plc取水站自动控制课程设计说明书.docx
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plc取水站自动控制课程设计说明书
PLC取水站自动控制课程设计说明书
自来水厂取水站的自动控制课程设计
前言
随着城市现代化建设的发展,环境保护、生活用水的要求不断提高。
以前水厂的人工、半自动水厂控制系统已经远远不能满足现代化生活和企业运作的需要,因此先进的计算机控制技术应运而生。
通过先进的自动控制系统,可实现对水厂制水、污水处理、水软化、送配水等工程运作的监视和控制。
运用PLC自动控制系统和WinCC界面监控系统对自来水厂的工艺流程的主要参数进行在线监测;此自动控制系统不但能实现自来水厂取水站的实时监控和实时接收PLC采集的各种数据,而且还能建立检测参数数据库的功能,处理并显示各种数据。
关键字:
PLCWinCC取水站程序控制系统
正文
我们设计的这个自来水厂取水站自动控制系统,系统配置采用西门子成熟技术,控制中心采用Wincc服务器软件进行监控;符合国际或国家工业标准,可靠性高、适应能力强、扩展灵活、操作维护简便;系统平台软件选用稳定安全的主流操作系统,便于系统使用和维护;管理软件的编制均选用符合国际软件业标准的开发平台,同时考虑用户开发的方便性和易于扩展性;设备和软件的供应商能够长期提供技术支持和服务,备品备件能得到有力的保障。
设计以安全、经济、先进、可靠、实用为原则,选择具有行业内先进水平的软硬件产品。
使系统在结构上具有一定的开放性、可扩展性;在配置上具有完整性、适应性。
根据水厂生产设备、生产管理、工艺流程、构筑物位置分布相对集中的特点,系统选用目前国内外水行业中通行的基于可编程序控制器S7-300系列的(PLC)的控制系统。
系统由三层网络构成:
中央监控系统、现场设备控制站、现场设备控制单元。
系统的分布式系统结构保证了控制系统的稳定可靠和易于扩展;西门子PLC控制器能完成现场工艺参数采集、设备控制;触摸式操作终端提供了良好的图形显示、友好的人机操作界面;同时PLC的极强的联网能力使各站点之间能方便可靠地传递控制参数和状态信息,模块化设计使之可以灵活配置和适应不同的网络结构。
自来水厂取水水源来自地下水或是地表水源。
原水要经过取水房水泵抽取,经过吸水井-沉淀-一次过滤-水泵—一次加氯-供水管等流程,此流程由PLC和WinCC监控界面共同完成自动取水工作。
下面介绍以下我们设计的取水房关于取水流程及其工艺介绍。
1取水泵房流程工艺
1.1取水泵房工艺流程示意图
由下图1我们可知,取水泵房的基本取水布局:
(图1)
1.2水厂取水泵房工艺流程简易示意图
如图2所示:
我来简单解释一下此简易图的含义:
高压取水泵从1(地表原水或地下水)中抽取原水到2(沉淀池)沉淀,把原水中的泥沙和杂质进行简单的沉淀清除,然后由2再由高压水泵抽取经沉淀后的原水到3(蓄水池)中,再由3通过水泵抽取原水经过4(过滤,除去原水中的藻类杂志,简易加氯水消毒),再次把原水输送到5(清水池),再把经简易处理的水输送到输水管道中,于是就完成取水泵房简易取水流程。
在完成此并具备过压、欠压、过载和输出短路等多种保护,从而控制供水车间清水池液位平衡,调为适应外界用水量的不断变化,需要不断地调整设备的运行状态,这样,对工艺操作人员提出了更高的要求。
因此必须既调整供需矛盾,保持平衡供水,又节约电能,降低供水成本。
下面是取水房流程工艺图:
图2取水房流程
图2标识:
1.江河原水或地下水2.沉淀池3.蓄水水池4.过滤设备5.清水池
2取水泵房的设备选择
2.1WinCC监控软件
启动WinCC后,WinCC的资源管理器随即打开。
WinCC资源管理器是组态软件的核心,整个项目的结构都显示在WinCC资源管理器中。
从WinCC资源管理器中调用特定的编辑器,即可用于组态,也可对项目进行管理,每个编辑器分别形成特定的WinCC子系统。
WinCC的主要子系统包括:
a.图形系统——用于创建画面的编辑器,也称作图形编辑器。
b.报警系统——对报警信号进行组态的过程,也称报警纪录。
c.归档系统——变量记录编辑器,用于确定对何种数据进行归档。
d.报表系统——用于创建报表布局的编辑器,也称作报表编辑器。
e.用户管理器——用于对用户进行管理的编辑器。
f.通信——提供WinCC与SIMATIC系列可编程控制器的连接。
以西门子公司的WinCC监控软件平台为基础的监控系统能够实时监控系统的运行状态并及时作出反馈显示。
若是在运行过程中出现故障,可以由这个监控界面清晰看出发生故障的部位,课以有效及时排除故障,保证运行的高效。
2.2PLC(可编程控制器)的选择:
PLC是控制系统的关键部件之一,选型的时候除了要满足以上要求之外,还要考虑到今后的维护和扩展以及与其他泵站保持统一的通讯接口,为今后连接上位机监控做好准备等。
综合考虑之后,决定采用S7-300系列PLC。
取水配水控制系统采用上位机结合可编程控制器PLC的方案。
PLC实质上就是一台计算机,其硬件结构基本上与我们常用的微机相同,即由微处理器(CPU)、存储器(EPROM、ROM)、输入输出
(I/0)模块、外设I/0接口、电源等组成。
各部分通过总线(电源总线、控制总线、地址总线、数据总线)连接而成。
它是以微处理器为核心,综合了计算机技术、通信技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置。
图3硬件组态
3控制内容及控制要求
3.1运行模式
该套控制系统有两种运行模式:
自动运行模式和手动运行模式,可根据系统运行需要切换选择。
3.2系统的启停
在系统自动运行模式下,取水系统可自动启动与自动停机。
自动启动与自动停机时不影响该厂原有供水设备的正常运转,即无扰启动与无扰停机。
3.3对运行过程的监控
原水处理系统运行时,要求可靠地对其进行实时监控,包括,沉淀池、蓄水池、清水池液位的控制、取水系统控制。
为了实现泵站设备的自动运行和状态监控,泵站需采集和监控的内容包括:
a.泵站格栅除污机前液位,旋转过滤滤网前后液位;
b.单泵出口压力;
c.格栅除污机和旋转滤网运行工况;
d.机组开停一步化制约;
e.泵机故障监测和保护(包括电机绕组/轴承温度、水泵轴承温度等的监测);
f.电动阀门故障监测和保护;
g.通过现场总线接收变电所高压开关柜上综合保护单元采集的信号,包括水泵的温度、水泵的耗电量、水池液位、水源PH值、水泵的供电电源的电压、电流、电机工作功率等参数;
h.泵站出水总管流量、压力(根据泵站总管出口流量制约加氯的用量);
i.泵站内反冲洗泵运行工况;
3.4系统故障自动检测、报警与处理
若系统运行过程中发生故障,例如阀门、电机或泵等发生动作故障,则能自动检测故障位置,同时向操作员站(上位机)报警并在控制界面上以事先设定好的颜色显示故障状态。
当发生影响整个系统安全的严重故障时,如加药系统故障等,系统能按照预先组态的停机逻辑立即自动停机,同时发出声音报警信号。
3.5通信功能
系统具有远程通信功能,冷却水处理系统与发电厂本部间有电话线连接,可以通过调制解调器传送实时运行信息。
4工程控制功能的实现
此工程由西门子公司的STEP7软件编写的PLC程序和WinCC监控软件来实现取水流程的全面控制。
4.1PLC的控制程序如下
下为PLC程序段,并简要叙述程序控制功能:
所有的程序块的集合:
如图4所示:
图4所有程序块的集合
OB1块:
如下图5所示
图5OB1块
FC1模块电机的启动如图6所示
图6FC1模块
FC2刷新程序如图7所示
图7FC2模块
FC3进行刷新程序的地址以及位的设置
图8刷新地址
OB100地址分配,如图9所示
图9OB1地址分配
4.2WinCC组态监控
系统的监控界面主要由几部分组成:
各设备的运行情况监控,系统中管道压力等参数的实时数据,高压电动机的实时监控数据(电流、温度等),各个设备的手操制约、报警记录和历史趋势图等。
4.2.1WinCC监控画面如下
首先启动WinCC,打开一创建的工程项目,进入后的目前所看到的界面。
图10启动界面
首界面如图11所示:
图11首界面
进入系统界面,如图12
图12进入系统
进入系统后进入的总界面图13
图13系统总图
主要的流程界面如图14所示:
图14流程界面
远程控制显示水流量如图15所示:
图15远程监控图
处理原水过程监控图16
图16处理原水监控图
4.2.2组态监控可实现的功能如下
●显示功能
生成取水泵站的生产工艺流程、变配电系统实时动态图,为泵站生产值班人员提供清晰、友善的人机界面,生动形象地反映生产工艺流程的实时数据、完成报警、历史数据、历史趋势曲线的存储、显示和查询。
生成各类生产运行管理的班报、日报、月报和年报表。
●工艺参数设定功能
工艺参数设定有两大类:
生产工艺制约点设定和报警限设定。
在监控计算机上可实现上述工艺参数的设定。
对于设定值都必须经过确认,对于错误的设定和超范围的设定计算机要进行屏蔽并送出“错误”信息,提示操作人员予以改正。
●制约功能
在基于图形和中文菜单的方式上,在下级释放制约优先权的情况下,操作人员通过键盘或鼠标对工艺设备进行制约。
●通讯功能
泵房制约室PLC站与泵房内现场远程制约站之间以现场总线形式通讯,泵房制约室监控计算机与加氯加药间(设备配套带来)之间以现场总线形式通讯。
●报表输出功能
泵站监控计算机接收现场上传数据,并储存于服务器硬盘中,制作出日、月、季、年报表。
各种报表可按照标准格式或用户需要的格式打印。
4.2.3调式和优化
用PLC控制继电器控制系统,完成硬件选型,程序块定义及梯形图程序编译,下载,与WinCC建立相关链接,完成调试。
4.2.4流程画面绘制
根据工艺流程分绘各段流程图。
动态显示各模拟量变化,如液位、压力等。
同时显示各开关量的动作状态,如阀门、泵的开关状态等。
4.2.5实时、历史趋势图绘制
将泵的出口压力绘制成历史趋势图。
功能实现用颜色区别,并实时显示当前值,可任意查询某一时段的压力曲线,以此分析泵的工作状况。
操作人员依权限可按要求进行分类列表,对于变量应表明时标,属性,测量范围,实时值,并用颜色或符号表明数据性质。
数据归档及历史趋势在系统中的显示,有助于管理人员对水厂运行状态实时监控,并能及时、方便地查找出过去运行状态的监控数据,有利于经验总结,改进水厂净化工艺,提高生产效率,从而节约了生产成本,提高了用户饮水质量。
历史曲线和实时典线,形象地反映了各个设备在某个时段的运行数据,使数据显示更直观,便于管理人员监控。
4.2.6报警处理
在任何时间和在任何显示上工作站均能在画面顶部或底部显示出总的报警信息,包括报警设定值(报警条件)、报警值、报警状态、报警时间。
这些报警信息通过报警声音提醒,使操作人员可以快速地调用与本报警有关的画面,以得到可以寻找故障原因的详细资料。
如果需要可以按要求调用并按命令分别打印登记在数据库中的报警内容。
对于长期不正常事件(由监视人员确认后)可禁止报警和登录。
对于已确认的报警应带上报警发生时标,存入报警数据库。
对于未确认的报警应持续发出声光报警,直至值班人员确认,还可依据报警信号重要性动态改变报警级别。
4.2.7实时与历史数据分析
根据水厂工艺运行与管理特点,建立各种重要参数的历史知识规则库,自动学习建立其规则知识库;实时采集现场数据进行计算如泵站效率,供水成本,机组电耗等,自动根据数据规则库建立水厂的重要参数的知识学习规则库、分析判断泵组是否在高效地运行,分析供水电耗是否正常,供水成本是否合理,提供生产运行管理者决策依据。
可以对每日生产运行结果进行分析与处理,提供各级人员进行分析参考。
5工程小结
基于SiemensS7-300可编程制约器和WinCC监控界面组成的取水泵站自动制约系统,监测生产工艺流程和各细部的动态模拟图形。
该系统实现了自来水厂取水工艺流程、和取水设备运行状态、过程控制及各生产环节生产数据的实时采集与现实。
实现的工艺生产设备监控功能有:
所有被监控设备的运行状态、启停控制、设备与设备之间的连锁控制、工艺参数的设定,以及设备温度、电流、压力、液位、流量等参数的显示、报警、记录、趋势及累积量计算等。
由于设备还有历史记录显示,可以从检测项目中,可以查出我们想知道的时刻的具体信息。
还可以根据需要显示历史记录和趋势分析曲线。
能够了解生产参数的动态情况,便于生产调度管理。
重要设备主要参数:
包括工艺数据报警、设备故障报警、系统故障报警,并根据不同的报警信息提供不同的报警画面。
编制和打印生产日、月、年统计报表,对各种数据进行实时存储。
在线监测系统的取水控制中加入PLC控制,提高了系统的可靠性以及自动化水平,使无人全自动全天在线自动监测成为可能。
需要指出的是,系统具备较好的扩展性,配合不同的传感器,就可以获取更多的设备运行信息。
还可以加入水位压力报警等功能,进一步提高系统可靠性以及易操作性。
系统适用性较强,对取水设备运行性能进行了合理优化。
在一定程度上提高了大型取水泵站的运行效率,为大型化工企业的节能减排做出了贡献。
致谢
感谢在本次工程中对我们工程进行指导的老师,是他孜孜不倦的教诲才使的我们的工程顺利成功,同时在此也感谢在工程中帮助我们的同学,在此向他们表示感谢!
参考文献:
[1]step7v5.1编程手册[Z]西门子(中国)有限公司2002
[2]SimaticS7.300可编程序控制器硬件和安装手册[Z]
西门子(中国)有限公司2000
[3]wincc编程手册[Z]西门子(中国)有限公司2002
[4]陈金红白瑞祥工业污水处理智能监控系统开发-自动化技术与应用[M]2009.6
[5]孟如基于S7-300的层流过滤器反冲洗控制系统微计算机信息2006.9..
附录
7.1清单
表3-5材料清单综合布线系统设备配置清单及报价
7.2平面布置图
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