自來水廠取水站的自動控制課程設計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前 言1</b></p><p><b>　　正 文1</b></p><p>　　1 取水泵房流程工藝2</p><p>　　1.1取水泵房工藝流程示意圖2</p><p&

2、gt;　　1.2 水廠取水泵房工藝流程簡易示意圖2</p><p>　　2 取水泵房的設備選擇3</p><p>　　2.1 WinCC監(jiān)控軟件3</p><p>　　2.2 PLC（可編程控制器）的選擇：4</p><p>　　3 控制內容及控制要求4</p><p>　　3.1 運行模式4</p

3、><p>　　3.2 系統(tǒng)的啟停5</p><p>　　3.3 對運行過程的監(jiān)控5</p><p>　　3.4 系統(tǒng)故障自動檢測、報警與處理5</p><p>　　3.5 通信功能6</p><p>　　4 工程控制功能的實現(xiàn)6</p><p>　　4.1 PLC的控制程序如下6<

4、/p><p>　　4.2 WinCC組態(tài)監(jiān)控8</p><p>　　4.2.1 WinCC監(jiān)控畫面如下9</p><p>　　4.2.2組態(tài)監(jiān)控可實現(xiàn)的功能如下12</p><p>　　4.2.3 調式和優(yōu)化13</p><p>　　4.2.4 流程畫面繪制13</p><p>　　4.2

5、.5 實時、歷史趨勢圖繪制13</p><p>　　4.2.6 報警處理13</p><p>　　4.2.7 實時與歷史數(shù)據(jù)分析14</p><p><b>　　5 工程小結14</b></p><p><b>　　致 謝15</b></p><p>　　自來水

6、廠取水站的自動控制課程設計</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　隨著城市現(xiàn)代化建設的發(fā)展，環(huán)境保護、生活用水的要求不斷提高。以前水廠的人工、半自動水廠控制系統(tǒng)已經遠遠不能滿足現(xiàn)代化生活和企業(yè)運作的需要，因此先進的計算機控制技術應運而生。通過先進的自動控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)對水廠制水、污水處理、水軟化、送配水等工程運作的監(jiān)視和控制。運用PLC自動控

7、制系統(tǒng)和WinCC界面監(jiān)控系統(tǒng)對自來水廠的工藝流程的主要參數(shù)進行在線監(jiān)測；此自動控制系統(tǒng)不但能實現(xiàn)自來水廠取水站的實時監(jiān)控和實時接收PLC采集的各種數(shù)據(jù)，而且還能建立檢測參數(shù)數(shù)據(jù)庫的功能，處理并顯示各種數(shù)據(jù)。</p><p>　　關鍵字：PLC WinCC 取水站 程序 控制系統(tǒng)</p><p><b>　　正 文</b></p><p

8、>　　我們設計的這個自來水廠取水站自動控制系統(tǒng)，系統(tǒng)配置采用西門子成熟技術，控制中心采用Wincc服務器軟件進行監(jiān)控;符合國際或國家工業(yè)標準，可靠性高、適應能力強、擴展靈活、操作維護簡便;系統(tǒng)平臺軟件選用穩(wěn)定安全的主流操作系統(tǒng)，便于系統(tǒng)使用和維護;管理軟件的編制均選用符合國際軟件業(yè)標準的開發(fā)平臺，同時考慮用戶開發(fā)的方便性和易于擴展性;設備和軟件的供應商能夠長期提供技術支持和服務，備品備件能得到有力的保障。設計以安全、經濟、先進、可

9、靠、實用為原則，選擇具有行業(yè)內先進水平的軟硬件產品。使系統(tǒng)在結構上具有一定的開放性、可擴展性;在配置上具有完整性、適應性。根據(jù)水廠生產設備、生產管理、工藝流程、構筑物位置分布相對集中的特點，系統(tǒng)選用目前國內外水行業(yè)中通行的基于可編程序控制器S7-300系列的(PLC)的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)由三層網絡構成:中央監(jiān)控系統(tǒng)、現(xiàn)場設備控制站、現(xiàn)場設備控制單元。系統(tǒng)的分布式系統(tǒng)結構保證了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠和易于擴展;西門子PLC控制器能完成現(xiàn)場工藝參數(shù)

10、采集、設備控制;觸摸式操作終端提供了良好的圖形顯示、友好的人機操作界面;同時PLC的極強的聯(lián)網能力使各站點之間能方便可靠地傳遞控制參</p><p>　　自來水廠取水水源來自地下水或是地表水源。原水要經過取水房水泵抽取，經過吸水井-沉淀-一次過濾-水泵—一次加氯-供水管等流程，此流程由PLC和WinCC監(jiān)控界面共同完成自動取水工作。</p><p>　　下面介紹以下我們設計的取水房關于取水

11、流程及其工藝介紹。</p><p>　　1 取水泵房流程工藝</p><p>　　1.1取水泵房工藝流程示意圖</p><p>　　由下圖1我們可知, 取水泵房的基本取水布局：</p><p><b>　?。?圖1）</b></p><p>　　1.2 水廠取水泵房工藝流程簡易示意圖</p&

12、gt;<p>　　如圖2所示：我來簡單解釋一下此簡易圖的含義：高壓取水泵從1（地表原水或地下水）中抽取原水到2（沉淀池）沉淀，把原水中的泥沙和雜質進行簡單的沉淀清除，然后由2再由高壓水泵抽取經沉淀后的原水到3（蓄水池）中，再由3通過水泵抽取原水經過4（過濾，除去原水中的藻類雜志，簡易加氯水消毒），再次把原水輸送到5（清水池），再把經簡易處理的水輸送到輸水管道中，于是就完成取水泵房簡易取水流程。在完成此并具備過壓、欠壓、過載

13、和輸出短路等多種保護, 從而控制供水車間清水池液位平衡, 調為適應外界用水量的不斷變化, 需要不斷地調整設備的運行狀態(tài), 這樣, 對工藝操作人員提出了更高的要求。因此必須既調整供需矛盾, 保持平衡供水, 又節(jié)約電能, 降低供水成本。</p><p>　　下面是取水房流程工藝圖：</p><p>　　圖2 取水房流程</p><p>　　圖2 標識：1.江河原水或

14、地下水 2.沉淀池 3.蓄水水池 4.過濾設備 5.清水池 </p><p>　　2 取水泵房的設備選擇</p><p>　　2.1 WinCC監(jiān)控軟件</p><p>　　啟動WinCC后，WinCC的資源管理器隨即打開。WinCC資源管理器是組態(tài)軟件的核心，整個項目的

15、結構都顯示在WinCC資源管理器中。從WinCC資源管理器中調用特定的編輯器，即可用于組態(tài)，也可對項目進行管理，每個編輯器分別形成特定的WinCC子系統(tǒng)。</p><p>　　WinCC的主要子系統(tǒng)包括：</p><p>　　a.圖形系統(tǒng)——用于創(chuàng)建畫面的編輯器，也稱作圖形編輯器。</p><p>　　b.報警系統(tǒng)——對報警信號進行組態(tài)的過程，也稱報警紀錄。<

16、/p><p>　　c.歸檔系統(tǒng)——變量記錄編輯器，用于確定對何種數(shù)據(jù)進行歸檔。</p><p>　　d.報表系統(tǒng)——用于創(chuàng)建報表布局的編輯器，也稱作報表編輯器。</p><p>　　e.用戶管理器——用于對用戶進行管理的編輯器。</p><p>　　f.通信——提供WinCC與SIMATIC系列可編程控制器的連接。</p><

17、p>　　以西門子公司的WinCC監(jiān)控軟件平臺為基礎的監(jiān)控系統(tǒng)能夠實時監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀態(tài)并及時作出反饋顯示。若是在運行過程中出現(xiàn)故障，可以由這個監(jiān)控界面清晰看出發(fā)生故障的部位，課以有效及時排除故障，保證運行的高效。</p><p>　　2.2 PLC（可編程控制器）的選擇：</p><p>　　PLC是控制系統(tǒng)的關鍵部件之一，選型的時候除了要滿足以上要求之外，還要考慮到今后的維護和擴展

18、以及與其他泵站保持統(tǒng)一的通訊接口，為今后連接上位機監(jiān)控做好準備等。綜合考慮之后，決定采用S7-300系列PLC。取水配水控制系統(tǒng)采用上位機結合可編程控制器PLC的方案。PLC實質上就是一臺計算機，其硬件結構基本上與我們常用的微機相同，即由微處理器(CPU)、存儲器(EPROM、ROM)、輸入輸出</p><p>　　(I／0)模塊、外設I／0接口、電源等組成。各部分通過總線(電源總線、控制總線、地址總線、數(shù)據(jù)總線

19、)連接而成。它是以微處理器為核心，綜合了計算機技術、通信技術而發(fā)展起來的一種新型、通用的自動控制裝置。</p><p><b>　　圖3 硬件組態(tài)</b></p><p>　　3 控制內容及控制要求</p><p><b>　　3.1 運行模式</b></p><p>　　該套控制系統(tǒng)有兩種運行

20、模式：自動運行模式和手動運行模式，可根據(jù)系統(tǒng)運行需要切換選擇。</p><p><b>　　3.2 系統(tǒng)的啟停</b></p><p>　　在系統(tǒng)自動運行模式下，取水系統(tǒng)可自動啟動與自動停機。自動啟動與自動停機時不影響該廠原有供水設備的正常運轉，即無擾啟動與無擾停機。</p><p>　　3.3 對運行過程的監(jiān)控</p><

21、p>　　原水處理系統(tǒng)運行時，要求可靠地對其進行實時監(jiān)控，包括，沉淀池、蓄水池、清水池液位的控制、取水系統(tǒng)控制。為了實現(xiàn)泵站設備的自動運行和狀態(tài)監(jiān)控，泵站需采集和監(jiān)控的內容包括： </p><p>　　a.泵站格柵除污機前液位，旋轉過濾濾網前后液位； </p><p>　　b.單泵出口壓力； </p><p>　　c.格柵除污機和旋

22、轉濾網運行工況； </p><p>　　d.機組開停一步化制約；</p><p>　　e.泵機故障監(jiān)測和保護（包括電機繞組/軸承溫度、水泵軸承溫度等的監(jiān)測）； </p><p>　　f.電動閥門故障監(jiān)測和保護； </p><p>　　g.通過現(xiàn)場總線接收變電所高壓開關柜上綜合保護單元采集的信號，包括水泵的溫度、水

23、泵的耗電量、水池液位、水源PH值、水泵的供電電源的電壓、電流、電機工作功率等參數(shù)；  </p><p>　　h. 泵站出水總管流量、壓力（根據(jù)泵站總管出口流量制約加氯的用量）； </p><p>　　i. 泵站內反沖洗泵運行工況； </p><p>　　3.4 系統(tǒng)故障自動檢測、報警與處理</p><p&g

24、t;　　若系統(tǒng)運行過程中發(fā)生故障，例如閥門、電機或泵等發(fā)生動作故障，則能自動檢測故障位置，同時向操作員站(上位機)報警并在控制界面上以事先設定好的顏色顯示故障狀態(tài)。當發(fā)生影響整個系統(tǒng)安全的嚴重故障時，如加藥系統(tǒng)故障等，系統(tǒng)能按照預先組態(tài)的停機邏輯立即自動停機，同時發(fā)出聲音報警信號。</p><p><b>　　3.5 通信功能</b></p><p>　　系統(tǒng)具有遠程

25、通信功能，冷卻水處理系統(tǒng)與發(fā)電廠本部間有電話線連接，可以通過調制解調器傳送實時運行信息。</p><p>　　4 工程控制功能的實現(xiàn)</p><p>　　此工程由西門子公司的STEP 7軟件編寫的PLC程序和WinCC監(jiān)控軟件來實現(xiàn)取水流程的全面控制。</p><p>　　4.1 PLC的控制程序如下</p><p>　　下為PLC程序段，并

26、簡要敘述程序控制功能：</p><p>　　所有的程序塊的集合：如圖4所示：</p><p>　　圖4 所有程序塊的集合</p><p>　　OB1塊：如下圖5所示</p><p><b>　　圖5 OB1塊</b></p><p>　　FC1模塊 電機的啟動如圖6所示</p>&

27、lt;p><b>　　圖6 FC1模塊</b></p><p>　　FC2刷新程序如圖7所示</p><p><b>　　圖7 FC2模塊</b></p><p>　　FC3進行刷新程序的地址以及位的設置</p><p>　　圖8 刷新地址</p><p>　

28、　OB100地址分配,如圖9所示</p><p>　　圖9 OB1地址分配</p><p>　　4.2 WinCC組態(tài)監(jiān)控</p><p>　　系統(tǒng)的監(jiān)控界面主要由幾部分組成: 各設備的運行情況監(jiān)控, 系統(tǒng)中管道壓力等參數(shù)的實時數(shù)據(jù),高壓電動機的實時監(jiān)控數(shù)據(jù)( 電流、溫度等), 各個設備的手操制約、報警記錄和歷史趨勢圖等。</p><p>

29、　　4.2.1 WinCC監(jiān)控畫面如下</p><p>　　首先啟動WinCC，打開一創(chuàng)建的工程項目，進入后的目前所看到的界面。</p><p><b>　　圖10 啟動界面</b></p><p>　　首界面如圖11所示：</p><p><b>　　圖11 首界面</b></p>

30、;<p>　　進入系統(tǒng)界面，如圖12</p><p>　　圖12 進入系統(tǒng)</p><p>　　進入系統(tǒng)后進入的總界面圖13</p><p>　　圖13 系統(tǒng)總圖</p><p>　　主要的流程界面如圖14所示：</p><p>　　圖14 流程界面</p><p>　

31、　遠程控制顯示水流量如圖15所示：</p><p>　　圖15 遠程監(jiān)控圖</p><p>　　處理原水過程監(jiān)控圖16</p><p>　　圖16 處理原水監(jiān)控圖</p><p>　　4.2.2組態(tài)監(jiān)控可實現(xiàn)的功能如下</p><p><b>　　顯示功能 </b></p&g

32、t;<p>　　生成取水泵站的生產工藝流程、變配電系統(tǒng)實時動態(tài)圖，為泵站生產值班人員提供清晰、友善的人機界面，生動形象地反映生產工藝流程的實時數(shù)據(jù)、完成報警、歷史數(shù)據(jù)、歷史趨勢曲線的存儲、顯示和查詢。生成各類生產運行管理的班報、日報、月報和年報表。 </p><p><b>　　工藝參數(shù)設定功能</b></p><p>　　工藝參數(shù)設定有兩大類

33、：生產工藝制約點設定和報警限設定。在監(jiān)控計算機上可實現(xiàn)上述工藝參數(shù)的設定。對于設定值都必須經過確認，對于錯誤的設定和超范圍的設定計算機要進行屏蔽并送出“錯誤”信息，提示操作人員予以改正。 </p><p><b>　　制約功能 </b></p><p>　　在基于圖形和中文菜單的方式上，在下級釋放制約優(yōu)先權的情況下，操作人員通過鍵盤或鼠標對工藝設備

34、進行制約。</p><p><b>　　通訊功能</b></p><p>　　泵房制約室 PLC 站與泵房內現(xiàn)場遠程制約站之間以現(xiàn)場總線形式通訊，泵房制約室監(jiān)控計算機與加氯加藥間（設備配套帶來）之間以現(xiàn)場總線形式通訊。 </p><p><b>　　報表輸出功能 </b></p><

35、p>　　泵站監(jiān)控計算機接收現(xiàn)場上傳數(shù)據(jù)，并儲存于服務器硬盤中，制作出日、月、季、年報表。各種報表可按照標準格式或用戶需要的格式打印。</p><p>　　4.2.3 調式和優(yōu)化</p><p>　　用PLC 控制繼電器控制系統(tǒng)，完成硬件選型，程序塊定義及梯形圖程序編譯，下載，與WinCC建立相關鏈接，完成調試。</p><p>　　4.2.4 流程畫面繪制&l

36、t;/p><p>　　根據(jù)工藝流程分繪各段流程圖。動態(tài)顯示各模擬量變化, 如液位、壓力等。同時顯示各開關量的動作狀態(tài), 如閥門、泵的開關狀態(tài)等。 </p><p>　　4.2.5 實時、歷史趨勢圖繪制</p><p>　　將泵的出口壓力繪制成歷史趨勢圖。功能實現(xiàn)用顏色區(qū)別, 并實時顯示當前值, 可任意查詢某一時段的壓力曲線，以此分析泵的工作狀況。操作人員依權限可按要求進

37、行分類列表，對于變量應表明時標，屬性，測量范圍，實時值，并用顏色或符號表明數(shù)據(jù)性質。</p><p>　　數(shù)據(jù)歸檔及歷史趨勢在系統(tǒng)中的顯示，有助于管理人員對水廠運行狀態(tài)實時監(jiān)控，并能及時、方便地查找出過去運行狀態(tài)的監(jiān)控數(shù)據(jù)，有利于經驗總結，改進水廠凈化工藝，提高生產效率，從而節(jié)約了生產成本，提高了用戶飲水質量。歷史曲線和實時典線，形象地反映了各個設備在某個時段的運行數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)顯示更直觀，便于管理人員監(jiān)控。 &l

38、t;/p><p>　　4.2.6 報警處理</p><p>　　在任何時間和在任何顯示上工作站均能在畫面頂部或底部顯示出總的報警信息，包括報警設定值（報警條件）、報警值、報警狀態(tài)、報警時間。這些報警信息通過報警聲音提醒，使操作人員可以快速地調用與本報警有關的畫面，以得到可以尋找故障原因的詳細資料。如果需要可以按要求調用并按命令分別打印登記在數(shù)據(jù)庫中的報警內容。對于長期不正常事件（由監(jiān)視人員確認

39、后）可禁止報警和登錄。對于已確認的報警應帶上報警發(fā)生時標，存入報警數(shù)據(jù)庫。對于未確認的報警應持續(xù)發(fā)出聲光報警，直至值班人員確認，還可依據(jù)報警信號重要性動態(tài)改變報警級別。</p><p>　　4.2.7 實時與歷史數(shù)據(jù)分析 </p><p>　　根據(jù)水廠工藝運行與管理特點，建立各種重要參數(shù)的歷史知識規(guī)則庫，自動學習建立其規(guī)則知識庫；實時采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行計算如泵站效率，供水成本，機組電耗等，自

40、動根據(jù)數(shù)據(jù)規(guī)則庫建立水廠的重要參數(shù)的知識學習規(guī)則庫、分析判斷泵組是否在高效地運行，分析供水電耗是否正常，供水成本是否合理，提供生產運行管理者決策依據(jù)?？梢詫γ咳丈a運行結果進行分析與處理，提供各級人員進行分析參考。</p><p><b>　　5 工程小結</b></p><p>　　基于Siemens S7-300可編程制約器和WinCC監(jiān)控界面組成的取水泵站自動制

41、約系統(tǒng)，監(jiān)測生產工藝流程和各細部的動態(tài)模擬圖形。該系統(tǒng)實現(xiàn)了自來水廠取水工藝流程、和取水設備運行狀態(tài)、過程控制及各生產環(huán)節(jié)生產數(shù)據(jù)的實時采集與現(xiàn)實。實現(xiàn)的工藝生產設備監(jiān)控功能有：所有被監(jiān)控設備的運行狀態(tài)、啟?？刂?、設備與設備之間的連鎖控制、工藝參數(shù)的設定，以及設備溫度、電流、壓力、液位、流量等參數(shù)的顯示、報警、記錄、趨勢及累積量計算等。由于設備還有歷史記錄顯示，可以從檢測項目中，可以查出我們想知道的時刻的具體信息。還可以根據(jù)需要顯示歷史

42、記錄和趨勢分析曲線。能夠了解生產參數(shù)的動態(tài)情況，便于生產調度管理。重要設備主要參數(shù)：包括工藝數(shù)據(jù)報警、設備故障報警、系統(tǒng)故障報警，并根據(jù)不同的報警信息提供不同的報警畫面。編制和打印生產日、月、年統(tǒng)計報表，對各種數(shù)據(jù)進行實時存儲。在線監(jiān)測系統(tǒng)的取水控制中加入PLC控制，提高了系統(tǒng)的可靠性以及自動化水平，使無人全自動全天在線自動監(jiān)測成為可能。需要指出的是，系統(tǒng)具備較好的擴展性，配合不同的傳感器，就可以獲取更多的設備運行信息。還可以加入水位壓

43、力報警等功能，進一步提高系統(tǒng)可靠性以</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　感謝在本次工程中對我們工程進行指導的老師，是他孜孜不倦的教誨才使的我們的工程順利成功，同時在此也感謝在工程中幫助我們的同學，在此向他們表示感謝！</p><p><b>　　參考文獻：</b></p>&

44、lt;p>　　[1] step 7v 5．1編程手冊[Z] 西門子(中國)有限公司 2002</p><p>　　[2] Simatic S7．300可編程序控制器硬件和安裝手冊[Z]</p><p>　　西門子(中國)有限公司 2000</p><p>　　[3] wincc編程手冊[Z] 西門子(中國)有限公司 2002</