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案例頻道關鍵詞：控制系統，PLC, DCS,MACS，S7300
1. 預處理水廠工藝簡介
1.1 預處理水廠主要工藝以及主要參數。
? 水源－－ 由兩根DN600的輸水管線從羅岙水庫輸送至水廠
? 設計出力－－2.5萬m3/d
? 水質－－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
? 預處理工藝－－機械攪拌澄清池＋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預處理水廠主要構筑物
主要構筑物有：配水井、機械攪拌澄清池、均質濾料濾池、生活水清水池、化學原水清水池、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施。
1.3預處理水廠工程方案
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的方式。
2.預處理水廠控制系統介紹
2.1預處理水廠控制系統的用途和功能
預處理水廠控制系統對水廠所有的儀表參數、電氣設備狀態等在水廠中央控制室LCD上集中進行監視，并對系統中的閥門、泵等設備進行自動或手動控制，以滿足工藝的測量及控制要求。
水廠工藝系統中加礬系統、加氯系統、污泥處理系統及濾池系統四個子系統都自帶PLC控制器控制。在全廠儀控系統中這四個PLC控制器作為控制子站。操作員在水廠中央控制室中能監視或控制這四個子系統外所有的工藝設備，并能通過這四個PLC控制子站對這四個系統的工藝設備進行監視和控制。同時中央控制室能調用這四個PLC子站中的程序，完成參數的重新設置等功能。這就要求本DCS控制系統要與這四個PLC子站遵循相同的通訊協議，由于本項目所有工藝子系統 PLC均采用西門子PLC S7300,所以與和利時MACSV DCS采用PROFIBUS 通訊協議，從而保證本系統能與工藝設備自帶的PLC進行通訊。
圖1 控制系統設備配置示意圖
2.2預處理水廠控制系統結構以及層次劃分
2.2.1預處理水廠控制系統結構
a) 水廠儀表控制系統完成數據采集、參數監測功能、調節閥控制功能、設備自動、手動控制功能（包括PID控制、聯鎖邏輯等等），以滿足各種運行工況的要求，確保工藝設備安全、高效運行。
b) 系統由遠程I/O機柜、控制機柜、工藝設備自帶的PLC子站和人機接口組成。遠程I/O機柜、控制機柜和工藝設備自帶的PLC子站完成現場數據采集、控制和管理，同時這些設備通過通訊網絡連接并與控制室上位機進行通訊。控制室上位機利用人機界面圖形控制軟件進行人機交互，實現整個DCS控制系統的控制、協調和管理。系統易于組態（圖形化、模塊化），易于使用，易于擴展。系統配置冗余的網絡結構，任一路網絡故障，不會影響系統的正常運行。
c) 系統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。系統內任一組件發生故障均不影響整個系統的工作。
d) 系統的參數、報警和自診斷功能高度集中在顯示器上顯示和在打印機上打印，按功能分散和物理分散的原則進行。
e) 計算機系統的操作界面和組態界面均采用中文。
2.2.2控制系統分層：
控制系統分為3層：
0層：現場一次儀表（溫度，壓力，流量，液位），分析機柜（余氯，PH，濁度），電動執行機構（泵，閥門，鼓風機，機械攪拌器，刮泥機，污泥脫水離心機，液位開關）
1層：PLC （加氯，加礬，污泥，濾池），DCS機柜（801-1CP，801-2CP，802CP）生產水泵變頻柜（2個，每兩臺生產水泵一臺變頻柜）
2層：操作員站1個，工程師站一個
2.3 由PLC實現的工藝子系統簡介
PLC采用西門子S7300系統，主工藝相關的控制全部由西門子S7300系列PLC完成，能夠根據水處理工藝運行要求，自動控制單元設備的運行，同時通過現場儀表采集水位、壓力、余氯、濁度、pH值、流量等生產實時數據，PLC控制器對采集的數據進行分析，通過PLC控制器的自動控制，實現自動加礬加氯，實現氣水反沖濾池的自動沖洗。當超過設定報警值時，發出報警信號，提醒操作人員注意。4個PLC采用PROFIBUS-DP方式與DCS進行通訊，在 DCS側操作員站作為上位機對PLC各子系統（加氯，加礬，濾池，機械攪拌，污泥脫水共5個）進行監控，在通訊中斷的狀態下，由PLC獨立完成對主工藝的自動控制。
2.4 DCS控制系統介紹
2.4.1 MACS系列DCS簡介
HOLLiAS—MACS系統是和利時公司在成功地開發并應用了HS-DCS-1000系統和HS2000系統之后，在系統地總結了各行業用戶的意見和建議，充分調查了計算機技術、網絡技術、應用軟件技術、信號處理技術等最新發展動態的情況下，基于當今最先進的技術，采用成熟的先進控制算法，推出了的第四代DCS系統。在國內處于領先地位，已經成功應用于電力，石化等大型控制系統。
MACS系統是由以太網和使用現場總線技術的控制網絡連接的各工程師站、操作員站、現場控制站、通訊控制站、數據服務器組成的綜合自動化系統，完成大型、中型分布式控制系統（DCS）、大型數據采集監控系統（SCADA）功能。
MACS系統硬件由工程師站、操作站、現場控制站（包括主控單元設備和I/O單元設備）、通訊控制站、系統服務器、系統網絡、監控網絡、控制網絡等組成。
MACS系統軟件包括：工程師站組態軟件；操作員站在線軟件；現場控制器運行軟件；服務器軟件等。
圖2 MACS 系統結構
2.4.2 DCS主要設備以及功能
工程師站
工程師站運行相應的組態管理程序，對整個系統進行集中控制和管理。工程師站主要有以下功能：
組態（包括系統硬件設備、數據庫、控制算法、圖形、報表）和相關系統參數的設置。現場控制站的下裝和在線調試，服務器、操作員站的下裝。在工程師站上運行操作員站實時監控程序后，可以把工程師站作為操作員站使用。
操作員站
操作員站運行相應的實時監控程序，對整個系統進行監視和控制。操作員站主要完成以下功能：
各種監視信息的顯示、查詢和打印，主要有工藝流程圖顯示、趨勢顯示、參數列表顯示、報警監視、日志查詢、系統設備監視等。通過鍵盤、鼠標或觸摸屏等人機設備，通過命令和參數的修改，實現對系統的人工干預，如在線參數修改、控制調節等。
服務站
服務站運行相應的管理程序，對整個系統的實時數據和歷史數據進行管理。
現場控制站
現場控制站運行相應的實時控制程序，對現場進行控制和管理。現場控制站主要運行工程師站所下裝的控制程序，進行工程單位變換、數據采集和控制輸出、控制運算等。
監控網絡MNET
冗余高速以太網鏈路
使用五類屏蔽雙絞線或光纖將各個通訊節點連接到中心交換機上
節點有工程師站、操作員站、服務站
采用TCP/IP通訊協議
系統網絡SNET
冗余高速工業以太網
采用HSIE 通訊協議
使用五類屏蔽雙絞線或光纖將各個通訊節點連接到中心交換機上
節點有服務站、現場控制站
控制網絡CNET
位于現場控制站內部
Profibus-DP現場總線
采用帶屏蔽的雙絞銅線連接
節點主要有DP主站（主控單元中的FB121模件）和DP從站(智能I/O單元)
完成實時輸入/輸出數據和從站設備診斷信息的傳送
站地址為0-125
3.結束語
三門核電預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權的國產DCS系統做為控制系統是具有重要意義的。
參考文獻：
[1] 和利時 MACS 系統簡介，2005
[2] 三門核電預處理水廠儀控說明書，2007
轉載于中國工控網
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號