发控制柜中。

2控制措施

纸机碱回收控制中浓黑液在线测量一直是一个难题，而浓度控制是碱回收蒸发工段的终控制目标，其控制效果的好坏对后续燃烧工段起着举足轻重的作用，虽然浓黑液的浓度无法直接测量，但在本项目中可利用黑液的沸点在一定的压力下随其浓度的增大而升高的特性进行间接测量。即D= F（P，T）其中 D：浓度P：压力T：温度。为了使系统稳定，对浓黑液的浓度和进效蒸汽实施串级控制方案。事实证明在对驻马店遂平白云纸业的工程中不但效果稳定而且节能

3软件设计

本系统采用西门子公司的S7-300系列产品。在设计当中，根据设备测控点的情况和厂方用户的要求，系统以S7314-2DP控制器为，通过PROFIBUS-DP总线与2个ET200M远程站相连（如图2 所示），用于采集现场仪表数据信息和控制算法的实现。在现场实际应用中，数字量输入输出，、模拟量输入输出都留有部分备用，已备系统将来扩充的需要。西门子公司的ET200系列是采用PROFIBUS-DP协议的分布式I/O，应用时，S7PLC作为DP主站，通过带有集成DP接口的CPU315-2DP接到PROFIBUS总线，而ET200作为DP从站接到PROFIBUS。整个控制系统采用两个控制柜（主柜和副柜）。S7主站、#1 ET200M从站放在主柜，采集系统的模拟信号；#2 ET200M从站放在副柜，用来采集工段的电动机执行机构阀位反馈信号及输出执行机构的驱动信号。系统采用主站加从站的结构，可使系统造价降低，并且扩展灵活。

据本工段的工艺特点和工艺要求，我们编制了采样子程序，该程序主要用于对所设测控点的温度压力流量进行信号采样；受外界影响，在不同时刻所采样的信号度不够高，为此我们又编制了滤波子程序，以及PID控制程序和量程转换子程序、电机启停子程序、设备间连锁子程序等。

4人机界面操作系统（HMI）

这部分主要由操作站、工程师站和打印机（外部设备）组成，实现人机接口。它的主要功能是集中各分散过程控制装置送过来的信息，通过监视和操作，把操作和命令下送到各分散控制装置。工业控制PC以Wincc作为人机界面，并分别设置了操作员站和工程师站。操作员站（OPU）用于画面显示、报警、泵和电机的手/自动启停以及现场各被控参数的采集、显示和控制，而工程师站（ENG）用于工程师对生产现场的监视、打印报表以及对工艺参数和控制器参数的修改等。操作员站和工程师站的画面组态软件选用SIEMEN公司的WINCC完成用户二次软件开发。PC的主要功能是显示工艺流程、电机及阀门等的运行状态及控制、故障报警、故障发生的部位及其处理方法；显示温度、液位等模拟量，并能通过打印机打印。WINCC是西门子公司专门为过程控制和现场监控开发的监控系统软件，本系统分别制作了蒸发工段一、蒸发工段二个工艺画面，画面中的各参数的设定都是随着PLC的改变而改变的。工作人员可以通过这些画面监控各个电动机的运行和池中液位的高低，而且可随时根据系统运行状况而直接控制电动机的运行。

1 引言

随着城市现代化建设的发展，环境保护、生活用水的要求高了。以前老式水厂的人工、半自动水厂控制系统已经远远不能满足现代化生活和企业运作的需要，因此的计算机控制技术应运而生。通过的自动控制系统，可实现对水厂制水、污水处理、水软化、送配水等工程运作的监视和控制。因此以计算机技术为基础，辅以可编程控制器（PLC）组成分布式集散系统对水厂实现了全过程自动化和现代化管理。技术、设备、运行稳定，同时提高了供水质量，节约了人力，降低了成本。

通常水厂的处理工艺流程如下图1：

图1    水厂的处理工艺流程

为保证供水系统的运行，达到供水节能降耗的目的，本文基于国内华南地区某大型水厂的实例，结合上面水厂的处理工艺流程，提出了一套基于罗克韦尔自动化产品及系统的水厂自动控制系统。

2　系统阐述

按照通常水厂的工艺实践，我们将取水和排污放在同一个取水分站控制，而混凝、反应、沉淀和放在加药分站控制，过滤在滤池分站控制，送水在送水分站控制。

2.1系统构成

控制系统（图2）采用PLC+PC的监控方式，设置一个控制室主站与4个PLC控制分站（取水分站、加药分站、滤池分站和送水分站），有的现场分站下还挂有控制子站。控制子站与现场分站之间通过DH485总线形式通讯，现场分站之间以及现场分站与控制室主站之间以ControlNet形式通讯，控制室内的各计算机则通过高速以太网通讯。现场设备的控制分为手动与自动两种控制方式：手动时PLC监测设备的运行状态；自动时，PLC监控设备的运行。在自动状态下，现场分站还具有本站与远控两种控制方式：当处于本站控制方式时，现场分站PLC可以监控设备的运行，而控制室只能监测设备的运行状态；当处于远程控制方式时，控制室可以监控设备的运行。

图2  水厂自动控制系统框图

2.2 系统各站主要配置和功能

2.2.1  厂级控制层

（1）主控服务器计算机两套，以互为热备用方式工作，完成计算机监控系统的管理。

（2）操作员工作站设两套，每套工作站带两个显示器（双屏），两台工作站互为热备用方式，一台用于监控，一台用于监视。当监控工作站因故退出时，监视工作站可自动或手动升为监控站。采集到的数据送服务器、模拟屏和总厂的数据库系统。

2.2.2  现场控制层

厂房内设有四套分站控制单元，采用罗克韦尔的PLC-5/40设备。各分站控制单元分别完成各自监控对象的数据采集及处理，并向网络传送数据，接受上位机的命令和管理。同时单个控制分站具有立的控制、调节和监视功能，配有键盘和监视器。当与上位机系统脱机时，仍可进行必要的控制调节和监视。分站控制单元由工控机和PLC及远程I/O等设备组成。整个系统的主计算机、分站控制单元及各辅助设备均通过罗克韦尔自动化的ControlNet网连接通信。

（1）取水分站

取水分站下挂两个子站，分别对取水吸水井上的格栅除污机进行控制，并接收吸水井上的仪表信号。吸水井上没有采用传统的差压检测仪，而是采用带有两个声波探头的水位检测仪。该检测仪即可以检测吸水井格栅前后两个水位值，也可以将两个水位值作差值计算，输出水位差值。除污机的开停可以由水位差值来控制，也可以根据设定的时间周期来控制。格栅前后的水位差如果过上限值，报警。

取水分站的主要控制对象除了吸水井以外，还有原水虹吸管抽真空系统，取水泵抽真空系统，取水泵，排水泵房及变配电系统。其中取水泵抽真空系统为进口设备，常保抽真空方式，它具有一套立的控制系统，使取水泵内始终保持充满水的状态，因此设计中我们只将事故信号送至取水分站。另外将清水池水位信号送至取水分站用于控制取水泵的开停台数。

取水分站所检测的仪表信号有原水浊度、PH值、温度、清水池水位、取水吸水井水位及取水泵与电机温度、出口压力。

（2）加药分站

加药分站下挂两个控制子站，分别对设在近期和远期冲洗泵房的 用于加氯、加氨用的增压泵进行控制。

加药分站的主要控制对象除了增压泵以外，还有加矾系统、加氯系统、加氨系统、反应池排泥系统及配电系统。

加矾系统采用的是流动电流法混凝投药控制系统。在管道混合器后取样送入流动电流传感器即SCD中检测，作为反馈环节。在加药间内设置一台多功能控制柜，接收SCD输出的4~20mA信号和原水流量信号，经数据处理后控制计量泵的冲程与频率，从而调节加矾量。SCD设定值则根据待滤水浊度确定，这个设定值不是一个定值，它需要经过长期的生产实践经验和实际情况确定。

加氯系统包括前加氯与后加氯系统。前加氯是根据原水流量按比例投加；后加氯则根据滤后水流量进行投加，清水池余氯信号反馈调整。

加氨系统根据滤后水的加氯量按比例投加，一期没有安装。

反应池排泥系统具有现场手动和根据时间周期自动排泥两种控制方式。

加药分站所检测的仪表信号有：原水流量、待滤水浊度、清水池余氯、滤后水流量、SCD检测值、矾液池液位、计量泵出口压力及流量

（3）滤池单元

滤池分站的主要控制对象有平流沉淀池、气水反冲洗滤池、反冲洗泵、鼓风机、空压机及变配电系统。
滤池分站下挂10个单格滤池控制子站。每个控制子站控制一格滤池的过滤与冲洗。每格滤池装设一台声波水位检测仪，用于控制该格滤池出水阀门的开度，使滤池在恒水位条件下工作。滤池的反冲洗可选择两种控制方式：单格滤池一步化控制和按过滤周期控制。滤池的冲洗程序为三段式冲洗：气冲、气水混合冲、水冲。在反冲洗泵、鼓风机房内共装设了三台冲洗泵，三台鼓风机，均为两用一备。气冲时两台鼓风机运行，气水混合冲时再加一台冲洗泵，水冲时仅两台冲洗泵运行。试运行期间，气冲时间为2分钟，气水混合冲时间为2分钟，水冲时间为6分钟，这些时间参数均为可调参数，通过长期的生产运行经验确定一个参数。
滤池分站所检测的仪表信号有：冲洗泵、鼓风机出口压力、滤后水浊度。

（4）送水分站

送水分站的主要控制对象是送水泵、送水泵抽真空系统、出厂水及变配电系统。
送水泵抽真空系统与取水泵相同。送水泵的开停台数由公司调度室发信号给控制主站，由控制主站给出开停泵信号，由送水分站PLC完成水泵开停过程。送水吸水井水位开关则控制送水泵全开全停及报警。
送水分站所检测的仪表信号有送水泵出口压力、送水泵及电机温度，出厂水压力、流量、PH值、浊度和余氯值。
2.2.3设备控制层

本层包含了虹吸、碳水、增压、加矾、滤格等14个小控制箱，采用的罗克韦尔的SLC5/02设备。所有这些辅助设备都直接挂在A-B的DH-485工业局域网上。各个设备之间可立运行，也可通过网络接受命令并进行相应处理。该局域网所有的主机和站点都可以共享辅助设备的信息，因此所有设备的工作情况等信息都可以时间显示在上层的主机监控画面上。

3　系统配置及特点

系统的PLC软硬件都采用了罗克韦尔的产品，通讯软件采用RSLinx，梯形图编程软件采用RSLogix5和RSLogix500，人机界面采用Rockwell的RSView32来完成数据、记录、操作监控等任务，操作系统采用bbbbbbs中文NT系统，设置了用户管理体系，只有通过正确的口令和用户名才可能成功登录，同时系统软件自身采用实时数据库系统来进行分析和管理，数据库系统选用微软的SQL Server2000产品。

软件的各个功能块如下：

3.1 监控画面功能

（1）监控系统运行状态画面

画面显示监控系统继PLC和测量装置及主控工作站的工作状态和参数。

（2）电站所有需要监测的各种参数的实时和历史曲线图、棒型图画面。

（3）各种运行和管理报表及表格画面。

（4）水厂的平面图、动画等显示。

3.2数据采集和处理功能

系统可自动实时采集和处理来自各现地控制层及调度系统的数据。主要包括：机所有工作分站及子站的电气模拟量、非电气模拟量、脉冲量、开关量的采集，对这些数据进行处理和分析，处理后的数据以一定的格式存入实时数据库，形成实时数据库和历史数据库，以备系统调用和随时查询，并对监视的模拟量、开关量、脉冲量进行统计分析计算（含变位、越限等）作为历史数据存入历史数据库，并作为报表输出的主要数据来源。当出现异常事件记录和出现事故时，计算机监控系统根据目前的情况自动进行处理。

3.3 综合参数统计、计算与分析功能

计算机监控系统根据实时采集到的数据进行周期、定时或召唤计算与分析，形成计算数据库与历史数据库，帮助运行人员对水厂设备的运行进行监视与综合管理，可及时发现故障征兆，提高单元运行的性。对现成的计算数据列出作为实时数据处理，存入相应的实时数据库和历史数据库，进行越限报警、启动相关处理程序等操作。

3.4 运行监视及事件报警功能

（1）主要设备运行实时监视

计算机监控系统可以使运行人员通过主机兼操作员工作站显示器屏幕对全厂主要设备运行状态和运行参数进行实时监视，包括状态变化监视、越限检查、过程监视、历史趋势分析和监控系统异常监视。

（2）事件报警

故障报警记录

计算机监控系统周期性扫描故障信号，故障发生时，立即响应并处理，同时记录故障发生时间（时、分、秒）、动作设备器件名称、事故内容等信息，并显示、打印故障报警语句，发出声光报警信号，按故障发生的先后次序排列，形成故障记录并存入数据库。故障记录表格为故障汇总记录表，可供值班人员查寻，并定时打印，也可召唤打印或显示。

参数越限、复限报警记录

计算机监控系统在设备运行参数其限值时，立即报警，越限值恢复正常值时，进行复限提示。参数越、复，记录发生时间（时、分、秒）、参数名称、参数值勤等信息，并显示打印故障报警语句，发出音响报警信号，形成全厂参数越看待线记录并存入数据库。

事件顺序检测

单元现地LCU自动检测本单元所监视的设备、继电保护和自动装置的动作情况，当发生状态变换时，对于事故信号自动产生中断，检测事件性质、发生时间，并顺序记录，上送电站控制层，计算机监控系统立即响应中为信号，同时记录事故发生时标（时、分、秒、）、动作设备器件名称、事故内容等信息，并显示、打印事故报警语句，发出声光报警信号，按事故发生的先后次序排列，形成事件记录并存入数据，可按设备进行搜索记录。

单元开、停机过程监视

单元开、停机时（命令发出），计算机监控系统自动推出相应单元的开、停机过程监视画面。画面包括：单元编号、自动/手动标记、开（停）机条件、用流程图表示的开（停）机步骤、每步操作的时间及总时间。实时显示全部开、停机过程中每一步骤及执行情况，并按设备实际动作状态自动改变步序框的颜色，以区分已操作、正在操作、待操作及操作受阻部位。并提示在开、停机过程受阻的受阻部位的原因，进行开环运行指导甚至闭环自动控制操作。

4系统的智能性分析

自控系统的实用性实际上要求系统有较高的智能度或容错能力。开发大型的系统是比较困难的，但可以将平常的运行经验加入控制程序中，即加入若干个智能点。譬如可以通过出口压力信号或电机电流判断反冲洗水泵是否出水(因离心水泵空转时的电流比正常运转时的电流小得多)；又如当程控打开某滤池的排水阀时，其全开行程开关未动作，但此时滤池水位突然下降，由此判断排水阀已打开而不必终止程序执行。这些智能点的加入使系统的适应能力大大提高，PLC通过分析有限的信号量可以发现被控设备的故障。再譬如，可以通过计算液控蝶阀前后补油的时间间隙来判断其是否漏油，这种将运行人员经验化为智能控制的方法是传统继电控制或单回路调节仪表所无法比拟的。

5 过程控制及远程手动操作

水厂过程控制(如对加氯、加矾、恒水位控制等)具有惯性大、纯滞后时间长等特点。理论证明，对于具有Ke<;SUP>-τ/(1+T1;)(1+T2S)特性的控制对象，PID是一种优控制，但当其纯滞后时间τ大于数分钟时，采用PID控制的效果不佳。对于加药系统来说，纯滞后时间由其投加点及采样点的距离决定。作为一个特例，滤后水加氯较为复杂，为了达到自动控制的目的，要求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。水厂的过滤后加氯采用了采样PID控制，通过控制其采样周期来补偿系统的纯滞后时间，效果很好，真正做到了自动投加。当然也可以利用PLC所提供的PID指令构成串级控制系统，其目的都是为了克服或补偿系统纯滞后时间太长对控制带来的影响。

对于惯性大、纯滞后时间长的系统采用手动控制是很有效的，一个熟练的操作工人并不需要频繁的操作就能将余氯、清水池水位等控制得很好。如果中控室有人值班并可通过网络进行手动操作，则该方式至少可以作为自动控制的一种后备或，使系统加、实用。这里的关键问题是怎样实现两种控制方式的方便切换。的方式是直接利用PLC提供的PID指令进行控制，这样一方面可取消仪表的PID控制器，大大节约了费用；另一方面，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，利用上位电脑的图形界面，值班工人可以很方便地执行这些操作。

6 结束语

本文基于罗克韦尔自动化的系列产品组建的水厂自动控制系统，实现了单元的无人监控、少人值班，提高了水厂自动化水平和水质处理的效率，减轻了运行人员的负担。实际运行证明，本系统可达到大中型水厂的无人监控、少人值班的高自动化水平，减轻了操作人员工作强度，提高了水厂运行的和性