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1 前言
江西省九江市第三水厂是采用比利时（Belgium）政府贷款新建的一座10万m3/日的水厂，全厂自动化控制设备采用德国西门子（SIEMENS）公司的S5系列可编程控制器PLC（S5-115H、ET200等）和远程数据通讯SINAUT。全厂分为取水泵站和净水处理厂两大部分，取水泵站位于长江岸边，与净水处理厂相距10多公里。取水泵站的PLC与位于净水处理厂内的控制中心的PLC采用SIEMENS公司的无线数据远传通信SINAUT技术进行远程数据通信，实现控制中心对取水泵站的所有控制设备的监测和远程遥控，并通过净水厂内的清水库水位对取水泵站的机组进行变频调节控制；净水处理厂采用SIEMENS公司现场控制总线（PROFIBUS-FMS）和分布式I/O（ET200和PROFIBUS-DP），将全厂的所有PLC站点进行有效连接通信，真正实现了全厂水处理工艺过程的自动控制。控制中心的监控工作站对所有的控制设备和工艺过程进行监控，通过设置系统控制参数和简单的控制操作，即可完成源水抽取送到净水处理厂，通过净水处理厂的加药、加氯、沉淀、过滤、送水等工艺处理，直至送至供水管网等全部的水处理过程。
2 西门子PLC及SINAUT简介
西门子PLC包括S5和S7两大系列产品，S5系列是西门子公司最为成熟、运用最广的控制产品，S7系列是采用先进的集成电路技术，高度集成化的产品，并逐渐取代S5系列，成为主流产品。S5包括大型（S5-155）、中型（S5-135和S5-115）和小型（S5-95和S5-90等）等系列产品，以满足不同控制需求和任务的要求。
西门子提供符合欧洲和国际标准的工业现场总线，主要有工业以太网Industrial Ethernet、Profibus和AS-i等各种总线。Profibus是小型单元网络内与现场设备通讯的总线系统，是以德国西门子公司为主开发的一种标准现场总线，并成为德国工业标准，继而成为欧洲标准，它符合EN50 170欧洲标准规范，即附属有主/从站轮询的令牌传递原理，已在世界各地的工业控制现场环境中广泛应用。针对数据通讯和过程及现场通讯的各种不同要求的应用，提供三种协议规范的总线：分布式I/O总线，Profibus-DP；现场总线报文规范化总线，Profibus-FMS；过程自动化总线，Profibus-PA。
西门子远程数据通信系统SINAUT根据不同的硬件配置和系统结构，提供完善的软件接口包和详细的解决方案，广泛运用于远程数据采集和远程监控。
本控制系统运用了现场控制总线（如Profibus-DP、Profibus-FMS等）和远程数据通信技术。现场控制总线由于减少了用于连接分散的输入/输出设备的电缆，因而大大减少了工程的机械安装、连接和布线方面的成本。
3 控制系统构成
3.1 控制网络
整个控制系统共分为取水、加氯和加药、沉淀、滤池、送水等五个控制主站点，均采用S5-115H系列的处理器和通讯处理器模块CP5431；滤池主站带有四个ET200分布式I/O，每一个ET200分别控制两口滤池；主干控制网络采用PROFIBUS-FMS，数据传输速率最大可以高达12Mbits/s；分布式I/O采用PROFIBUS-DP进行连接，主站采用S5-115H系列的处理器，通过接口模块IM 308C与ET200从站进行连接通讯。所有的控制网络线缆采用SIEMENS提供的双绞屏蔽电缆，连接简单、可靠。
取水的PLC站与控制中心的PLC站采用无线数据远传通讯。在以上每一PLC站的机架中安装有一块SINAUT通讯模块TIM，通过调制解调器MD100与电台进行连接，如图1(2)所示。采用半双工通信方式，取水泵站将本地的所有监测数据上传到指挥中心，并接受指挥中心的远程遥控数据，实现水泵的远程启/停控制和变频调节。
3.2 硬件构成及网络结构
控制系统的硬件设备均采用S5-115H系列PLC和ET200分布式远程I/O。
在每一主控制站点的PLC中安装一个通信处理器模块CP5431，通过总线连接器DP-Repeater将本地的PLC站点接入控制通信网络，构成全厂的主干控制网络Profibus-FMS；在带有分布式远程I/O ET200的主控制站点的PLC中安装一个接口模块IM-308C，与ET200连接成Profibus-DP网络。
取水的PLC站与控制中心的PLC站中各安装一个SINAUT通信模块TIM，实现SINAUT无线数据远程通信。
系统控制网络结构和SINAUT通信的主要电气连接如图1所示
4 控制系统的功能及编程
4.1 滤池工艺控制
滤池控制由一PLC主站和四个ET200远程子站构成，净水处理的滤池共有八组，每二组由一远程ET200进行控制。根据工艺要求，控制系统完成的功能包括滤池的衡水位过滤自动运行、定时/自动反冲洗。
为了防止系统设备故障影响生产，导致进厂的源水不能及时过滤，出现滤池水位上升产生水溢出等问题，在系统设计时采用分布控制的理念，每二组滤池采用一个远程控制器进行控制，以防止故障的发生，增强系统的安全性。
根据工艺要求，滤池运行时要求恒水位过滤，控制系统采集滤池水位信号，通过PLC自身提供的PID控制调节功能，自动调节滤池的出水阀门的开启度，以保持滤池水位的恒定运行。
4.2 加氯、加药控制
根据源水水质的情况进行合理、有效的加氯、加药控制，以保证生产出水的质量达到水厂和国家的各项指标要求，且有效降低生产运行成本是净水处理的一个重要环节。
加氯控制分为源水加氯和过滤后的水加氯控制两部分。系统采集源水浊度参数信号，按比例对加氯机进行控制，以实现源水加氯；系统采集过滤后的水浊度信号，按PID自动调节对加氯机进行控制，以实现过滤后的水加氯。系统对加氯的控制方案成熟可靠，而且灵活，可以在控制中心的工作站上进行控制参数的设置和修改。加药控制实现了药剂的自动配置和自动投加，系统采集源水的控制参数信号，对加药泵进行变频调节，实现加药量的自动调节和控制。
4.3 SINAUT远程数据通讯
(1) 通信同步处理
SINAUT的通信处理模块TIM要求与本控制站点的处理器（CPU）同步，否则，通信处理器TIM的通信数据不能被CPU正确接受和处理。可以采用SINAUT ST5软件包提供的标准接口功能块（FB），根据定义的语法规则进行编程处理。
(2) 应用程序控制
在STEP5应用程序中对通信进行控制和管理。在每一次程序扫描和执行过程中，只能处理一条通信消息，而且须对通信的异常情况和正确的通信进行处理，根据语法规则的定义，采用SINAUT ST5软件包提供的标准接口功能块（FB）进行编程。
4.4 系统通讯
控制系统的主干通信网络为PROFIBUS-FMS，分布式远程I/O采用Profibus-DP。
(1) 系统组态
采用标准的系统组态软件包（COMProfibus）进行硬件配置和系统组态。定义控制系统通信所采用的硬件设备型号，各种设备和通信参数等，同时还须在此定义本控制站点通信上传的通信数据和接受控制中心发送下来的控制命令的数据格式等。
(2) 系统通信编程
· 通信同步处理
在通信的开始和正在通信的过程中，始终要求通信处理模块（CP）与本控制站点的处理器（CPU）同步，否则，通信处理器的通信数据不能被CPU进行正确接受和处理。通信的同步处理包括冷/热启动同步，冷启动同步是在给系统上电时的同步，热启动同步是系统复位等过程时的同步。冷/热启动同步的处理须根据系统硬件设备的类型，参考设备手册进行必须的应用编程。
· 通信程序处理和控制
在STEP5应用程序中须对通信的过程进行控制和管理，如：通信的异常处理、通信数据的准备和再处理等。所有这些须在应用程序中做相应的处理。
4.5 人机接口
在控制中心设置全厂的上位机监控系统SCADA。SCADA系统采用两台西门子Simatic工业计算机，运行的软件为第三方供应商提供的通用监控软件FIX软件包。两台计算机互为备用。SCADA系统对全厂的控制设备进行监控，而且可以对所有的控制参数进行修改，满足不同的工艺要求，并且实时打印报警输出和产生各种生产报表。
控制中心的PLC控制站中安装一块通信模块CP544，CP544带有两个通信口，分别与SCADA系统的两台监控计算机进行连接通信，通信协议为3964R；监控计算机通过串口和电流回路（TTY）接口装置与PLC的通信模块连接。
SCADA系统的监控计算机接受所有控制PLC站点的实时数据，并发送控制命令和控制参数到相应的PLC控制站点。
5 结语
本控制系统自1998年10月调试验收以来，各项控制功能满足水厂运行需要，系统设备和控制网络运行稳定可靠，完全满足设计的控制功能要求。尤其是远程数据传输SINAUT系统，首次在水处理行业采用，并经过几年的现场运行证明，数据传输误码率低，安全稳定可靠。
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引用 匿名 2006/10/28 10:41:32 发表于2楼的内容
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wangdp1234 发表于 2007/3/6 17:08:24
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引用 wangdp1234 2007/3/6 17:08:24 发表于3楼的内容
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引用 瑞雪照丰年 2007/3/6 17:38:41 发表于4楼的内容