1.概述:
       德阳市昊华清平磷矿有限责任公司，位于绵竹市经济技术开发区。我公司负责其脱盐水站的电气控制部分系统的设计、集成及现场设备、仪表和控制系统的调试。
       本控制系统采用PLC+上位机的方式对整个水处理系统实现自动化控制。控制设备包括：PLC柜一套（采集交流接触器运行信号，自动控制交流接触器）、1#子站系统一套（预处理设备信号采集，控制）、2#子站系统一套（反渗透，混床系统信号采集、设备控制）、3#子站系统一套（控制加药间设备）、控制台一套、上位监控计算机一台。电源柜及PLC控制柜放置于配电室内，上位机监控系统服务器放置于控制室。
      本控制系统配置上位操作员站，PLC采用西门子S7-300系列自动化产品，采用DP总线通讯方式，西门子专用通讯电缆连接，确保了数据的稳定传输。
      控制系统采用控制室集中监控方式，现场设备的运行状态及工艺参数直接进入PLC，PLC再与上层控制网络监控站进行数据交换，监控站画面上即可显示现场各设备的状态。操作人员根据这些状态参数，通过鼠标和键盘就可向现场设备发出动作命令，PLC接收到这些指令后，再综合输入信号，按预先编制好的程序进行逻辑运算，将结果送到输出模块，通过各输出点信号即可控制现场设备。
通过与PLC的数据交换，上位监控站可显示整个工艺系统的运行状态，包括各测点参数变化、设备的运行状态，且能实时进行语音报警并生成报警记录，从而使操作员在控制室内就可清楚地知道现场工艺系统运行状态及报警状态。通过操作员站监控现场每一设备，不必再去现场直接对设备进行一对一硬手操，减少了操作员的工作量，实现了方便可靠的控制室集中监控。
本控制系统是一套独立的PLC控制系统，通过以DP接口与监控站相联。系统的所有控制程序都储存在PLC的CPU中，由CPU控制程序运行，重要的运行参数都存储在PLC的CPU中，监控站通过以DP从PLC的CPU中读取运行参数，监视其运行状态。当以DP通讯发生故障时，仅会造成在监控站无法再监控系统，但不会影响系统独立的PLC中的控制程序的继续运行，且工艺系统的最新运行参数仍继续存储于PLC CPU的寄存器中，当网络恢复正常后，监控站可立即通过网络读取到最新的运行参数，不会造成数据丢失。

2．工艺流程及操作步骤
2.1 预处理系统工艺流程：
如下图（1-1）所示：

                                                                                        （1-1）
    上位手动操作：
        现场多介质A、多介质B、超滤就地操作箱上的“就地/远程”选择旋钮打到“远程”，上位机选择开关选择“手动”。这时鼠标点击想要控制的设备，出现控制面板。这时可对单台设备进行手动启动停止或开关操作。
上位自动操作：
    现场就地操作箱上的所以“就地/远程”选择旋钮打到“远程”，上位机选择开关选择“自动”。点击“参数设置”，弹出设置对话框，（设置运行参数），选择需要投入的多介质过滤器以及水泵，返回。确认系统具备运行条件时，点击“启动”按钮，需要停止时点击“停止”按钮。
2.2 反渗透系统工艺流程：
如下图（1-2）所示：

（1-2）
上位手动操作：
现场各个操作箱上的“就地/远程”选择旋钮打到“远程”，上位机选择开关选择“手动”。这时鼠标点击想要控制的设备，出现控制面板。这时可对单台设备进行手动启动停止或开关操作。
上位自动操作：
反渗透就地操作箱上的所以“就地/远程”选择旋钮打到“远程”，上位机选择开关选择“自动”。点击“参数设置”，弹出设置对话框，（设置运行参数），选择需要投入的RO水泵，返回。确认系统具备运行条件时，点击“启动”按钮，需要停止时点击“停止”按钮。
2.3混床系统工艺流程：
如下图（1-3）所示：

（1-3）

上位手动操作：
现场各个操作箱上的“就地/远程”选择旋钮打到“远程”，上位机选择开关选择“手动”。这时鼠标点击想要控制的设备，出现控制面板。这时可对单台设备进行手动启动停止或开关操作。
上位自动操作：
现场各个操作箱上的“就地/远程”选择旋钮打到“远程”，上位机选择开关选择“自动”。点击“参数设置”，弹出设置对话框，（设置运行参数），选择需要投入的混床以及水泵，返回。确认系统具备运行条件时，点击“启动”按钮，需要停止时点击“停止”按钮。当混床失效时混床会停止运行并报警，请在混床参数设置界面确认报警，并选择另外一台混床运行。对失效混床选择手动或自动再生。
2.4加药系统工艺流程：
如下图（1-4）所示：

（1-4）

    上位手动操作：
        加药操作箱上的“就地/远程”选择旋钮全部打到“远程”，根据流程需要，不同的加药设备需不同的系统上位机选择开关控制，如杀菌剂计量泵需预处理选择开关打到“手动”。这时鼠标点击想要控制的设备，出现控制面板。这时可对单台设备进行手动启动停止操作。
上位自动操作：
         如果应用该设备的系统处于自动模式，该设备则按照需要自动投入运行。
3.控制范围：
3.1 主站plc系统的监控对象：
序号设备名称数量
1 高压泵 1台
2 脱盐水泵 2台
3 多介质反洗泵 2台
4 超滤反洗泵 3台
5 RO增压泵 2台
6 中间水泵 2台
7 树脂再生泵 2个
8 脱气塔风机 2个
9 原水进水电动阀 1个

3.2 1#plc子站系统的监控对象：
序号设备名称数量
1 多介质过滤器阀门 14个
2 超滤气动阀门 6台
3 脱盐水泵频率 1台
6 多介质压差变送    2台
7 多介质进水压力 1台
8 超滤压力变送 4
9 超滤流量仪表 4个
10 反渗透进水温度计    1个
11 脱盐水泵出口PH 1
3.3 2#plc子站系统的监控对象：
序号设备名称数量
1 反渗透气动阀门 4台
2 混床气动阀门 24台
3 反渗透进水电导率 1台
4 氧化还原检测仪 1台
5 反渗透产水流量检测 1台
6 反渗透产水电导率 1台
7 浓水流量检测 1台
8 混床A产水电阻率 1个
9 混床A产水流量 1个
10 混床B产水电阻率 1个
11 高压泵后压力 1个
12 反渗透中间压力 1个
13 进反洗水箱压力 1个
14 混床进水压力 1个
15 酸储罐液位 1个
16 板换出水温度 1个
17 碱储罐液位 1个
18 混床B产水流量 1个
3.4 3#plc子站系统的监控对象：
序号设备名称数量
1 加药搅拌机 5台
2 加药计量泵 7个
3 原水箱液位 1个
6 超滤产水箱液位 1个
7 脱盐水箱液位 1个
8 酸计量箱液位 1个
9 碱计量箱液位 1个
10 中间水池液位 1个
11 中和池液位 1个
12 中和池PH值 1个
4. 程控系统控制设备：
4.1 电源柜：
电源柜（包括1#动力柜、2#动力柜）外型尺寸为2200×800×600mm（高×宽×深），前后开门，后门为双开门。
4.2控制柜：
4.2.1系统控制柜
　　（1）主站PLC：PLC机架上分别装有以下模块：
序号设备名称规格型号数量
1 CPU CPU 315-2 DP 1
2 开关量输入模块 DI321 2
4 开关量输出模块 DO322 1
（2）1#子站：PLC机架上分别装有以下模块：
序号设备名称规格型号数量
1 DP通讯模块 IM153-1 1
2 开关量输入模块 DI321 2
4 开关量输出模块 DO322 2
5 模拟量输入模块   AI331 2

（3）PLC2#站：PLC机架上分别装有以下模块：
序号设备名称规格型号数量
1 DP通讯模块 IM153-1 1
2 开关量输入模块 DI321 3
4 开关量输出模块 DO322 2
5 模拟量输入模块 AI331 2

（4）PLC3#站：PLC机架上分别装有以下模块：
序号设备名称规格型号数量
1 DP通讯模块 IM153-1 1
2 开关量输入模块 DI321 2
4 开关量输出模块 DO322 1
5 模拟量输入模块 AI331 1
各系统控制柜下部还装有若干个继电器，用来作为输入/输出模块与现场信号的隔离继电器。继电器采用omron MY2N继电器。
5.连接：
各个柜之间通过控制电缆连接，站与站之间通过DP总线连接，以提高系统可靠性，减少安装工作量，方便维修。
控制室与现场信号的连接是通过控制柜内接线端子排完成的。
6. 可编程控制器PLC系统设备：
6.1 可编程控制器PlC主机介绍：
可编程控制器PLC的配置详见【系统PLC配置图】
　本程控系统的可编程控制器（PLC）选用SIMENS系列自动化产品。主机CPU采用Intel处理器，具有更快的处理速度和更大的内存空间，其坚固的结构保证即使在最恶劣的现场环境下也能可靠地工作。本程控系统的控制主机控制污水系统的设备启、停、现场信息的采集与处理，并通过DP总线同上位机监控系统通讯。
SIMENS PLC 315-2 DP可编程控制器参数

离散量： 64K任组
寄存器： 64K
本地I/O（主底板）
最大I/O字（WORD）： 160入/160出
最大I/O机架数:
远程I/O
最大I/O字（WORD）： 160入/160出
最大远程分支数: 31
扫描时间:  0.1ms/K ~ 0.5ms/K
MPI/PPI接口: 1
DP接口: 1
远程通讯距离L: 最远4.5Km
环境适应性
温度: 0-60℃
湿度: 0-93% 无凝结
海拔: 2000米
储存条件
温度:  -40-85℃
湿度: 0-93% 无凝结
冲击: 15g，11ms半正弦波
抗干扰能力: 满足IEEE472
7.2主机控制系统
7.2.1 通讯处理器模块315-2 DP：
315-2 DP模块为中央处理单元同时完成通讯功能，远程通讯能力由DP通讯协议支持，每一个I/O分站和主机通讯是DP总线为介质实现的。远程I/O分站和主机的最大通讯速率为12兆波特。与上位通过以DP接口进行通讯。
7.2.2 I/O模块:
DI321：       32点DC24V开关量输入模块。该模块为正逻辑输入，它将输入的DC24V开关量信号经光电隔离，变为PLC可使用的逻辑电压电平，每个输入的通或断由模块上的LED指示。每个模块均具有通讯故障检测能力。输入电压范围为直流15～30V。
DO322：       32点 DC24V开关量输出模块。正逻辑输出，每路最大输出电流为500mA，工作电压为DC 19.2~30V。
AI331：       8路模拟量输入模块。该模块将现场4~20 mA电流信号转换成PLC可用的数字信号，4~20mA可对应十进制数0~27648，转换精度±0.1%，线性度误差±0.04%，输入阻抗250欧姆（电流模式）。
8. 系统的控制方式：
SIMENS系列可编程控制器PLC选用与之配套的编程软件STEP7 V5.4 对其进行组态及编程。
本控制系统具有三种控制方式：程控自动方式、上位机软手操方式和就地硬手操方式。程控自动方式是主要工作方式，其余两种为辅助和备用工作方式。控制系统的功能包括控制功能和上位机监控功能。
8.1程控自动方式：
程控方式采用自动控制模式。根据设置的各项参数，在自动方式下控制系统中的各单元。当其中的数据超过参数设置值时，自动停止或启动系统。发生故障时自动报警。
8.2上位机软手操：
操作人员在上位操作员站上，通过鼠标（或键盘）可对每一个参与程控的阀门、水泵和风机等设备的开启或关闭进行一对一手动操作。
8.3就地硬手操
对阀门而言就地硬手操是在就地操作箱上进行的，即可进行电手操。电磁阀箱正面门上有操作阀门开启、关闭的按钮开关，并有显示阀门开关状态的指示灯。电手操就是通过电磁阀箱正门上的旋钮开关来控制阀门。
对泵、风机等设备而言就地硬手操指在就地直接操作各电机的电器按钮来控制电机的启停。
9.控制系统的功能：
控制系统的功能包括控制功能和上位机监控功能。
9.1控制功能：
在程控自动方式下，凡参与程控的设备，如泵、格栅、表曝机等设备，它的运行是由程控系统控制完成的。被控对象的选择、运行的操作是在上位机上实现，程控过程的执行是PLC完成。在程控过程中，上位操作员站进行过程动态显示、各步运行时间显示、故障报警、信息处理存储，起到监控的作用。
各设备在程控状态下有三种工作方式：一种是自动方式，一种是单步方式，另一种是软手操方式。（软手操指对每一个参控设备的一对一上位手动操作）
程控自动功能：程控系统主要是根据时间，等条件控制运行过程的。在程控自动时，可任意设定间隔时间，使控制系统具有操作灵活性和方便性。
9.2上位机监控功能：
上位站监控系统的主要功能如下：
(1). 多种显示功能:
-- 工艺流程的总图及局部分画面显示
-- 工艺流程的动态显示
-- 设备运行状态显示
-- 模拟量等测量参数的数字显示
-- 控制方式的显示
-- 报警显示
-- 系统时钟显示
-- 操作提示显示
-- 实时历史趋势图
(2). 所有图形均为动态显示，能实时、直观地监视系统的运行状态。
(3). 上位站控制功能（通过鼠标及键盘完成）
-- 所有设备的控制
-- 各画面的切换
-- 系统参数的设定
(4). 系统控制可以根据操作员的要求进行程控自动及一对一软手操。
(5). 报警处理功能
-- 系统报警及操作员操作数据的存贮
-- 系统报警及操作员操作数据的更新
-- 系统报警及操作员操作的打印
(6). 管理报表系统
-- 实时显示管理报表，可进行屏幕显示及打印
(7). 打印功能
-- 所有报警信息、操作员操作记录及运行参数都可打印
此外上位机即是上位监控机，又是PLC的编程器。在上位机上运行PLC编程软件，可实现对PLC的组态、编程及在线监测修改程序。
10.上位机监控系统软件：
上位监控软件包选用北京三维力控科技有限公司的力控Forcecontrol 6.1监控软件包来编制，该软件包可对可编程控制器中的大量数据进行实时显示和打印，并直接参与可编程控制器的控制，本程控系统的所有控制操作、工况显示、报警信息、操作记录、报表打印均通过该软件包在上位机上实现, 对可编程控制器的扫描速度没有任何影响。该软件包具有良好的人机界面，强大的组态功能，其界面基于WINDOWS XP操作系统，易学易用，稳定可靠，便于掌握。
上位监控系统图形画面组成及监视内容如下：
10.1监控画面
(1) 预处理画面
(2)混床反渗透画面
(3)加药画面
(4)预处理参数设置画面
(5)反渗透参数设置画面
(6)混床参数设置画面
(7)设备远程画面
(8)报警画面
(9)报表画面
(10)事件记录画面
(11)历史趋势画面
(12)实时趋势画面
10.2系统操作提示按键
(1)监控画面选择
(2)控制方式选择
(3)控制操作按键
(4)报警清除
(5)参数设定
10.3监视内容
(1)系统实时运行工况
(2)控制系统电源工作状态
(3)主设备电流值显示
(4)阀、泵、鼓风机、表曝机显示。
(5)测点压力、频率、压差、ORP、PH值、流量、液位显示。
(6)设备故障报警显示
11．维护：
本系统PLC 部分维护请参阅：
SIMENS PLC S7 300可编程控制器用户手册。
12．注意事项：
(1).正常情况下请勿切断PLC供电电源。
(2).柜内共二路直流24V电源，请区分清楚，不能混用。
(3).本设备继电器有二种，一种是直流24V继电器(有绿色指示灯)，作为输出模块到现场设备的隔离继电器。一种是交流 220V继电器（有红色指示灯），作为现场设备到输入模块的隔离继电器。在更换继电器时不能插错。
(4).当出现报警时，请确认故障解除，再启动设备。

西安优特自动化