西门子自动化产品在城市供水中的应用

   某市自来水厂座落在该项市南郊的河旁边，该厂为某市唯一的供水厂。该厂原设计供水能力 10 万吨/天，通过扩建改造达到 14 万吨/天。 同大部分水厂一样，其工艺流程图如下图所示：

l  源水泵房：用来将源水送到预处理的沉淀池中 

l  加药：将配好的矾液添加到源水中进行混合 

l  平流沉淀池：添加矾液经混合后，用于将水中絮凝物沉淀出来的池子 

l  滤池：池内的主要物质为石英砂，对从沉淀池来的水进行过滤，加氯之后，流入清水池

l  加氯：将水中通入氯，主要作用是杀菌、消毒

l  送水泵房：将清水池的水通过恒压供水装置送入自来水管网

一、控制任务

    为提高供水系统的安全性、可靠性，采用了以下的改造方案：

l  加药系统，使其具有自动加药的功能 

l  改造通过对滤池反冲洗的改造，使其具有自动反冲洗的功能，省去繁琐的人工操作

l  增设了自动加氯机，使其根据出水余氯值，自动控制加氯量 

l  改造低压配电系统，使之对电压、电流、有功功率、无功功率及功率因数具有远程监测、记录、报警的功能

l  建立水厂中控室，实现三级自动化监控，通过中控室的通讯工作站一方面将数据送到模拟屏上，另一方面通过无线数传电台将数据送到市自来水公司

二、控制方式介绍

2 台上位机监控主站通过 5613 卡与下面 3 台 PLC 分站通讯，通讯方式采用PROFIBUS-FMS 总线方式，每个 PLC 分站选用 S7-300，CPU 为 315-2DP，FMS 通讯模块选用的是 CP343-5，并且每个分站通过 MPI 口连接一个 TP27-10”的触摸屏。

滤池分站 PLC1 通过集成的 PROFIBUS-DP 下面连了 16 个 S7-200 滤池子站和1 个 S7-200 反冲洗子站。每个滤池子站通过编程口挂一个 TP070 触摸屏，每个滤池子站控制每格滤池的运行。反冲洗子站的 S7-200 通过自由口协议与反冲洗泵变频器 MM430 进行通讯。

出水泵房分站 PLC2 通过接口模块 IM360 和 IM361 扩展了两个机架，在 CPU的 MPI 口又连了一台工控机，作为泵房的监控站，工控机的通讯卡为 CP5611 卡。通过集成的 PROFIBUS-DP 口连了一个 ET200M 分布式 I/O 和一个 S7-200，ET200M安装在取水泵站，用以对取水泵及进水阀的控制，S7-200 为 CPU226，通过自由口与出水泵的变频器通讯。CP340 模块利用 RS485 口与配电中心的电量监测仪表HC6000 相连，通过 Modbus 协议进行通讯。将采集的电量参数送给监控计算机。

加药分站 PLC3 配置了一块 CP340、一块 CP341 及一些 I/O 模块。CP340 与10 台电机保护仪通过 RS-485 口进行通讯，CP341 与二台加氯机进行通讯，加氯机的通讯波特率为 19200bit/s，而 CP340 的最大速度为 9600 bit/s，所以选择了 CP341 与加氯机通讯。

两台监控主站通过网络交换机与通讯工作站组成以太网，通讯工作站的计算机采集监控计算机的数据。一方面通过串口 1 与模拟屏（6×2.8 米）通讯，将水厂参数实时在模拟屏上显示；另一方面通过串口 2 与数传电台相连，将数据经电台传送至自来水公司的通讯主机上。

整个水厂的控制方式分三级，现地、分站控制、远程控制。当现地的转换手柄置于现地操作方式时，此时的优先级最高，禁止上位对其操作；当转换手柄转换至远程时，此时由中控室的监控主机进行控制，主机可以选择是否让触摸屏操作，也可随时取消触摸屏的操作。

三、控制难点

自动加药一般是水厂控制的一个难点，因为加药控制主要是控制加药量，也就是控制计量泵的转速，本方案采用出水浊度仪的输出信号（4~20mA）作为计泵泵的反馈，但因从加药到出水，中间需要较长的时间，所以在控制方面有较大的滞后，为解决这个问题，通过对过去的加药经验和现实已知的对象状况（原水浊度、温度、流量、PH 值等）的分析，推断出目前实际需要的加药量，根据出水浊度对投药量作微调，结合实际水流量将数据送至执行机构，该方案充分利用工控机的运算能力。 中控室两个监控主站的应用软件采用的是 WICC 组态软件，利用Profibus-FMS 与下面 3 个 PLC 分站通讯，当运行一台监控主机时，只能读到 PLC1和 PLC3 子站，PLC2 的数据读不到，检查线路也没有问题，如果两台上位机同时运行，有一台主机能读到 PLC1 和 PLC3 站，另一台主机却只能读到 PLC3 站。经咨询西门子技术支持和查阅有关资料，判断可能原因是 CPU 的通讯资源有限，选用的 CPU 为 6ES7 315-2AF03-OABO，我也做过一个试验，如果将 PLC2 的触摸屏去掉，监控主机就可采集到该站的数据，所以证实上述的分析。

解决的办法：更换新的 CPU（6ES7 315-2AG10-OABO）后，并在编程软件 STEP7 5.1 的硬件配置中更换 CPU 的配置，随后将 CPU 的属性打开，在 Communication选项中将 OP Communication 中的默认值 1 改为 4，S7 Standard 默认值 12 改为8 即可。最后将硬件配置下载到 CPU 后，下面每个站的数据都能读取，因为新的CPU 支持最大 16 个连接点。