摘要：
       本文基于西门子S7-1200系列的PLC就水厂无人值守的标准自动化控制系统在广西全州水厂的应用分享一些笔者的经验，主要从水厂取水单元、沉淀过滤单元、供水单元（二次加压），三个关键工艺过程，进行自动化系统典型的控制单元进行详细的论述，希望本文能对水厂自动化控制系统的工程师们有所帮助。
关键词：PLC  西门子S7-1200   水厂自动化控制系统以及无人值守
 
1项目介绍

1 引言

       我国水厂自动化技术经过几十年的发展,其水平和应用范围都得到了很大的提高。从六十年代简单的水位自动控制发展到七十年代采用热工仪表和集中巡检装置,八十年代随着国家工业水平的整体提高,使水厂自动化进入了大规模的发展年代,不但广泛采用分析仪表和微机DCS监控系统,而且由于国外先进仪表和计算机系统进入我国,使我国给水工程自动化水平大大提高。同时由于计算机产品质量的成熟,使水厂自动化进入了安全运行和经济效益显著的阶段。特别是是随着近年来半导体技术、网络技术、软件技术等高新技术的发展,使得 PLC技术和现场总线技术都得到迅速提高。目前在水处理自动化领域广泛使用的PLC系统硬件组成形式是PLC+Industrial Ethernet+IPC,虽然目前有很多水厂都进行了自动化改造但是并未完全实现自动化，有的水厂仅仅只是使用了集控平台进行了集中控制并没有真正的实现自动化无人值守。更有甚者甚至只是进行了自动化改造但是并没有投入使用，更多的还是老的现地操作方式。以下结合全州自来水厂的具体要求进一步探讨基于PLC西门子S7-1200的自动化系统，以及自动化程度更高的无人值守。

2系统介绍及系统构成
       全州水厂集控监控系统。将两个分散的水厂集中起来进行有效的资源整合，提高了人员的工作效率，极大降低生产管理成本，为水厂的经济运行管理、设备工况管理、实时监控管理等起到了积极的作用，确保了水厂的经济生产和设备完全运行，为企业决策提供了科学的依据。接下来一个水厂我将分为三个单元来介绍（取水、滤池、供水）。
 
3水厂制水工艺流程
       每个水厂根据实际工艺，流程多种多样，设备都不一样，但是基本的流程万变不离其宗，如图1.1所示
图中主要分为以下几个工艺过程：

（1）取水：通过多台大型取水泵将江、河、地表等处的水抽入自来水厂。
（2）药剂的混合与投放：按工艺要求制备合适的混凝剂明矾，并投入混凝剂与氯气，达到混凝和消毒的效果。
（3）絮凝池：包括混合与絮凝，就是将原水投入混凝剂后进行絮凝反应沉淀，并排出沉淀的淤泥。
（4）沉淀池：与混凝剂反应后的水低速流过平流沉淀池，以便悬浮颗粒沉淀，并排出沉淀的淤泥。
（5）过滤反冲洗池：水通过颗粒介质（石英砂）以去除其中悬浮杂质使水质澄清，并定时反冲洗石英砂。
（6）供水：多台大型供水泵将自来水以一定的压力和流量送入供水管网。
 
4.水厂自控系统组成
   自来水厂的各个单元相对独立但是多多少少都有一定的联系，因为工艺独立，所以工艺分为三个控制单元（取水单元、滤池单元、供水单元）。根据这些特点，自动化控制系统一般采用PLC+IPC的集散控制系统模式。
  采用PLC+IPC系统的水厂自动化控制设计一般采用一主站加多从站结构，能够很好的满足国内水厂自动化的控制与监视。控制点分布在水厂离执行机构进的位置，在集中单元区由PLC站点对改区域设备进行监控，在通过通讯网络，各PLC站由上位机监控，实现整个水厂的自动化控制。在控制单元内，PLC站实现对该单元内设备的自动控制。这样的有点是使系统更加可靠当某一控制单元发送故障时不会太影响别的设备的自动运行，同时减少了布线成本。例如全州水厂一些控制特点。
（1）中央控制室站：利用上位机（Jtech）对整个系统进行监控和记录数据，同时留有四遥（遥测、遥信、遥调、遥控）系统接口，与上层管理系统进行通信。
（2）取水房控制站点：取水泵、排污泵、排气阀等进行监控
（3）滤池控制房站点：各个反冲洗滤池，沉淀池排泥阀。
（4）供水控制房站点：对供水泵、排泥泵进行监控。
笔者先介绍取水泵房无人值守的特点，顾名思义无人值守就是所有工况都能由PLC程序去判断并且做出动作。无需值班人员去时时刻刻去看守。
 
2自动化无人值守工艺介绍
一、无人值守取水工艺介绍：
   【旧】水厂现有三台取水泵规格为：大、中、小，三台泵的启动装置均为软启动器。以前是运行人员根据清水池的液位状态（声波液位传感器），来手动按操作台按钮操作泵的启停。
   【新】水厂取水系统现在改造为基于西门子S7-1200平台控制的程序自动化控制，上位机系统为我们公司开发的Jtech、通讯协议为modbus TCP、保留了以前的继电器系统。可以进行远近程切换。远程为我们开发的自动系统控制，近程为水厂旧继电器回路系统控制，这样就算PLC系统出线故障也不至于停机还可以手动。

       水厂自动化无人值守取水工艺。1#为大泵，2#为中泵，3#为小泵。水位设置分为：超高水位、高水位、中水位、低水位、超低水位。工作模式有四种：分别是正常模式、1#号取水泵故障模式、2#取水泵故障模式、3#取水泵故障模式。每一种模式都分为水位上升、下降状态由系统判断水位上升下降。四种取水模式之间都能由系统程序做出判断运行且互不影响。做到基本上在无工况大故障的情况下全自动模式（两个以上取水泵坏属于大故障将不能投入自动模式）
下面逐一介绍如图1-2 图1-3，
自动模式的每一种模式的，每一种状态。设i为水位实际变量。
二、无人值守供水工艺介绍：
   【旧】水厂现有三台供水泵规格为：两台大泵、一台小泵，三台泵的启动装置均为变频器且压力闭环控制调速。以前是运行人员根据实际供水情况来手动按钮操作泵的启停，
   【新】供水自动化系统和取水系统为一个PLC，新的自动化供水工艺为两种模式。
1. 第一种白天，黑夜轮换模式。（白天黑夜是指运行人员设置白天黑夜24h时间段，然后根据设定时间段来运行。）白天为大泵运行，黑夜为小泵运行。两个大号泵隔天轮换运行。小号泵为黑夜时间运行。且为压力闭环控制
2. 第二种种为负载切换模式，因为是压力闭环控制，所以在压力恒定的情况下根据实际的电流切换对应的供水泵，因为供水量小（大）的时候负载就变小（大），相应的电流就变小（大）考虑到节能实际工况。所以实际情况切换对应的供水泵。
  负载模式自动运行周期介绍：
设1# 2#泵为大号泵。3#为小号泵
 
在没有供水供水泵没有故障的情况下
初始启动：1#泵初始运行
第一步条件：当1#泵电流小于1#泵的切换电流且超过判定时间以后（供水量变小）；
第一步结果：停1#泵切换3#泵；
第二步条件：当3#泵电流大于3#切换电流（供水量变大）；
第二步结果：停3#泵切换2#泵；
第三步条件：当2#泵电流小于2#泵的切换电流且超过判定时间（供水量变小）；
第三步结果：停2#泵切换3#泵
第三步故障条件：运行2#泵后，在设定故障判定时间内2#泵小于2#泵的切换电流产生参数故障报警。
第三步故障结果：不切换且产生报警（以防频繁切换，检查电力参数设置合适与否）复位报警接着第三步条件运行。
第四步条件：当3#泵电流大于3#设定切换电流以后（供水量变大）；
第四步结果：停3#泵切换1#泵；（周期结束回到初始启动）
 
3. 且两种模式均能判断故障来进行反应动作切换泵，经过后期的实际运行第二种模式更适合实际无人值守运行；客户用得多的模式也是负载模式。
 
三、无人值守滤池工艺介绍：
1.沉淀池排泥阀自动
【旧】水厂有12个排泥阀以前开沉淀池排泥阀需操作员手动逐个的打开
【新】进行自动化改造以后，12个排泥阀在满足时间周期以后逐个按从低到高序号按设定开阀时间打开，间隔的时间周期和开阀时间均可设置。实现时间自动排泥常规
情况下不用在再去手动排泥了（除开人工定期排泥）。
2. 滤池反冲洗自动
【旧】水厂有8个虹吸滤池，以前要进行反冲洗工艺的话需要运行人员去手动一个一个操作虹吸阀。小虹吸管道还会有经常虹吸断水的情况
【新】进行自动化改造以后自动流程如图1-4，滤池到了高水位以后就会自动反冲洗，如果有多个滤池满足反冲洗条件，但是只有一个滤池会在反冲洗状态。而且一个滤池自动反冲洗完成以后过设定时间过后才能进行下一个滤池的清洗。且如果清水池低于一定的水位，滤池是无法进行反冲洗的。
自动反冲洗流程如下：
第一步条件：高于水位上限,或是手动触发滤池自动清洗
第一步结果：清洗流程进入，大虹吸阀关，真空泵运行且大虹吸真空阀开，大虹吸完成后关闭真空泵运行和大虹吸真空阀。（大虹吸排水）
第二步条件：水位低于下限位，如果进入清洗流程第一步超过大虹吸时间以后滤池水位还没有到低水位以下，将产生报警退出自动。（避免元器件烧坏）
第二步结果：小虹吸阀开破坏小虹吸吸水，直接进入反冲洗时间。（滤池反冲洗）
第三步条件：反冲洗时间完成
第三步结果：大虹吸阀开，小虹吸阀开，开真空泵和小虹吸真空阀，完成虹吸小虹吸真空吸水成功以后关闭清洗流程结束，回到触发流程（滤池小虹吸进水）
旧水厂工艺小虹吸管道还会有经常虹吸断水的情况，针对这一特殊情况。编写了自动虹吸程序无需加硬件，在软件方面大大改善了虹吸断水的情况。