西门子 S7-200 PLC 在水厂净水剂投加系统中的应用

一、 项目简介

南宁市某铁路自来水厂担负着供应南宁铁路系统列车自来水供应、铁路职工用水等重要的任务。对水质要求较高，且对用水的持续性要求也非常的严格，必须保证24小时不间断的供水。由于原建的水厂由于建厂时间较早，自动化程度不高；尤其是净水剂的投加系统采用人工投加方式，无法保证出水浊度的稳定等要求。因此决定对全厂自动化系统进行升级和改造。

经过铁路水电段对PLC组网性能、维护方便、相对投资等多个方面性能指标的对比，最终决定在本项目中自动化控制部分采用西门子S7—300系列PLC作为主控PLC，在沉淀池、滤池等部分采用S7-200系统PLC作为智能从站。一方面保证了网络性能（通讯速度采用500K），另外S7-200可以在通讯网络断开等故障情况下能够独立运行等特点也保证了系统运行的可靠性。

二、 系统介绍

1、项目工艺

在自来水厂中，源水要经过投加净水剂、沉淀、过滤、消毒然后进入清水池。对源水投加净水剂后，水中杂质便絮凝成矾花，此时才能进行进一步水质净化处理，因此净水剂投加工艺是影响出厂水质量的要因。同时净水剂的投加直接影响到沉淀池的使用效率和滤池反冲用水量的大小，对消毒也有直接的影响。因此投加净水剂是自来水厂中工艺要求比较高的一个环节。

2、控制器组成

项目中使用的PLC、模块、控制对象等如下：

三、 控制系统构成

本系统中一共有模拟量输入9个：源水浊度、源水流量（2个）、游动电泳仪、沉淀池浊度、计量泵开度（2个）、变频器电流（2个）。模拟量输出4个：1#、2#变频器频率、1#、2#计量泵开度。开关量输入6个：1#、2#变频器手/自动，1#、2#变频器运行，1#、2#变频器故障。开关量输出3个：1#、2#变频器运行，故障报警。联网功能采用EM277和系统中CPU315-2DP连接。

一共采用：CPU226 一个，模拟量输入模块EM231（4, 路）3个，模拟量输出模块EM232（2路）2个，DP通讯模块EM277 一个。

注：游动电泳仪可以测量水中可以结合杂质的游离电子的数目，而游离电子数目必须保持在一定范围，如果测量值偏大则说明投加净水剂过多影响混凝效果，反之说明投加量不够导致混凝不充分。计量单位为SCD。

四、 控制系统完成的功能

1、控制要求

原系统的净水剂投加过程采用手动投加方式，这就直接影响到出厂水的浊度，同时也会产生投加量过度的问题。经过询问现场人员、实际调查总结了以下主要原因

a、净水剂投加设备落后：当源水浊度发生改变时无法及时调整提高投加量；

b、净水剂投加由人为掌握：投加量靠经验投加；

c、净水剂配制无标准：药剂浓度由配置人员靠经验配置，而浓度不准使投加量更加难以掌握；

d、投加量计算困难：操作人员水平差异较大，投加量随意性比较大；

以上种种原因造成投加量不准确，从而影响到絮凝效果、并直接导致出厂水水质下降。

系统改造要求：

水厂更换新的自动化投加系统，新系统可根据水质变化情况随时调整投药量，将沉淀池出水均在8NTU（NTU为浊度计量单位）以下，出厂水在1NTU以下；经防疫站检测：出厂水浊度达标率必须为100%。并可在控制系统中加入参数调节和监控功能。

2、控制难点及控制方法实现

根据对工艺过程的分析，本系统属于典型的大滞后系统。考虑到一般的PID算法对于滞后时间长的系统难以实现控制目标，而模糊控制等高级算法实现成本较高等原因。决定在系统中采用经验值投加和PID算法相结合的办法，既解决了PID算法的不足，又解决了成本问题。

整个系统软件中主要包括以下几个主要方面：

a、PID算法：定时采集沉淀池浊度，应用S7-200内置的PID进行运算。得到的模拟输出值为X。

b、经验值：对应一定流量的经验投加量进行运算——采用查表法查找对应的经验值，得出相应流量的投加量为Y

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