原创 西门子 PLCS7-300 的自来水厂自动控制系统的设计

我国水厂自动控制系统起步较晚，但发展较快，从20世纪60年代简单的自动水位控制，到70年代采用热工仪表和集中检测装置。20世纪80年代以后，随着国家工业水平的迅速提高和大量外资的引进，国外先进的自动控制技术和设备进入我国，使我国水厂的自动控制水平得到了迅速的提高。但我国水厂自动化控制系统还存在许多问题。例如，测试仪器和在线分析仪器，可靠性高，易于维护。然而，大多数仪器都是从国外进口的，在使用和维护上存在很多问题。系统应用复杂，各种控制方式、类型和水平的自动控制系统并存。基于此，本文针对水厂自控系统在实际运行中存在的问题，采用自顶向下的设计方法，采用西门子plcs7-300实现污水处理的自动控制。

1水厂自动控制系统模式选择

根据水厂实际情况和工艺要求，自动控制系统模式如表1所示。其中，PC+PLC模式应用最为广泛，主要基于以下特点。自来水厂一般都设有中央控制室，控制环境和条件较好，可采用高性能计算机作为管理和运行监测站。该操作系统具有较高的安全性和效率。结合水厂的实际工艺过程和建筑分散的特点，可形成灵活的通信网络。系统软硬件资源丰富，性能稳定，具有兼容性和可扩展性。根据实际情况,PC+PLC的模式设计很简单,稳定可靠,成本低,系统操作的要求,维护和操作人员不高,符合当前自来水厂的生产经营状态,因此本文将采用这种模式。

根据水厂环境条件、工艺流程和设备集中的特点，自动控制系统采用基于西门子plcs7-300的分布式结构。在这种结构中，西门子plcs7-300分站单元为用户提供了良好的人机操作界面、参数采集和设备控制功能，其组网能力也使状态信息和控制参数在站与站之间方便快捷的传递。具体来说，水厂自动控制系统由以下三层组成。

(1)站级设备层

该层主要由控制柜及配套的UPS电源、西门子plcs7-300、光纤通信工业网络开关、断路器、避雷器、继电器、隔离器组成，并配备一套操作显示屏。站级设备层主要功能如下:实现设备之间的联动逻辑控制，根据工艺要求完成设备的反馈控制和过程控制。实现区域内所有设备的实时信号检测、数据采集和自动控制。当中控室计算机或人机界面出现故障时，在任何情况下都不会影响西门子plcs7-300的自动控制和检测功能，也不会改变现场设备的运行状态。每个设备操作相对独立。测量控制单元或现场控制站发生故障时，不影响其上级、下级或同级其他控制站的控制单元的正常运行。现场控制分站将触摸屏设置为本地操作终端。操作人员可对控制站监控范围内的设备实施就地集中控制，或经中控室授权，对现场的过程控制参数进行变更。

(2)通信网络层

通信网络层采用工业以太网，通信协议为TCP/IP，通信速率为10/100mb/s。环网连接，中央控制室设置中心开关，端口丰度100%。通信介质为多模光纤(50/125tb)。

(3)中心监控层

中央监控层由光电转换器、两套中央控制计算机、报告打印机、事故报警打印机、网络交换机、操作站和不间断电源组成。其中，作为中控室的人机交互界面，两套中控操作台计算机互为热备。通常情况下，两组中央控制计算机同时工作，并连续执行同步操作。当一组中央控制计算机发生故障时，另一组中央控制计算机正常运行，故障消除后，故障计算机丢失的数据可以从正常计算机中恢复。中央监控层的主要功能有:事故记录、报警、报警打印。选择或修改控制参数和控制方法。实时读取西门子plcs7-300采集的设备运行状态和工艺参数。实时动态显示各生产环节主生产流程及子生产流程画面。西门子plcs7-300工位及设备单元远程控制印制每日、每月及每年的报告。数据回归与趋势分析。建立全厂检测和控制的综合数据库，记录和存储主要设备的运行状态和重要工艺参数。

3.水厂自动控制系统的实时性指标和可靠性指标

3.1水厂自动控制系统的实时指标

(1)监控计算机中央控制室满足自动控制系统对数据采集、控制功能、人机界面和系统通信时间的要求，实时监控计算机中央控制室的各项指标应满足以下要求:人机界面调用屏幕时间控制在1秒内(90%)，调用其他画面时间控制在2秒内，实时数据显示刷新周期控制在5秒内，动态显示数据刷新时间控制在2秒内。重要遥测传输时间控制在2s内，远程控制和远程命令传输时间控制在2s内，远程信号位移传输时间控制在1s内，整个系统实时数据扫描周期控制在2~5s内。双自动切换时间，确保实时任务不被中断。打印报表的输出周期可根据实际情况进行调整。事件序列分辨率控制在3ms以内。计算机监控系统和标准时间误差控制在1ms内。(2)西门子plcs7-300控制站的实时指标应满足以下要求:控制命令响应时间控制在1s以内，从接收命令到执行控制的响应时间控制在1s以内。报警点采集周期、模拟点采集周期、指示(状态)点采集周期控制在1s以内，事件序列分辨率控制在1ms以内。

3.2水厂自控系统可靠性指标

水厂自控系统可靠性指标如表2所示。

4结论

PLC用于构建控制系统,结合组态软件构建水厂自动控制系统根据“分散控制、集中监控”的原则,结合改善操作人机界面友好,并安装上计算机的监控组态软件来控制和监控整个系统的运行。这是前进的道路。中央控制室基于西门子plcs7-300自动控制系统，可以对整个水处理过程进行闭环控制。计算机可采集各现场PLC分站的数据，记录各设备动作记录和设备报警，并提供历史曲线供参考。当故障不能及时解决时，以下设备均可单独手动操作，不影响整个系统的运行。