西門子自動化產品在城市供水中的應用

安徽省六安市第二自來水廠座落在該項市南郊的淠河旁邊，因第一自來水廠已經停用，所以該廠目前成為六安市唯一的供水廠。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：
　　

●源水泵房：用來將源水送到預處理的沉淀池中
●加藥：將配好的礬液添加到源水中進行混合
●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
●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
●加氯：將水中通入氯，主要作用是殺菌、消毒
●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

二、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
●加藥系統，使其具有自動加藥的功能
●通過對濾池反沖洗的改造，使其具有自動反沖洗的功能，省去繁索的人工操作
●增設了自動加氯機，使其根據出水余氯值，自動控制加氯量
●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
●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

三、控制方式介紹

　　整個六安二水廠的控制網絡如下圖
　　

2臺上位機監控主站通過5613卡與下面3臺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為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個S7-200濾池子站和1個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和IM361擴展了兩個機架，在CPU的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為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與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。
　　

四、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個PLC分站通訊，當運行一臺監控主機時，只能讀到PLC1和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和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為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CPU（6ES7 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。

四、結束語

該自動控制系統充分利用了西門產品分散式結構和多界面的網絡功能，應用十分靈活。經使用一年多的使用，系統運行較穩定，未出現異常。
　　
　　參考文獻：
　　1、S7-300可編程控制器產品目錄
　　2、西門子工業通訊及現場設備產品目錄2001
　　3、STEP7 5.1編程手冊