一、 概述
本工程一期工程建設規模1.5萬立方米/天，遠期規模3.0萬立方米/天。本次為一期1.5萬立方米/天施工，內容包括：原水取水泵的配置、原水管道的改造、廠區內新建處理規模為1.5萬立方米/天的處理構筑物，包括配水井、網格絮凝預沉池、網格絮凝沉淀池、無閥濾池、清水池等，原水廠內只保留08年建設的320噸/小時的無閥濾池。
四川省江安縣自來水公司江安縣供水工程建設項目的電氣自動控制系統由工藝過程監控系統、通訊系統、可編程控制器、檢測儀表及控制計算機組成。檢測儀表采用國際知名行業品牌美國哈希儀表，主要是檢測生產過程中各主要參數的變化情況，主要包括：進出水濁度、進出水pH值、污泥濃度、出水濁度、處理后出水流量、出水余氯等，儀表反應速度快、數據準確，工作穩定，簡單易懂；控制器采用德國西門子s7-300系列PLC，主要是根據過程儀表提供的檢測結果，對生產過程進行必要的調整，完成自動控制。上位機控制系采用德國西門子wincc組態軟件，畫面生動直觀、操作簡單易學、實現對全廠的工藝流程進行分散控制，集中管理。
二、 技術參數
1、電源：三相四線制 380V AC 頻率50HZ；
2、控制設備功率：
（1）1#變頻泵電機：額定功率132KW，額定電壓3相380V AC；
（2）2#軟啟泵電機：額定功率132KW，額定電壓3相380V AC；
（3）3#軟啟泵電機：額定功率132KW，額定電壓3相380V AC；
（4）預沉及沉淀池電磁閥：額定功率30W，額定電壓單相220V AC；
（5）攪拌機：額定功率3KW，額定電壓3相380V AC；
（6）回水池潛水泵：額定功率3KW，額定電壓3相380V AC；
（7）第三方設備詳見設備使用說明書；
3、現場模擬量輸入信號為：DC4-20mA；
4、現場模擬量輸出信號為：DC4-20mA；
5、以太網數據速率：10/100 Mbit/s 自感應；
6、Profibus DP通訊網絡速率：187.5kb/s；
三、 集控系統構成
集控系統的基本組成主要包括上位機、PLC控制系統、現場信號三大部分，上位機和PLC主站通過TCP/IP通訊方式聯接（即上位機和PLC柜），PLC主站和IO子站及第三方設備通過Profibus DP通訊方式聯接（即PLC柜和5個ET200及2個EM277）。現場的各監測儀表及傳感器信號、設備狀態信號通過PLC控制系統IO模塊采集，經過邏輯運算和比對，按照PLC預先裝載的程序軟件對現場設備進行控制，同時在上位機組態界面上進行人機交互操控。
1、上位機
A、上位機主機：研華工控機 ；
B、顯示器：19寸飛利浦液晶顯示器；
C、組態軟件：SIMATIC WINCC V6.2 ASIA；
D、PLC軟件： SIMATIC Step7 V5.4；
E、數據庫軟件：SQL Server 2005 Service Packe 1 for Wincc V6.2；
2、PLC控制系統及現場信號
A、 PLC柜
PLC柜為整個系統控制的中心，向上通過以太網交換機和集控以太網交換機聯接，向下用Profibus DP通訊電纜和5個ET200子站、加氯和加藥間的EM277子站聯接。
PLC柜除了擔負整個系統的邏輯控制，還擔負現場部分設備的信號采集和運行控制。
設備主要包括：回水池1#、2#潛污泵、1#送水變頻泵、2#送水軟啟泵、3#送水軟啟泵；
現場儀表信號包括：清水池1#液位、清水池2#液位、出廠水濁度、余氯、瞬時流量、壓力、回水池液位、低壓配電進線電流、補償柜電流、聯絡柜電流、二泵房電流、雜動力電流、加氯加藥間電流、集控室電流、沉淀池電流、備用1回路電流、變頻器頻率反饋電流；
B、 1#ET200
1#ET200控制的設備主要包括：
沉淀池1#攪拌機、沉淀池2#攪拌機；
現場儀表信號主要包括：
沉淀池1#濁度、沉淀池2#濁度、無閥濾池1#液位、無閥濾池2#液位、無閥濾池濁度、無閥濾池余氯；
C、 2#ET200
2#ET200控制的設備主要包括：
沉淀池2-51#~2-100# 50個池底閥的電磁閥；
D、 3#ET200
3#ET200控制的設備主要包括：
預沉池1-37#~1-72# 36個池底閥的電磁閥；
E、 4#ET200
4#ET200控制的設備主要包括：
預沉池1#攪拌機、預沉池2#攪拌機、預沉池1-1#~1-36# 36個池底閥的電磁閥；
現場儀表信號主要包括：
進水瞬時流量、進水濁度、進水PH值、預沉池1#泥位、預沉池2#泥位、沉淀池1#泥位、沉淀池2#泥位；
F、 5#ET200
5#ET200控制的設備主要包括：
沉淀池2-01#~2-50# 50個池底閥的電磁閥；
G、 加氯EM277子站
詳見《二氧化氯發生器使用說明書》；
H、 加藥EM277子站
詳見《加藥機使用說明書》；
四、 工作原理
從長江里抽取源水進入配水井，進水流量、濁度、PH值上位機監視；進水從配水井流至預沉池和沉淀池，池中4個污泥位信號上位機監控，即用泥位信號控制池底閥排污；水流從沉淀池至無閥濾池虹吸處理，沉淀池后2個濁度上位機監視；水經無閥濾池進入清水池，無閥池2個液位、濁度、余氯及清水池2個液位上位機監視；清水池水由送水泵直接送至城市供水網絡。
1、池底閥控制： 池底閥分為自動和手動控制，當選擇手動控制時，上位機可以對每一個電磁閥進行開關操作，當選擇自動控制時，先設定好起排，停排泥位（池底閥開、關泥位）及排泥時間（池底閥打開時間），然后池底閥就會根據預沉池和沉淀池的4個泥位信號，自動開啟電磁閥控制池底閥開關，4個泥位信號分別控制對應的4個區域電磁閥，每個區域電磁閥自動運行以閥座上的一組電磁閥為單位。自動運行時，當實際泥位高于設定起排泥位，系統延時5秒鐘，該區域電磁閥以組為單位交替打開，該區域電磁閥全部排完為一個循環周期，當一個循環周期完成后，如果實際泥位還是高于起排泥位設定，系統會再次循環一個周期，至到實際泥位低于停排泥位止，循環結束，電磁閥關閉。當從自動運行切換到手動運行時，自動排泥自動終止，當從手動運行切換到自動運行時，手動控制自動失效。但是注意，從手動切換到自動時，應先關掉已經打開的電磁閥，否則從自動切回到手動時，未關掉的電磁閥將繼續保持打開。
2、回水池潛水泵控制：回水池潛水泵分為就地和遠程兩種控制方式，遠程控制又分為遠程手動和遠程自動控制，在上位機可以設定泵的啟停液位，高低報警液位。就地控制就是當選擇就地控制方式時，就地手動控制潛水泵啟停；遠程手動就是在現場控制柜面板上選擇遠程，在上位機上選擇手動控制，通過上位機啟停按鈕控制潛水泵，液位只報警不控制泵；遠程自動就是在現場控制柜面板上選擇遠程，在上位機上選擇自動控制，系統自動通過設定啟停液位控制泵運行和報警，無需人為干預。
3、攪拌機控制：攪拌機分為就地和遠程控制控制，就地控制就是當現場控制柜面板旋鈕選擇為就地時，就地手動啟攪拌機；遠程控制就是當現場控制柜面板旋鈕選擇為自動時，上位機遠程手動啟停攪拌機。
4、加藥機控制：加藥機為自帶控制系統設備，分為就地和遠程控制，就地又分為就地手動和就地自動控制，遠程即為遠程手動。就地手動就是可以對加藥系統所有的設備通過控制柜面板手動控制；就地自動就是當選擇就地自動控制時，系統根據進出水流量及進水濁度、PH值自動調整加藥量增減，以達到水質要求；遠程手動就是通過上位機手動控制加藥設備運行。
5、加氯機控制：加氯機為自帶控制系統設備，分為就地和遠程控制，就地又分為就地手動和就地自動控制，遠程即為遠程自動。就地手動就是可以對加氯系統所有的設備通過控制柜面板手動控制；就地自動就是當選擇就地自動控制時，系統根據進出流量及濁度、余氯自動調整加氯量增減，以達到水質要求；遠程自動就是當遠程控制啟動后，系統根據進出流量及濁度、余氯自動調整加氯量增減，以達到水質要求，和就地自動控制相同。
6、送水泵控制：3臺送水泵第一臺為變頻控制泵，為正常使用泵，有就地手動和遠程手動、遠程自動三種控制；第二和第三臺為軟啟動泵，為備用泵，有就地手動和遠程手動兩種控制。變頻泵就地手動運行時，通過控制柜按鈕就地啟停變頻器，通過變頻器面板調整電機速度；遠程自動運行時，系統根據設定出水壓力自動恒壓控制，遠程手動運行時，可以手動設定變頻器輸出百分比（即水泵電機轉速百分比）。軟啟動泵就地手動控制時，通過控制柜按鈕就地啟停軟啟動器；遠程手動控制時，通過上位機手動啟停軟啟動器。
五、 集控操作系統簡介
本集控操作系統由2臺上位機、2臺打印機、1臺投影儀、1臺交換機和1臺UPS電源組成，上位機安裝有SIMATIC WINCC V6.2 ASIA組態軟件，可對廠區內所有的設備進行監控，畫面直觀，操作簡便。2臺上位機其中一臺為操作員站，另外一臺為工程師站。2臺打印機網絡共享，方便隨時隨機打印。
1、 運行項目
在操作員站上工程項目為開機自啟動運行，即電腦開機工程項目自動運行，一般情況下，操作員站用操作員賬戶登錄，只有操作員權限，不允許退出系統； 在工程師站上工程項目為快捷方式啟動運行，即點擊桌面項目快捷方式運行工程項目，一般情況下，工程師站作為操作員站使用，用操作員賬戶登錄，和操作員站完全相同，在系統維護調試過程中，用工程師賬戶登錄使用，允許退出系統進入編輯模式。如圖：
2、 操作畫面
所有的操作畫面都包括三部分，包括：畫面標題欄、主畫面、畫面菜單欄。
畫面標題欄顯示有：工程名稱、畫面名稱、用戶名、日期、時間；
主畫面為對應畫面名稱的監控畫面；
畫面菜單欄為各畫面切換按鈕及退出運行按鈕；
系統操作主畫面共有8幅，包括：“全局工藝流程”、“低壓配電室”、“預沉池及沉淀池”、“加藥間”、“二氧化氯”、“參數設定”、“報警記錄”、“實時趨勢圖表”，子畫面1幅，為“實時數據表”。其中為“全局工藝流程”為主操作畫面，即開機運行畫面。
所有畫面中，設備運行狀態為綠色表示運行，紅色表示停止，如：1#攪拌機運行，狀態框中文本顯示“運行”，且字體顏色為綠色，畫面中1#攪拌機圖形符號為綠色；1#攪拌機停止，畫面狀態框中文本顯示“停止”，且字體顏色為紅色，畫面中1#攪拌機圖形符號為紅色。設備運行條件為綠色表示允許，紅色表示禁止，如1#攪拌機選擇就地控制時，畫面中顯示紅色“就地”，即上位機不能操作；當1#攪拌機選擇遠程控制時，畫面中顯示綠色“遠程”，即上位機可以操作。設備報警信息為綠色表示正常，紅色表示故障。如：加藥間“1#攪拌機故障”顯示框內，無故障時顯示綠色“否”，有故障時顯示紅色“是”。
所有畫面中，當鼠標指向可操作對象時，對象背面會出現綠色閃電，表示該對象可點擊操作。
（1） 全局工藝流程
此畫面為整個水廠工藝流程畫面，畫面上部為畫面中設備狀態和儀表實時數據顯示，中部為流程畫面和報警記錄，點擊相應的設備圖標和窗口按鈕，可操控相應的設備，包括：1#~4#攪拌機控制、1#~2#回水池潛污泵控制、1#~3#送水泵控制，分別如下圖：
1#~4#攪拌機當選擇遠程控制時，直接點擊按鈕啟停控制。
1#~2#回水池潛污泵當選擇遠程控制時，點擊“自動”或“手動”按鈕選擇遠程控制方式，系統默認為遠程手動，當選中了相應的控制方式后，字體顏色變為綠色，然后點擊按鈕啟停設備。
1#~3#送水泵控制中1#泵為變頻控制、2#和3#泵為軟啟動控制，如上圖，變頻控制操作界面包括：運行參數設定顯示、PID參數設定、參數柱狀圖、操控按鈕。運行參數設定顯示包括：PV過程壓力顯示、SV設定壓力、MV手動百分比輸出（轉速）。PV壓力為控制過程中實際管網的水壓，SV設定壓力為自動控制時用戶需要管網達到的實際水壓，MV為手動控制時用戶需要變頻器輸出頻率百分比，50HZ對應100%（即電機全速對應100%）。PID參數設定包括：PI比例系數、TI積分時間。PID參數設定只是變頻器恒壓控制系統調試使用的參數，正常運行后，嚴禁變動。參數柱狀圖包括：PV過程壓力、SV設定壓力柱狀圖，可以直觀觀察變化。 操控按鈕包括：手自動選擇、變頻器上電停電、變頻器啟停。首先變頻器上電，然后選擇控制方式、設定運行參數，最后點擊啟動即可。系統便可根據設定的壓力自動運行，保證管網供水壓力恒定。軟啟動泵操作同攪拌機相同，這里不再贅述。
當點擊畫面菜單欄時，如果還沒登陸系統，系統會提示登陸，如下圖：
點擊 “確定”按鈕后，使用用戶名登陸快捷方式按鈕“Ctrl+A”，系統彈出以下登陸窗口。
操作員登陸名為：江安操作員，密碼為123456；工程師登陸名為：江安工程師，密碼為654321。操作員權限：除了“退出系統”按鈕不能操作外，其它都能控制操作，工程師權限：所有的操控。一般情況下，操作員站用操作員用戶名，工程師站當作為操作員站使用時用操作員用戶名，當作為工程師站使用時用工程師用戶名。正常使用時，建議兩臺上位機都作為操作員站使用。
（2） 低壓配電室
此畫面為整個水廠用電負荷監測畫面，通過此畫面各電流值，可以反映出各設備的用電負荷，如果上位機與現場儀表顯示有差異，以現場儀表現場為主。
（3） 預沉池及沉淀池
此畫面為預沉池和沉淀池底閥控制畫面，畫面中共有4個泥位傳感器，每個傳感器各控制1/2的池面積的底閥，控制分為手動和自動控制，當選擇手動控制時，可以任意的開關每一個池底閥，用鼠標指向畫面中需要操作的閥圖標（紅色或綠色○），左鍵點擊為開，○變為綠色，表示已打開，右鍵點擊為關，○變為紅色，表示已關閉。當選擇自動控制時，需先設定好啟停排泥位，排污時間，然后點擊自動按鈕，“自動”變為綠色即可，系統會根據設定好的參數自動開關池底閥，一組5個或4個輪流開關，實際泥位高于起排泥位就開閥，低于停排泥位就關閥，排污時間就是每組開閥時間。
（4） 加藥間
此畫面為加藥間工藝流程畫面，主要是對加藥間設備狀態參數進行顯示，及對加藥間單個設備進行遠程手動控制。當狀態參數中“控制方式”中“手動”顯示為綠色，“狀態”中顯示綠色“遠程”，表示現場柜選擇遠程手動控制，此時可通過“遠程設備手動操作控制”菜單欄中“啟動”、“停止”按鈕對設備進行遠程手動操作，還可以設定變頻器頻率及操作變頻器遠程故障復位。
（5） 二氧化氯
此畫面為加二氧化氯工藝流程畫面，主要是對二氧化氯系統設備狀態參數進行顯示，及對二氧化氯設備進行遠程自動控制。當狀態參數中“控制權”中顯示為綠色“遠程”，表示現場柜選擇遠程控制，此時可通過“*#發生器遠程控制”菜單欄中“啟動”、“停止”按鈕對設備進行遠程自動操作，還需要對發生器的產量進行設定。
（6） 參數設定
此畫面是所有的在線監控參數的量程值、啟停值、上下報警值的設定。量程值調試好后，正常運行中無需修改，啟停值和上下報警值用戶根據實際工況設定。（單位詳見畫面中）
（7） 報警記錄
此畫面為整個系統報警記錄，包括設備的故障報警、超出參數上下限設定的超限報警等等。系統產生報警信息后，可以點擊報警表工具欄確認按鈕，可以逐一確認，也可以成批確認，如果報警信息消除，說明數據報警已解除；如果報警信息還存在，說明數據報警還未解除。此報警記錄和“全局工藝流程圖”中相同。
（8） 實時趨勢圖表
此畫面為設備運行數據的趨勢圖，具體包括：出水濁度、出水瞬時流量、出水累計流量、出水壓力。每個趨勢圖X軸為時間軸，Y軸為數值軸，數值軸為自動量程適應（趨勢圖會根據數值的實際值自動確定量程）。在工具欄中可以對歷史數據進行打印查看等操作。
（9） 實時數據表
此畫面為“實時趨勢圖”中的子畫面，兩個畫面可以相互切換觀察，是設備運行數據的表格記錄，和趨勢圖相對應。同樣通過工具欄菜單，可以對數據記錄表格進行查詢和打印等操作。
六、 操作流程
（一）、上電
1、 加藥間和二氧化氯控制柜通電
分別打開柜門，合上電源總空開。
2、 子站柜通電
子站控制室有5臺ET200子站柜，每臺柜內分別配有在線式（當有市電時，由市電供電，無市電時，由UPS供電）UPS備用電源。首先開啟UPS電源（操作詳見UPS說明書），再合上柜內電源開關，所有電源開關用途在開關上都標有文字說明。在墻上配電盒內有池底閥電磁閥的電源開關。子站柜電源從沉淀池儀表亭旁控制柜引入。
3、 PLC主站柜通電
同上，不在贅述。
4、 集控室通電
集控室2臺打印機、1臺投影儀、2臺主機及顯示器、開關電源和交換機都是由UPS供電。先開啟UPS電源，再開啟主機及顯示器，投影儀通電自啟動，斷電時，先關主機及顯示器，后關UPS電源。
（二）、啟動
1、在確保各設備一切正常的情況下，通過現場軟啟動柜開啟取水泵，注意觀察電機電流及泵、閥的實際工況。
2、當源水進入配水井后，注意配水井儀表亭內水池的水位，調整排水閥使水位保持淹沒PH檢測頭。首次調整好后，以后無需再動。
3、當源水進入預沉池及沉淀池后，開啟加藥機和池內攪拌機，觀察絮凝效果。首次進水時，水流及水質不穩定，污泥傳感器顯示參數跳變較大，不宜使用自動排泥控制，應選擇為手動排泥，當顯示穩定后，才能使用自動排泥控制。
4、當沉淀水進入無閥池后，觀察沉淀后水濁度，開啟加二氧化氯系統。
5、當水經無閥池進入清水池后，觀察虹吸處理及加氯后水濁度及余氯。
6、正常情況下，系統使用變頻泵恒壓供水，軟啟動泵只作為變頻故障時應急使用，具體操作如下：
（1）變頻泵自動
首先，關閉其余2臺軟啟動泵的出水閥，打開變頻泵出水閥。畫面中點開變頻控制畫面，點擊“上電”和“自動”按鈕，設定SV（管網設定壓力）壓力，點擊“啟動”即可，系統送水泵自動恒壓控制。停機時先點擊“停止”，再點“停電”。注意！變頻器上電后有20秒自檢時間，自檢后才能操作。
（2）變頻泵手動
首先，關閉其余2臺軟啟動泵的出水閥，打開變頻泵出水閥。畫面中點開變頻控制畫面，點擊“上電”和“手動”按鈕，設定MV（頻率百分比）百分比，點擊“啟動”即可，系統送水泵按設定頻率百分比運行，50Hz對應100%，0Hz對應0%，注意！此時控制的是頻率即電機轉速，和輸出水壓無關，要注意水壓變化，避免水壓過高。停機同上。
（3）軟啟動泵手動
首先，關閉其余2臺泵的出水閥，打開準備運行泵出水閥。注意！軟啟動遠程控制時，軟啟動上電需就地操作完成。然后畫面中點出控制窗口，點擊“啟動”按鈕即可。水泵啟動后，手動緩慢打開該泵出水閥，使出水壓力達到規定值，停止開閥。建議不要在出水閥開啟狀態下啟動軟啟泵，因為水泵工頻運行時對管網沖擊很大。停機點擊“停止”即可。
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