一、 概述
    本工程一期工程建设规模1.5万立方米/天，远期规模3.0万立方米/天。本次为一期1.5万立方米/天施工，内容包括：原水取水泵的配置、原水管道的改造、厂区内新建处理规模为1.5万立方米/天的处理构筑物，包括配水井、网格絮凝预沉池、网格絮凝沉淀池、无阀滤池、清水池等，原水厂内只保留08年建设的320吨/小时的无阀滤池。
四川省江安县自来水公司江安县供水工程建设项目的电气自动控制系统由工艺过程监控系统、通讯系统、可编程控制器、检测仪表及控制计算机组成。检测仪表采用国际知名行业品牌美国哈希仪表，主要是检测生产过程中各主要参数的变化情况，主要包括：进出水浊度、进出水pH值、污泥浓度、出水浊度、处理后出水流量、出水余氯等，仪表反应速度快、数据准确，工作稳定，简单易懂；控制器采用德国西门子s7-300系列PLC，主要是根据过程仪表提供的检测结果，对生产过程进行必要的调整，完成自动控制。上位机控制系采用德国西门子wincc组态软件，画面生动直观、操作简单易学、实现对全厂的工艺流程进行分散控制，集中管理。
二、 技术参数
1、电源：三相四线制 380V AC 频率50HZ；
2、控制设备功率：
（1）1#变频泵电机：额定功率132KW，额定电压3相380V AC；
（2）2#软启泵电机：额定功率132KW，额定电压3相380V AC；
（3）3#软启泵电机：额定功率132KW，额定电压3相380V AC；
（4）预沉及沉淀池电磁阀：额定功率30W，额定电压单相220V AC；
（5）搅拌机：额定功率3KW，额定电压3相380V AC；
（6）回水池潜水泵：额定功率3KW，额定电压3相380V AC；
（7）第三方设备详见设备使用说明书；
3、现场模拟量输入信号为：DC4-20mA；
4、现场模拟量输出信号为：DC4-20mA；
5、以太网数据速率：10/100 Mbit/s 自感应；
6、Profibus DP通讯网络速率：187.5kb/s；
三、 集控系统构成
    集控系统的基本组成主要包括上位机、PLC控制系统、现场信号三大部分，上位机和PLC主站通过TCP/IP通讯方式联接（即上位机和PLC柜），PLC主站和IO子站及第三方设备通过Profibus DP通讯方式联接（即PLC柜和5个ET200及2个EM277）。现场的各监测仪表及传感器信号、设备状态信号通过PLC控制系统IO模块采集，经过逻辑运算和比对，按照PLC预先装载的程序软件对现场设备进行控制，同时在上位机组态界面上进行人机交互操控。
1、上位机
A、上位机主机：研华工控机 ；
B、显示器：19寸飞利浦液晶显示器；
C、组态软件：SIMATIC WINCC V6.2 ASIA；
D、PLC软件： SIMATIC Step7 V5.4；
E、数据库软件：SQL Server 2005 Service Packe 1 for Wincc V6.2；
2、PLC控制系统及现场信号
A、 PLC柜
PLC柜为整个系统控制的中心，向上通过以太网交换机和集控以太网交换机联接，向下用Profibus DP通讯电缆和5个ET200子站、加氯和加药间的EM277子站联接。
PLC柜除了担负整个系统的逻辑控制，还担负现场部分设备的信号采集和运行控制。
设备主要包括：回水池1#、2#潜污泵、1#送水变频泵、2#送水软启泵、3#送水软启泵；
现场仪表信号包括：清水池1#液位、清水池2#液位、出厂水浊度、余氯、瞬时流量、压力、回水池液位、低压配电进线电流、补偿柜电流、联络柜电流、二泵房电流、杂动力电流、加氯加药间电流、集控室电流、沉淀池电流、备用1回路电流、变频器频率反馈电流；
B、 1#ET200
1#ET200控制的设备主要包括：
沉淀池1#搅拌机、沉淀池2#搅拌机；
现场仪表信号主要包括：
沉淀池1#浊度、沉淀池2#浊度、无阀滤池1#液位、无阀滤池2#液位、无阀滤池浊度、无阀滤池余氯；
C、 2#ET200
2#ET200控制的设备主要包括：
沉淀池2-51#~2-100# 50个池底阀的电磁阀；
D、 3#ET200
3#ET200控制的设备主要包括：
预沉池1-37#~1-72# 36个池底阀的电磁阀；
E、 4#ET200
4#ET200控制的设备主要包括：
预沉池1#搅拌机、预沉池2#搅拌机、预沉池1-1#~1-36# 36个池底阀的电磁阀；
现场仪表信号主要包括：
进水瞬时流量、进水浊度、进水PH值、预沉池1#泥位、预沉池2#泥位、沉淀池1#泥位、沉淀池2#泥位；
F、 5#ET200
5#ET200控制的设备主要包括：
沉淀池2-01#~2-50# 50个池底阀的电磁阀；
G、 加氯EM277子站
详见《二氧化氯发生器使用说明书》；
H、 加药EM277子站
详见《加药机使用说明书》；
四、 工作原理
    从长江里抽取源水进入配水井，进水流量、浊度、PH值上位机监视；进水从配水井流至预沉池和沉淀池，池中4个污泥位信号上位机监控，即用泥位信号控制池底阀排污；水流从沉淀池至无阀滤池虹吸处理，沉淀池后2个浊度上位机监视；水经无阀滤池进入清水池，无阀池2个液位、浊度、余氯及清水池2个液位上位机监视；清水池水由送水泵直接送至城市供水网络。
1、池底阀控制： 池底阀分为自动和手动控制，当选择手动控制时，上位机可以对每一个电磁阀进行开关操作，当选择自动控制时，先设定好起排，停排泥位（池底阀开、关泥位）及排泥时间（池底阀打开时间），然后池底阀就会根据预沉池和沉淀池的4个泥位信号，自动开启电磁阀控制池底阀开关，4个泥位信号分别控制对应的4个区域电磁阀，每个区域电磁阀自动运行以阀座上的一组电磁阀为单位。自动运行时，当实际泥位高于设定起排泥位，系统延时5秒钟，该区域电磁阀以组为单位交替打开，该区域电磁阀全部排完为一个循环周期，当一个循环周期完成后，如果实际泥位还是高于起排泥位设定，系统会再次循环一个周期，至到实际泥位低于停排泥位止，循环结束，电磁阀关闭。当从自动运行切换到手动运行时，自动排泥自动终止，当从手动运行切换到自动运行时，手动控制自动失效。但是注意，从手动切换到自动时，应先关掉已经打开的电磁阀，否则从自动切回到手动时，未关掉的电磁阀将继续保持打开。
2、回水池潜水泵控制：回水池潜水泵分为就地和远程两种控制方式，远程控制又分为远程手动和远程自动控制，在上位机可以设定泵的启停液位，高低报警液位。就地控制就是当选择就地控制方式时，就地手动控制潜水泵启停；远程手动就是在现场控制柜面板上选择远程，在上位机上选择手动控制，通过上位机启停按钮控制潜水泵，液位只报警不控制泵；远程自动就是在现场控制柜面板上选择远程，在上位机上选择自动控制，系统自动通过设定启停液位控制泵运行和报警，无需人为干预。
3、搅拌机控制：搅拌机分为就地和远程控制控制，就地控制就是当现场控制柜面板旋钮选择为就地时，就地手动启搅拌机；远程控制就是当现场控制柜面板旋钮选择为自动时，上位机远程手动启停搅拌机。
4、加药机控制：加药机为自带控制系统设备，分为就地和远程控制，就地又分为就地手动和就地自动控制，远程即为远程手动。就地手动就是可以对加药系统所有的设备通过控制柜面板手动控制；就地自动就是当选择就地自动控制时，系统根据进出水流量及进水浊度、PH值自动调整加药量增减，以达到水质要求；远程手动就是通过上位机手动控制加药设备运行。
5、加氯机控制：加氯机为自带控制系统设备，分为就地和远程控制，就地又分为就地手动和就地自动控制，远程即为远程自动。就地手动就是可以对加氯系统所有的设备通过控制柜面板手动控制；就地自动就是当选择就地自动控制时，系统根据进出流量及浊度、余氯自动调整加氯量增减，以达到水质要求；远程自动就是当远程控制启动后，系统根据进出流量及浊度、余氯自动调整加氯量增减，以达到水质要求，和就地自动控制相同。
6、送水泵控制：3台送水泵第一台为变频控制泵，为正常使用泵，有就地手动和远程手动、远程自动三种控制；第二和第三台为软启动泵，为备用泵，有就地手动和远程手动两种控制。变频泵就地手动运行时，通过控制柜按钮就地启停变频器，通过变频器面板调整电机速度；远程自动运行时，系统根据设定出水压力自动恒压控制，远程手动运行时，可以手动设定变频器输出百分比（即水泵电机转速百分比）。软启动泵就地手动控制时，通过控制柜按钮就地启停软启动器；远程手动控制时，通过上位机手动启停软启动器。
五、 集控操作系统简介
    本集控操作系统由2台上位机、2台打印机、1台投影仪、1台交换机和1台UPS电源组成，上位机安装有SIMATIC WINCC V6.2 ASIA组态软件，可对厂区内所有的设备进行监控，画面直观，操作简便。2台上位机其中一台为操作员站，另外一台为工程师站。2台打印机网络共享，方便随时随机打印。
1、 运行项目
在操作员站上工程项目为开机自启动运行，即电脑开机工程项目自动运行，一般情况下，操作员站用操作员账户登录，只有操作员权限，不允许退出系统； 在工程师站上工程项目为快捷方式启动运行，即点击桌面项目快捷方式运行工程项目，一般情况下，工程师站作为操作员站使用，用操作员账户登录，和操作员站完全相同，在系统维护调试过程中，用工程师账户登录使用，允许退出系统进入编辑模式。如图：

         

2、 操作画面
所有的操作画面都包括三部分，包括：画面标题栏、主画面、画面菜单栏。
画面标题栏显示有：工程名称、画面名称、用户名、日期、时间；
主画面为对应画面名称的监控画面；
画面菜单栏为各画面切换按钮及退出运行按钮；
系统操作主画面共有8幅，包括：“全局工艺流程”、“低压配电室”、“预沉池及沉淀池”、“加药间”、“二氧化氯”、“参数设定”、“报警记录”、“实时趋势图表”，子画面1幅，为“实时数据表”。其中为“全局工艺流程”为主操作画面，即开机运行画面。
所有画面中，设备运行状态为绿色表示运行，红色表示停止，如：1#搅拌机运行，状态框中文本显示“运行”，且字体颜色为绿色，画面中1#搅拌机图形符号为绿色；1#搅拌机停止，画面状态框中文本显示“停止”，且字体颜色为红色，画面中1#搅拌机图形符号为红色。设备运行条件为绿色表示允许，红色表示禁止，如1#搅拌机选择就地控制时，画面中显示红色“就地”，即上位机不能操作；当1#搅拌机选择远程控制时，画面中显示绿色“远程”，即上位机可以操作。设备报警信息为绿色表示正常，红色表示故障。如：加药间“1#搅拌机故障”显示框内，无故障时显示绿色“否”，有故障时显示红色“是”。
所有画面中，当鼠标指向可操作对象时，对象背面会出现绿色闪电，表示该对象可点击操作。
（1） 全局工艺流程

    此画面为整个水厂工艺流程画面，画面上部为画面中设备状态和仪表实时数据显示，中部为流程画面和报警记录，点击相应的设备图标和窗口按钮，可操控相应的设备，包括：1#~4#搅拌机控制、1#~2#回水池潜污泵控制、1#~3#送水泵控制，分别如下图： 

1#~4#搅拌机当选择远程控制时，直接点击按钮启停控制。

  

1#~2#回水池潜污泵当选择远程控制时，点击“自动”或“手动”按钮选择远程控制方式，系统默认为远程手动，当选中了相应的控制方式后，字体颜色变为绿色，然后点击按钮启停设备。

  

1#~3#送水泵控制中1#泵为变频控制、2#和3#泵为软启动控制，如上图，变频控制操作界面包括：运行参数设定显示、PID参数设定、参数柱状图、操控按钮。运行参数设定显示包括：PV过程压力显示、SV设定压力、MV手动百分比输出（转速）。PV压力为控制过程中实际管网的水压，SV设定压力为自动控制时用户需要管网达到的实际水压，MV为手动控制时用户需要变频器输出频率百分比，50HZ对应100%（即电机全速对应100%）。PID参数设定包括：PI比例系数、TI积分时间。PID参数设定只是变频器恒压控制系统调试使用的参数，正常运行后，严禁变动。参数柱状图包括：PV过程压力、SV设定压力柱状图，可以直观观察变化。 操控按钮包括：手自动选择、变频器上电停电、变频器启停。首先变频器上电，然后选择控制方式、设定运行参数，最后点击启动即可。系统便可根据设定的压力自动运行，保证管网供水压力恒定。软启动泵操作同搅拌机相同，这里不再赘述。
当点击画面菜单栏时，如果还没登陆系统，系统会提示登陆，如下图：

      

点击 “确定”按钮后，使用用户名登陆快捷方式按钮“Ctrl+A”，系统弹出以下登陆窗口。

      

操作员登陆名为：江安操作员，密码为123456；工程师登陆名为：江安工程师，密码为654321。操作员权限：除了“退出系统”按钮不能操作外，其它都能控制操作，工程师权限：所有的操控。一般情况下，操作员站用操作员用户名，工程师站当作为操作员站使用时用操作员用户名，当作为工程师站使用时用工程师用户名。正常使用时，建议两台上位机都作为操作员站使用。
（2） 低压配电室

此画面为整个水厂用电负荷监测画面，通过此画面各电流值，可以反映出各设备的用电负荷，如果上位机与现场仪表显示有差异，以现场仪表现场为主。
（3） 预沉池及沉淀池

此画面为预沉池和沉淀池底阀控制画面，画面中共有4个泥位传感器，每个传感器各控制1/2的池面积的底阀，控制分为手动和自动控制，当选择手动控制时，可以任意的开关每一个池底阀，用鼠标指向画面中需要操作的阀图标（红色或绿色○），左键点击为开，○变为绿色，表示已打开，右键点击为关，○变为红色，表示已关闭。当选择自动控制时，需先设定好启停排泥位，排污时间，然后点击自动按钮，“自动”变为绿色即可，系统会根据设定好的参数自动开关池底阀，一组5个或4个轮流开关，实际泥位高于起排泥位就开阀，低于停排泥位就关阀，排污时间就是每组开阀时间。
（4） 加药间

此画面为加药间工艺流程画面，主要是对加药间设备状态参数进行显示，及对加药间单个设备进行远程手动控制。当状态参数中“控制方式”中“手动”显示为绿色，“状态”中显示绿色“远程”，表示现场柜选择远程手动控制，此时可通过“远程设备手动操作控制”菜单栏中“启动”、“停止”按钮对设备进行远程手动操作，还可以设定变频器频率及操作变频器远程故障复位。
（5） 二氧化氯


此画面为加二氧化氯工艺流程画面，主要是对二氧化氯系统设备状态参数进行显示，及对二氧化氯设备进行远程自动控制。当状态参数中“控制权”中显示为绿色“远程”，表示现场柜选择远程控制，此时可通过“*#发生器远程控制”菜单栏中“启动”、“停止”按钮对设备进行远程自动操作，还需要对发生器的产量进行设定。
（6） 参数设定

此画面是所有的在线监控参数的量程值、启停值、上下报警值的设定。量程值调试好后，正常运行中无需修改，启停值和上下报警值用户根据实际工况设定。（单位详见画面中） 

（7） 报警记录

此画面为整个系统报警记录，包括设备的故障报警、超出参数上下限设定的超限报警等等。系统产生报警信息后，可以点击报警表工具栏确认按钮，可以逐一确认，也可以成批确认，如果报警信息消除，说明数据报警已解除；如果报警信息还存在，说明数据报警还未解除。此报警记录和“全局工艺流程图”中相同。

（8） 实时趋势图表

此画面为设备运行数据的趋势图，具体包括：出水浊度、出水瞬时流量、出水累计流量、出水压力。每个趋势图X轴为时间轴，Y轴为数值轴，数值轴为自动量程适应（趋势图会根据数值的实际值自动确定量程）。在工具栏中可以对历史数据进行打印查看等操作。
（9） 实时数据表

此画面为“实时趋势图”中的子画面，两个画面可以相互切换观察，是设备运行数据的表格记录，和趋势图相对应。同样通过工具栏菜单，可以对数据记录表格进行查询和打印等操作。
六、 操作流程
（一）、上电
1、 加药间和二氧化氯控制柜通电
分别打开柜门，合上电源总空开。
2、 子站柜通电
子站控制室有5台ET200子站柜，每台柜内分别配有在线式（当有市电时，由市电供电，无市电时，由UPS供电）UPS备用电源。首先开启UPS电源（操作详见UPS说明书），再合上柜内电源开关，所有电源开关用途在开关上都标有文字说明。在墙上配电盒内有池底阀电磁阀的电源开关。子站柜电源从沉淀池仪表亭旁控制柜引入。
3、 PLC主站柜通电
同上，不在赘述。
4、 集控室通电
集控室2台打印机、1台投影仪、2台主机及显示器、开关电源和交换机都是由UPS供电。先开启UPS电源，再开启主机及显示器，投影仪通电自启动，断电时，先关主机及显示器，后关UPS电源。
（二）、启动
1、在确保各设备一切正常的情况下，通过现场软启动柜开启取水泵，注意观察电机电流及泵、阀的实际工况。
2、当源水进入配水井后，注意配水井仪表亭内水池的水位，调整排水阀使水位保持淹没PH检测头。首次调整好后，以后无需再动。
3、当源水进入预沉池及沉淀池后，开启加药机和池内搅拌机，观察絮凝效果。首次进水时，水流及水质不稳定，污泥传感器显示参数跳变较大，不宜使用自动排泥控制，应选择为手动排泥，当显示稳定后，才能使用自动排泥控制。
4、当沉淀水进入无阀池后，观察沉淀后水浊度，开启加二氧化氯系统。
5、当水经无阀池进入清水池后，观察虹吸处理及加氯后水浊度及余氯。
6、正常情况下，系统使用变频泵恒压供水，软启动泵只作为变频故障时应急使用，具体操作如下：
（1）变频泵自动
首先，关闭其余2台软启动泵的出水阀，打开变频泵出水阀。画面中点开变频控制画面，点击“上电”和“自动”按钮，设定SV（管网设定压力）压力，点击“启动”即可，系统送水泵自动恒压控制。停机时先点击“停止”，再点“停电”。注意！变频器上电后有20秒自检时间，自检后才能操作。
（2）变频泵手动
首先，关闭其余2台软启动泵的出水阀，打开变频泵出水阀。画面中点开变频控制画面，点击“上电”和“手动”按钮，设定MV（频率百分比）百分比，点击“启动”即可，系统送水泵按设定频率百分比运行，50Hz对应100%，0Hz对应0%，注意！此时控制的是频率即电机转速，和输出水压无关，要注意水压变化，避免水压过高。停机同上。
（3）软启动泵手动
首先，关闭其余2台泵的出水阀，打开准备运行泵出水阀。注意！软启动远程控制时，软启动上电需就地操作完成。然后画面中点出控制窗口，点击“启动”按钮即可。水泵启动后，手动缓慢打开该泵出水阀，使出水压力达到规定值，停止开阀。建议不要在出水阀开启状态下启动软启泵，因为水泵工频运行时对管网冲击很大。停机点击“停止”即可。