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摘要： 三門核電預(yù)處理水廠工程控制系統(tǒng)采用PLC+DCS控制方式，全部主工藝實(shí)現(xiàn)自動控制，是目前國內(nèi)比較先進(jìn)的預(yù)處理水廠。
關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng)，PLC, DCS,MACS，S7300

1. 預(yù)處理水廠工藝簡介
1.1 預(yù)處理水廠主要工藝以及主要參數(shù)。
? 水源－－ 由兩根DN600的輸水管線從羅岙水庫輸送至水廠
? 設(shè)計出力－－2.5萬m3/d
? 水質(zhì)－－出水濁度≤1NTU；出水余氯：生活用水和廠用水余氯＜1.5mg/l；除鹽水原水＜ 0.5mg/l
? 預(yù)處理工藝－－機(jī)械攪拌澄清池＋氣水反沖洗均粒濾料濾池，并考慮污泥處理。
? 加藥－－聚合氯化鋁＋次氯酸鈉消毒
凈水工藝流程采用澄清、過濾二級處理。

1.2預(yù)處理水廠主要構(gòu)筑物
主要構(gòu)筑物有：配水井、機(jī)械攪拌澄清池、均質(zhì)濾料濾池、生活水清水池、化學(xué)原水清水池、二級泵房及高變配間、加藥間、廢水池、污泥池、污泥平衡池、污泥處置間以及其它附屬配套設(shè)施。

1.3預(yù)處理水廠工程方案
本工程的方案為：
1).藥劑混合采用管道混合器的方式；
2).絮凝沉淀采用機(jī)械攪拌澄清池的方式；
3).過濾采用氣水反沖均粒濾料濾池的方式；
4).消毒采用次氯酸鈉消毒的方式；
5).污泥脫水采用離心脫水機(jī)的方式。

2.預(yù)處理水廠控制系統(tǒng)介紹
2.1預(yù)處理水廠控制系統(tǒng)的用途和功能
預(yù)處理水廠控制系統(tǒng)對水廠所有的儀表參數(shù)、電氣設(shè)備狀態(tài)等在水廠中央控制室LCD上集中進(jìn)行監(jiān)視，并對系統(tǒng)中的閥門、泵等設(shè)備進(jìn)行自動或手動控制，以滿足工藝的測量及控制要求。
水廠工藝系統(tǒng)中加礬系統(tǒng)、加氯系統(tǒng)、污泥處理系統(tǒng)及濾池系統(tǒng)四個子系統(tǒng)都自帶PLC控制器控制。在全廠儀控系統(tǒng)中這四個PLC控制器作為控制子站。操作員在水廠中央控制室中能監(jiān)視或控制這四個子系統(tǒng)外所有的工藝設(shè)備，并能通過這四個PLC控制子站對這四個系統(tǒng)的工藝設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制。同時中央控制室能調(diào)用這四個PLC子站中的程序，完成參數(shù)的重新設(shè)置等功能。這就要求本DCS控制系統(tǒng)要與這四個PLC子站遵循相同的通訊協(xié)議，由于本項目所有工藝子系統(tǒng) PLC均采用西門子PLC S7300,所以與和利時MACSV DCS采用PROFIBUS 通訊協(xié)議，從而保證本系統(tǒng)能與工藝設(shè)備自帶的PLC進(jìn)行通訊。



圖1 控制系統(tǒng)設(shè)備配置示意圖

2.2預(yù)處理水廠控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及層次劃分
2.2.1預(yù)處理水廠控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
a) 水廠儀表控制系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)采集、參數(shù)監(jiān)測功能、調(diào)節(jié)閥控制功能、設(shè)備自動、手動控制功能（包括PID控制、聯(lián)鎖邏輯等等），以滿足各種運(yùn)行工況的要求，確保工藝設(shè)備安全、高效運(yùn)行。
b) 系統(tǒng)由遠(yuǎn)程I/O機(jī)柜、控制機(jī)柜、工藝設(shè)備自帶的PLC子站和人機(jī)接口組成。遠(yuǎn)程I/O機(jī)柜、控制機(jī)柜和工藝設(shè)備自帶的PLC子站完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、控制和管理，同時這些設(shè)備通過通訊網(wǎng)絡(luò)連接并與控制室上位機(jī)進(jìn)行通訊。控制室上位機(jī)利用人機(jī)界面圖形控制軟件進(jìn)行人機(jī)交互，實(shí)現(xiàn)整個DCS控制系統(tǒng)的控制、協(xié)調(diào)和管理。系統(tǒng)易于組態(tài)（圖形化、模塊化），易于使用，易于擴(kuò)展。系統(tǒng)配置冗余的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，任一路網(wǎng)絡(luò)故障，不會影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
c) 系統(tǒng)采用合適的冗余配置和診斷至模件級的自診斷功能，使其具有高度的可靠性。系統(tǒng)內(nèi)任一組件發(fā)生故障均不影響整個系統(tǒng)的工作。
d) 系統(tǒng)的參數(shù)、報警和自診斷功能高度集中在顯示器上顯示和在打印機(jī)上打印，按功能分散和物理分散的原則進(jìn)行。
e) 計算機(jī)系統(tǒng)的操作界面和組態(tài)界面均采用中文。
2.2.2控制系統(tǒng)分層：
控制系統(tǒng)分為3層：
0層：現(xiàn)場一次儀表（溫度，壓力，流量，液位），分析機(jī)柜（余氯，PH，濁度），電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)（泵，閥門，鼓風(fēng)機(jī)，機(jī)械攪拌器，刮泥機(jī)，污泥脫水離心機(jī)，液位開關(guān)）
1層：PLC （加氯，加礬，污泥，濾池），DCS機(jī)柜（801-1CP，801-2CP，802CP）生產(chǎn)水泵變頻柜（2個，每兩臺生產(chǎn)水泵一臺變頻柜）
2層：操作員站1個，工程師站一個

2.3 由PLC實(shí)現(xiàn)的工藝子系統(tǒng)簡介
PLC 采用西門子S7300系統(tǒng)，主工藝相關(guān)的控制全部由西門子S7300系列PLC完成，能夠根據(jù)水處理工藝運(yùn)行要求，自動控制單元設(shè)備的運(yùn)行，同時通過現(xiàn)場儀表采集水位、壓力、余氯、濁度、pH值、流量等生產(chǎn)實(shí)時數(shù)據(jù)，PLC控制器對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過PLC控制器的自動控制，實(shí)現(xiàn)自動加礬加氯，實(shí)現(xiàn)氣水反沖濾池的自動沖洗。當(dāng)超過設(shè)定報警值時，發(fā)出報警信號，提醒操作人員注意。4個PLC采用PROFIBUS-DP方式與DCS進(jìn)行通訊，在DCS側(cè)操作員站作為上位機(jī)對PLC各子系統(tǒng)（加氯，加礬，濾池，機(jī)械攪拌，污泥脫水共5個）進(jìn)行監(jiān)控，在通訊中斷的狀態(tài)下，由PLC獨(dú)立完成對主工藝的自動控制。

2.4 DCS控制系統(tǒng)介紹
2.4.1 MACS系列DCS簡介
HOLLiAS—MACS系統(tǒng)是和利時公司在成功地開發(fā)并應(yīng)用了HS-DCS-1000系統(tǒng)和HS2000系統(tǒng)之后，在系統(tǒng)地總結(jié)了各行業(yè)用戶的意見和建議，充分調(diào)查了計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、應(yīng)用軟件技術(shù)、信號處理技術(shù)等最新發(fā)展動態(tài)的情況下，基于當(dāng)今最先進(jìn)的技術(shù)，采用成熟的先進(jìn)控制算法，推出了的第四代DCS系統(tǒng)。在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位，已經(jīng)成功應(yīng)用于電力，石化等大型控制系統(tǒng)。
MACS系統(tǒng)是由以太網(wǎng)和使用現(xiàn)場總線技術(shù)的控制網(wǎng)絡(luò)連接的各工程師站、操作員站、現(xiàn)場控制站、通訊控制站、數(shù)據(jù)服務(wù)器組成的綜合自動化系統(tǒng)，完成大型、中型分布式控制系統(tǒng)（DCS）、大型數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）功能。
MACS系統(tǒng)硬件由工程師站、操作站、現(xiàn)場控制站（包括主控單元設(shè)備和I/O單元設(shè)備）、通訊控制站、系統(tǒng)服務(wù)器、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、控制網(wǎng)絡(luò)等組成。
MACS系統(tǒng)軟件包括：工程師站組態(tài)軟件；操作員站在線軟件；現(xiàn)場控制器運(yùn)行軟件；服務(wù)器軟件等。






圖2 MACS 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
2.4.2 DCS主要設(shè)備以及功能
工程師站
工程師站運(yùn)行相應(yīng)的組態(tài)管理程序，對整個系統(tǒng)進(jìn)行集中控制和管理。工程師站主要有以下功能：
組態(tài)（包括系統(tǒng)硬件設(shè)備、數(shù)據(jù)庫、控制算法、圖形、報表）和相關(guān)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置。現(xiàn)場控制站的下裝和在線調(diào)試，服務(wù)器、操作員站的下裝。在工程師站上運(yùn)行操作員站實(shí)時監(jiān)控程序后，可以把工程師站作為操作員站使用。
操作員站
操作員站運(yùn)行相應(yīng)的實(shí)時監(jiān)控程序，對整個系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和控制。操作員站主要完成以下功能：
各種監(jiān)視信息的顯示、查詢和打印，主要有工藝流程圖顯示、趨勢顯示、參數(shù)列表顯示、報警監(jiān)視、日志查詢、系統(tǒng)設(shè)備監(jiān)視等。通過鍵盤、鼠標(biāo)或觸摸屏等人機(jī)設(shè)備，通過命令和參數(shù)的修改，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的人工干預(yù)，如在線參數(shù)修改、控制調(diào)節(jié)等。
服務(wù)站
服務(wù)站運(yùn)行相應(yīng)的管理程序，對整個系統(tǒng)的實(shí)時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。
現(xiàn)場控制站
現(xiàn)場控制站運(yùn)行相應(yīng)的實(shí)時控制程序，對現(xiàn)場進(jìn)行控制和管理。現(xiàn)場控制站主要運(yùn)行工程師站所下裝的控制程序，進(jìn)行工程單位變換、數(shù)據(jù)采集和控制輸出、控制運(yùn)算等。
監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)MNET
冗余高速以太網(wǎng)鏈路
使用五類屏蔽雙絞線或光纖將各個通訊節(jié)點(diǎn)連接到中心交換機(jī)上
節(jié)點(diǎn)有工程師站、操作員站、服務(wù)站
采用TCP/IP通訊協(xié)議
系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)SNET
冗余高速工業(yè)以太網(wǎng)
采用HSIE 通訊協(xié)議
使用五類屏蔽雙絞線或光纖將各個通訊節(jié)點(diǎn)連接到中心交換機(jī)上
節(jié)點(diǎn)有服務(wù)站、現(xiàn)場控制站
控制網(wǎng)絡(luò)CNET
位于現(xiàn)場控制站內(nèi)部
Profibus-DP現(xiàn)場總線
采用帶屏蔽的雙絞銅線連接
節(jié)點(diǎn)主要有DP主站（主控單元中的FB121模件）和DP從站(智能I/O單元)
完成實(shí)時輸入/輸出數(shù)據(jù)和從站設(shè)備診斷信息的傳送
站地址為0-125

3.結(jié)束語
三門核電預(yù)處理水廠項目是三門核電第一個工程配套項目，在百萬千瓦級核電配套工程中大膽采用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)DCS系統(tǒng)做為控制系統(tǒng)是具有重要意義的。

參考文獻(xiàn)：
[1] 和利時 MACS 系統(tǒng)簡介，2005
[2] 三門核電預(yù)處理水廠儀控說明書，2007



----摘自工控網(wǎng)