西门子CPU模块6ES7214-1AF40-0XB0型号规格

系统概述

　　水文测报的主要任务是测定江河湖库降雨量、水位、**等水文要素自然变化的情况，它是一项基础和前期工作，是防汛抗旱的耳目和参谋，其质量和精度将直接影响水情信息的实时性和准确性，影响对防汛抗旱决策的科学性，加强报汛站测报基础设施的建设，强化水情信息采集、传输的工作，**水情测报质量成为当务之急。

　　由于传统的水位、雨量数据采集设备无法满足遥测系统的需要，必须进行更新或改造，实现水文信息的数字化、自动采集、长期自动存贮以适应现代数字通讯和计算机的应用要求。

　　大规模的水文数据远程自动测报系统，可以有效**水雨情实时监测的站点密度和覆盖面，大大**报汛的时效性，可增加洪水预报的有效预见期和预报精度，争取了防汛的主动性，能在防汛工作中发挥重要作用。

　　系统结构及工作机制

　　水文数据远程测报系统的建设主要包括以下几个方面：水文数据采集设备，一般指的是水文遥测终端机，可进行雨量采集、水位采集、**采集； GPRS数据传输终端，完成远程数据传输；水文信息中心站，包括系统软件及数据库，可分析、显示、存储、发布水文信息数据以供决策。

　　总体结构如下图：

　　 水文遥测终端机

　　直接测量雨量、水位等水文数据，是整个遥测系统信息的来源，终端机除具有雨量、水位定时发送等基本功能外，还具有强发和编程功能，遥测终端机一般处于河流上游或者湖泊边缘，分布分散，可以长期工作在无人值守的环境中，并且往往无交流电源提供，需要靠太阳能浮充和免维护蓄电池供电。

　　GPRS数据传输终端

　　对于报汛通信网，中心从遥测站取得各类水情信息，这是基本、主要的；通讯方式可采用PSTN、GPRS、卫星等，由于移动通信GPRS网络具有稳定可靠、覆盖面较广、网络能力强、通信费用低、不受地域限制的优点，具体包括：

　　· **性，随着移动通讯技的发展，如今已经实现基于分组的 GPRS 通讯；并且继续向 3G 方向发展。

　　· 可靠性，作为商用的电信运营网络，其可靠性相当高，信息发送和接收安全可靠，不会丢失。

　　· 实用性， GSM 作为一个成熟实用的网络，已经能满足用户需求，实现资源共享，信息交流。

　　· 经济性，首先，采用移动通讯方式在网络建设上不需要投入，也不用租用通信线路、其次，通讯费用低， GPRS 只有产生通信**时才计费； GMS 短消息发送一条信息的费用为 0.1 元，接收者不收费。

　　因此GPRS在水文数据传输通信方面可以被认为是一种的通信方式。设备可采用驿唐科技的MD-600G工业级智能无线数据传输终端，MD-600G工作稳定、上线方式灵活，并可节省通讯**，已成功应用在水文水利行业的无线数据传输上，并且其优越的性能获得了行业用户的广泛认可。

　　水文信息中心站

　　中心站由实时监控服务器、数据库服务器、通讯设备、电源系统、防雷设施、软件系统等组成。主要完成以下功能：

　　· 实时显示水文信息；

　　· 实现各水文站、遥测站的雨量、水位信息的自动采集和存储；

　　· 实现水文水资源信息省中心或防汛部门、自动测报系统中心的自动传输；

　　· 提供实时水情分析及水情预**务；

　　· 对站点任意时间的水位、雨量、日雨量和累计雨量信息的查询；

　　· 对所形成各种水文要素资料整编成表。

　　系统工作体制

　　系统工作体制对系统功能的实现有重要的影响，目前水文数据自动测报系统通常采用自报式、查询应答式、自报／应答兼容式三种工作方式，几种工作方式的工作过程及特点是：

　　· 自报式：这是一种不受分中心指令控制的工作方式，当报汛站的测量参数（水位或雨量）发生一个计量单位变化时，主动将信息向中心发送。其特点是功耗低、结构简单、实时性强；能很好反映参数变化全过程。

　　· 查询应答式：在查询应答工作方式下，报汛站自身能对水文参数的变化自动采集和存储，但不主动传送给分中心。只有当中心发出查询指令时，才将数据送出。其特点是控制性好，中心随时可向测站索取数据。

　　· 自报／应答兼容式：具有上述两种方式的特点，既能实时反映参数变化全过程，又能响应分中心的查询。

　　为考虑局部降暴雨时系统能及时收集雨情信息，系统的工作机制采用查询应答与自报兼容的方式。其中报汛站的自报功能设置和暴雨自报标准的设置由中心遥测控制，以便使运行费用降至低。

　　系统功能特点

　　· 自动采集水位、降水数据，定时、适时地传输数据，数据可长期在站存储

　　· 数据查漏和补发机制

　　· 可靠的数据安全机制和固态存储数据的多重备份与提取机制

　　· 远程测站维护，包括参数修改、数据下载等

　　· 各项设备符合结构简单、可靠、低功耗的原则；所有遥测站都能在无人值守的条件下工作

　　· 能长期地、特别是在暴雨洪水等恶劣天气条件下可靠地工作应避免因分中心站出现故障而丢失水文数据

　　· 系统定时发送时钟同步信号，全系统时钟同步

　　· 非法数据告警及设备故障告警

　　· 通信畅通率应＞ 98 ％，系统误码率小于 6 X 10 ˉ 5

　　· 能与其它有关的计算机网络系统进行数据通信

　　投入的意义

　　系统建设后实现了测站状态监控、远程维护管理、固态存储和远程数据提取等功能，通过该系统数据发送和补发机制，实现了水情报汛和水文整编数据的统一和结合。从而搭建了统一水文数据业务平台，并为今后遥测站点的增加和系统扩充提供了统一的平台。

　　系统的建成，在生产实践中可以发挥积极的作用。可以监测和预警大范围内的暴雨山洪灾害、在调节江河流域水压中发挥重要作用，同时及时的信息为入库洪水提供依据，可以拦蓄洪水，既避免和减轻了洪涝灾害损失，也大限度地实现了洪水资源化，

　　系统投入使用的实践表明：

　　· 该系统**了水雨情实时监测的站点密度和覆盖面，**了报汛的时效性，增加了洪水预报的有效预见期和预报精度，争取了防汛的主动性。

　　· 解决报汛资料和整编资料两张皮问题。本系统很好地结合报汛资料和整编资料的要求，将水文人员从繁复，乃至危险的外业作业环境中解脱出来，解决了传统水位、雨量资料测验、整编工作弊端，另一方面，**资料整编效率，节约成本，确保资料质量。

　　· 促进水文生产模式的转变。传统水文资料收集、整编工作方式，重复劳动量大，工序复杂，工作效率低，需要大量的人力。通过水雨情自动测报系统，大大减少了人工作业量，从而可以使水文原来点多面广、分散的人力资源配置模式，改为相对集中的基地化管理模式，促进了水文生产模式的转变，为水文走站队结合之路打下了基础。

　　经过实际运行考核表明，系统运行稳定可靠，满足防灾减灾的水情报汛和水文整编资料采集的要求，该技术方案具有很强的推广应用价值。特别采用该技术方案具有的建设投资成本低、建设周期短、维护费用低和高稳定性和可靠性的特点，对水雨情自动测报系统的大规模建设具有重要的作用

一：主要设备构成如下：原水箱-多介质过滤器-活性炭过滤器-反洗装置-中间膜过滤器-一级RO膜反渗透过滤器-中间水箱-中间膜过滤器-二级级RO膜反渗透过滤器-蓄水箱。

二：机电设备：泵有：原水泵-一级高压泵-二级高压泵-中间水泵-二级高压泵-供水泵-一级浓水电磁阀，淡水电磁阀-二级浓水电磁阀，淡水阀。计量加药泵。其控制要点为：一般由8个水位信号控制。4个高低水压保护。当蓄水箱水位中水位以下时，中间水箱中水位以下时要启动系统。一级，二级高压水泵启动时要开启浓水阀进行排水，排水设时由设备设计产水量大小决定。水压一般控制在2-4MPA之间。水压过高会损坏RO膜过滤器。

三：控制系统一般设计有工频和变频2种，其根据系统设计而定。控制系统采用方式有：继电接触控制系统，PLC控制系统，PLC与触摸屏，与人机介面相结合控制系统．

海口市自来水公司米铺水厂担负着向海口中心地区供水的重要任务。二期扩建工程利用德国政府贷款，进口全套水处理工艺、设备。二期扩建后，米铺水厂的供水能力从一期的7.5×104 m3/d**到24×104m3/d，大大改善了海口市的供水状况。水厂工艺流程如下：

　　1 控制系统组成原理

　　主控制器为西门子S5系列可编程控制器，其原理见图2。

　　根据工艺设计选择的要求，米铺水厂采用了比较流行的PLC+PC控制系统，将水处理中全部工艺参数由采样处理到调节过程全由微机实现三级监控，即：现场设备手动控制、各站PLC独立控制、中央控制室集中监控，由此构成了**可靠的集中监视、分散控制系统。采用集散型控制系统，能使控制功能和任务分散，分散出现故障的危险性，**系统的可靠性。全厂控制系统由泵站控制中心MCC1、滤站控制中心MCC2、加药加氯控制中心MCC3、中控室、模拟屏PLC4组成。

　　1.1 加药、加氯控制中心(MCC3)

　　从龙塘水源厂过来的源水进入**分配井，在此通过在线仪表检测源水的浊度、pH值、温度、余氯、**、PAC投加量等，其中源水浊度、源水**、PAC投加**作为加药控制的重要参数，在线仪表将其转换为PLC可识别的4～20 mADC信号，并调用专用PID控制功能块对变频加药泵进行控制。由于源水基本没受到污染，水质符合《地面水卫生标准》，只有在台风或暴雨季节出现浊度偏高的现象，因此在控制程序设计时选用根据浊度投加的方法。程序能够根据源水的浊度选取不同的投率，分为浊度＜10 NTU、10～50 NTU、＞50 NTU三档，经过一段时间的运行证明，此控制能够满足工艺要求，沉后水浊度为5 NTU左右。此外为了保证系统的可靠灵活以适应不同的情况(如浊度偏大偏小，或药液浓度改变等)，专门在中控室PC机上设计了一窗口，用来改变投加率，在保证工艺要求的前提下，起到节能降耗的目的。另外，加药车间贮药池装有液位计，可随时了解药池情况，每个药池装有搅拌器，定时自动搅拌，以防止药液沉淀影响浓度。
　　加氯系统采用真空加氯机，由于加氯机本身为一个控制器，只需送入所需的**和余氯信号，再通过相关的参数设置，加氯机即可自动投加。加氯机所需的**信号由PLC送来，余氯信号由余氯分析仪在线检测。考虑到源水加氯主要消除藻类等，对出厂水余氯影响不大，所以采用比例投加；后加氯对出厂水余氯影响比较大，所以采用复合环控制以稳定出厂水余氯。加氯车间还可检测到氯瓶组重量、氯库泄漏及其吸收等信号。
　　1.2 滤站控制中心(MCC2)
　　滤站控制中心根据工艺要求控制12格普通快滤池的过滤、反冲过程及相关的参数。每个滤池都装有一超声波液位计，用于检测滤池水位。滤池出水阀为一0～无级可调比例阀，由4～20 mADC控制PLC程序，根据液位、阀门的开度信号控制阀门开度，从而保持滤池水位恒定在80%。如果水位为，同时阀门开度为，PLC即判断为反冲条件，从而调用相应的反冲程序。反冲方式有三种：①水头损失，②定时，③强制放冲。滤池的操作方式有三种：①就地控制柜操作，设于每个池旁，每个柜装有5个阀门控制按(旋)钮及LED显示的开/关、故障信号；2台鼓风机、3台反冲泵开/停、故障信号及水池水位、风机压力、**、反冲水压力、**、空压机压力等信号较为直观，易于操作。②滤池控制室控制，由OP37通过画面显示每个池及相关设备的信号、参数以及操作。③中控室控制，由于每个池控制所涉及的开关量较多，而现场距滤池控制室较远，因而12格池的开关及量信号由PLC扩展模块与PLC通讯，从而节省了大批量电缆，简化了系统。另外，滤池控制程序为模块化结构，过滤、反冲等每一步骤只需调用相应的功能块并赋于相应的参数即可。
　　1.3 泵站控制中心(MCC1)
　　泵站控制中心主要监控6台高压电机、水泵的运行工况以及相关的参数。泵站的控制原理主要根据二路出水管压力，同时根据吸水井水位、相关的电机桂、管道上的阀门情况相结合来开停电机。此外，每台泵都装有压力、**传感器，二路出水管装有余氯分析仪、压力、浊度、**传感器以检测水厂的生产和卫生指标。泵站的操作也由三级组成：①机旁操作箱控制；②泵站控制箱控制；③中控室控制。
　　中控室各站的现场数据通过PLC的通讯模块及RS485与2部PC机组成一个L2-Pro 总线网络，同时2部PC通过网卡联机，实现资源共享。各站的OP37除了对该站设备进行操作显示外，还可了解其他站的情况。所用的监控软件为INTOUCH，通过DDE(动态数据交换)与L2-Pro总线进行数据交换。INTOUCH软件人机界面好，能够根据需要进行动画链接，生动、直观。主要窗口有：①进水窗口，②加药车间窗口，③加氯车间窗口，④滤站窗口，⑤泵站窗口，⑥高压配电柜窗口，⑦实时报警窗口。每一窗口显示相关的生产工艺参数，并能进行相关设备的操作。中控室的一部打印机用于实时故障打印，一部用于画面打印。另外INTOUCH还具有实时、历史趋势功能，能够了解生产参数的动态情况。中控室还配有一大型马赛克模拟屏，由PLC4驱动，用于显示整个水厂主要设备的运行状态(手动/自动/开/停/故障等)及主要工艺参数，使人一目了然，便于生产调度管理。

　　2 几点看法

　　① 采用分散控制和集中监视的控制方式，各站之间独立操作，包括采用了手动/自动的控制方式，能够消除相互之间的影响。
　　② 如何对自动化设备的维护和保养自然是一件重要的任务，在使用过程中我们遇到以下一些问题：
　　a.PLC模块和仪表损坏。分析原因，主要有电压偏高、过电压、或安装时没有按照要求正确接地。
　　b.设备误动作。如滤池误反冲，电机误跳闸，余氯，浊度超标报警等，分析原因一般为仪表故障所致。仪表作为自动控制的“眼睛”，必须按要求定期清洗、校验，才能保证系统的正常运行。
　　c.常因外线路故障而造成停电，恢复送电时出现设备的误动作情况。原因为主机判断失误所致，没有严格按照先外而后的顺序操作；许多仪表刚送电时都有一个自检过程，此其间会送出不正确的信号，从而引起主机判断失误，或引起PLC诸如超时等故障，造成系统死机瘫痪。
　　d.由于二期建的接触池加氯管线较长，还有**信号取自源水**，造成接触池余氯变化很大。发现后，在该接触池计量堰板旁加装了**计，结合超声波液位计算接触池**，**信号通过L2—BUS传输到加氯机控制器，从而稳定了接触池余氯。
e.原先设计时没有报表打印功能，为**管理水平，利用电子表格的DDE功能，每小时记录主要设备、仪表及工艺的参数，每天打印出一份完整的生产报表，弥补了原先设计上的不足。
　　③ 要充分利用现有的PLC接口资源对已有的设备进行自动化改造，以**整厂的自动化水平。
　　④ 由于泵站选用6台定速电机，还有受到源水、城市管网等因素影响，泵站的自动化运行还需进一步优化