自来水厂二级泵站自控系统详解

作者：王萨

来源：《硅谷》2011年第18期

        摘要： 主要介绍目前我国自来厂自动化系统的构成，其中详细介绍二级泵站自动化系统的构成和组态王软件中各按钮的含义和如何使用等。

        关键词： 自动化；组态王；PLC 

        中图分类号：TU991.35 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0920142－01

        1 自动化控制

        在科技高度发达的现代社会中，规范的、现代的信息化管理系统，是提高企业的经济效益和竞争力的必要手段。水厂的自动化控制系统，就是从降低成本和费用的角度出发引进的。什么是自动化控制呢？想了解自动化控制，首先了解一下什么是PLC。PLC英文全称Programmable Logic Controller，中文全称为可编程逻辑控制器，定义是：一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。自动化控制就是利用PLC的强大功能来实现的。通过各种数据信息的采集、传递来实现自动控制异地的电器设备。在这一过程中需要对PLC进行程序的编写和各种设备的信息传递。工业以太网是比较稳定的信息传递平台。

        1）下面详细的说明一下自动化系统设施间的网络构造。如图1：

        图1

        2）系统选用目前国内外水行业中通行的基于可编程序控制器S7-300/200系列的（PLC）集散型控制系统。系统由三层网络构成：终端控制室、现场设备控制站（包括：二泵、净水间、加氯间）、现场设备控制单元（包括S7-300和S7-200型）。

        3）第一层为终端控制室与二泵站、净水车间和加氯间的连接。终端控制室与二泵和净水车间以工业以太网形式连接。终端控制室与加氯间的通讯方式，是遵循西门子S7-200的通讯协议PPI（点对点接口）来连接的。因为两地是光缆连接，所以需要光模转换模块来实现数据的传递。

        4）第二层为现场设备控制站（包括：二泵站、净水车间、加氯间）与西门子S7-300/200系列的通讯，通讯方式分为MPI和PPI两种。

        5）第三层为西门子S7-300/200系列与现场设备的连接。西门子S7-300与S7-200之间用PROFIBUS DP线缆连接。

        2 组态王的使用

        为了让PLC采集到的数据更好的反映出来，人们引进组态王软件，组态王软件以WINDOWSXP中文操作系统为操作平台，它具有非常直观的图形界面显示水厂设备的运行状况，以及良好的操作性，使操作人员在中控室里，通过点击鼠标，就可以完成对某个设备运行情况的监测。

        2.1 三个主要监控界面

        本水厂组态王图形界面分为三个主要监控界面，分别为二级泵站自动化监控系统、净水车间自动化监控系统、综合楼实时监控系统。下面详细说明一下二级泵站自动化监控系统界面的功能和作用。

        2.2 系统登录画面

        系统启动后弹出登录界面，点击登录系统按钮，弹出登录窗口输入正确的用户名和口令后再点击确定按钮，进入系统主控界面。点击退出系统按钮则退出系统。如输入错误的用户名和密码，将无法进入控制界面。

        2.3 控制主画面

        本画面显示的是整个二级泵站设备的运行情况和数据反映。在画面最上部为各个界面的转换按钮，按下不同按钮，就会转换到不同的画面中。在本画面下部可以反映各种设备的工作状态和在线仪表的数值。在画面的下部还有一些按钮包括：按键控制按钮、自动控制按钮、一步启动按钮、一步停止按钮以及四组启动停止按钮。下面详细介绍一下各个按钮，按键控制按钮：当按下按键控制按钮时，要启动泵和阀门只要按后面四组启动停止按钮就可以启动相应的泵阀。自动控制按钮：当按下自动控制按钮时，后面的四组泵阀的启动和停止，对应的按钮就不在发挥作用。一步启动按钮：一步启动按钮是在自动控制按钮按下的情况下起作用。当按钮按下时你所选的泵阀开始工作。一步停止按钮：一步停止按钮是在自动控制按钮按下的情况下起作用。当按钮按下时你所选的泵阀停止工作。在画面的最下面是四组泵阀的工作状态，其中包括泵和阀门的手动、自动状态，泵的运行、停止和故障。阀门的开、关和故障。

        2.4 工艺流程画面

        画面显示的是整个泵站运行的工艺流程图，通过查看此画面可以对泵站各个部分的运行情况有一个全面了解。其中绿色的方框中为在线仪表的数据实时的显示。包括：清水池的液位（1#和2#）、系统电压、管道压力（1#和2#）、瞬时流量（1#和2#）、累积流量（1#和2#）以及四台泵的工作电流。在画面中都可以直观的反映出来。在画面的左上角是画面的退出按钮。

        2.5 参数设置画面

        参数设置画面包括设定高峰压力、设定低峰压力、设定中锋压力、设定软手压力、报警水位上限、报警水位下限、设定停机水位、设定水位回差、报警压力上限、报警压力下限、设定压力回差、加泵频率、减泵频率以及设定全自动工作泵号。下面详细的说明一下各个参数的意义和作用。设定高峰压力：设定高峰压力就是在供水高峰时对应要输入的压力值。设定低峰压力：设定低峰压力就是在供水低峰时对应要输入的压力值。设定中锋压力：设定中峰压力就是在供水中峰时对应要输入的压力值。设定软手压力：设定软手压力就是设定四组泵在按键控制状态下的工作压力。报警水位上限：报警水位上限为清水池的上限报警。当清水池水位高于设定水位时，有报警输出。报警水位下限：报警水位下限为清水池的下限报警。当清水池水位低于设定水位时，有报警输出。设定停机水位：当清水池水位低于设定停机水位时水泵停止转动。报警压力上限：当管道压力高于压力上限时有报警输出。报警压力下限：当管道压力低于压力下限时有报警输出。

        设定水位回差：当清水池液位在高水位或低水位附近变化时，水位有一个下降或升高的过程，在这个变化区间的变化值为水位回差。设定压力回差：当管道压力在高压或低压附近变化时，压力有一个下降或升高的过程，在这个变化区间的变化值为压力回差。加泵频率：当我们设定的压力值，一台变频泵工作压力满足不了时，我们要自动启动所选定的第二台泵做补充。加泵频率是指当变频器的工作频率大于或等于设定频率时，我们所选定的第二台泵自动启动。例如：当加泵频率设定为45时（在管道压力没有满足设定压力的情况下），我们所选定的第二台泵开始启动。减泵频率：减泵频率是与加泵频率相对的。当设定的工作压力减小时，泵的工作台数要相应的减少。设定全自动工作泵号：在方框中可以选四组泵的使用和停用，此时只有自动控制按钮按下时才有效。在画面中还可以直观的观察到变频器的工作频率。其中输出频率就是变频器的在线工作频率。画面的右半部为全天24小时供水的峰、谷、平按钮，我们可以根据不同时间，用水量的不同来制定供水计划。例如：当我们选定11点为高峰供水时，那么当时间到达11点时，水泵的工作压力就是我们设定的高峰时的压力值。画面的右下方为退出画面按钮。

        2.6 历史曲线画面

        历史曲线画面主要方便于数据的查询和在线的监测，不同颜色的曲线代表不同的变量名称。在画面中包括曲线有：压力（1#和2#）、水位（1#和2#）、瞬时流量（1#和2#）以及累积流量（1#和2#）。在画面中的曲线可以根据自己的喜好来改变颜色。

        2.7 数据报表画面

        在数据报表画面中左上角有三个按钮，分别为：生成报表按钮、打印预览按钮、退出画面按钮。在画面中还包括设置报表的时间和在线时钟。画面的主要部分为表格部分，在表格中包括系统电压、四台水泵电机的工作电流、清水池水位、出水压力、出水流量。那么如何生成一个完整的报表呢？我们在设定日期一项中设定要生成报表的时间（前一天或更早的时间）。然后点击生成报表按钮，在下面的报表画面中，就会相应的出现各仪表在不同时间段的数据。最后点击打印预览按钮，打印报表。这样一张完整的报表就生成了。

        3 结束语

        目前我国自来水厂自控系统设计还有不完善的地方，在以后的设计中要着重考虑自控系统的实用性、稳定性和先进性，根据自来水厂的工艺流程及控制要求合理配置自控系统，使自控系统在实现工艺控制的同时也能节约系统成本。

        自来水厂自控系统未来将会向智能化发展，通过自控系统的智能化来降低自来水厂的劳动力成本，自控系统的逐步改进，将使得自来水厂自动化系统的建设更趋合理。

        参考文献：

        [1]《组态王软件6.52》，北京亚控科技发展有限公司出版，2008年6月.

        [2]崔福义、彭永臻编著，《给水排水工程仪表与控制》，中国建筑工业出版社出版，1999年12月，第一版.

        [3]崔福义、彭永臻编著，《给水排水工程计算机应用》，中国建筑工业出版社出版，2002年2月，第二版.

        [4]陈伯雄，《给排水工程》，机械工业出版社，2000年6月.

        [5]《城镇供水厂运行，维护及安全技术规程》，北京市自来水公司，1999年9月.

        [6]《中小自来水厂管理手册》，上海市自来水公司，2000年10月.

        作者简介：

        王萨（1980-），男，汉族，辽宁铁岭人，2002年毕业于铁岭师范高等专科学校，2005年毕业于广播电视大学，现就职于铁岭天信公用事业股份有限公司，技术员，职称：电气自动化工程师。