罗善培
东莞市塘厦自来水公司
摘要:本文主要是参照某自来水公司工艺控制要求，结合PLC以及GPRS探究该公司水厂的自控系统，研究这两种控制系统的结构和设计以及所需的硬件设备、软件程序，介绍PLC以及GPRS系统在自来水厂自控系统中的应用，实现GPRS功能过程。
关键词:PLC；组态王；GPRS；自控系统
引言：保持经济稳定上升式发展，需对水资源做充分的探索。在节约水源的同时实现经济最大利益化。近年来，水厂各控制点之间的分散性越来越强，分散范围广导致水厂总控制中心无法把控侧压电、深井泵站与控制中心之间的联系。仅依靠人工力量改善此种现状，不仅会加大工人的劳动强度，同时也会提升制水成本，最终影响企业的管理水平以及所获得的生产效率。改善目前现状，需采用自控技术，某公司为顺利实行现代化自控技术，建立公司内部自控系统，从而能够对水站进行远程控制、采集深井泵站以及测压点的数据。其采用西门子S7-300PLC作为控制设备以及 GPRS 无线数据通信模块SINAUTMD720、GPRS数据传输装置L DG600型DTU为遥测遥控设备。
一、某自来水厂工艺流程简介
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（一）混凝反应处理
没有经过加工的原水，在投入混凝剂之后。两者均匀混合便可以破坏难以沉淀的悬浮物以及胶粒的稳定性，悬浮物互相吸附在一起，组成大颗粒絮凝体，最后经过管道进入沉淀池，便可进入沉淀处理阶段。
（二）沉淀处理
受重力作用影响，絮状体会自动剥离实体沉淀于池底，其余水流会借助沉淀池的截面流向出口，而颗粒物质则被沉于池底。
（三）过滤处理
过滤主要是去除水流中的悬浮颗粒，一般是借助石英砂滤料层，粘附水中悬浮颗粒，保持水流清澈，将水中的有机物病毒细菌排除水流之外。
（四）滤后消毒处理
按照饮用水细菌学指标，人体所饮用水源必须做消毒处理。为了预防细菌污染水源，一般会在水管的末梢放置一定含量的氯，经消毒后，依靠水泵房的水压向外输送[1]。
二、控制系统设计
（一）控制系统结构
本文所讲述的控制系统机组成部分包含操作员、GPRS/GSM网络、传感器仪表、阀门等。其中，对于水厂局域网的监管工作，主要是由上层领导负责；自控生产工艺操作流程，需要操作员负责；上位机人机界面，运用组态王编程可以远程操控深井泵；远程传输指令到达深井控制箱，以此控制深井泵的开合；借助PLC编程，收集水厂自控系统数据。其整体控制系统结构图如下所示：
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（二）控制方案设计
该水厂的控制系统结构，多采用分布式。控制层包括设备层、控制层和监管层。各种压力传感器、变频器等开关装置均存在于设备层当中；PLC为控制层的主要控制设备，不仅可以提供供水，同时也可有效监控现场I/O设备；监管层可以自动化控制设备输入和输出信号，并可借助人机界面实时监控系统运行概况。
（三）控制系统硬件设计
某供水公司采用恒压变量供水系统，不仅可以收集水压、模拟量信号，同时也可以输入输出数字量信号，信号经过PLC系统转化为A/D，传输至上位机，最后进入数据库[2]。
1.PLC 控制单元
西门子公司的S7-300PLC主控制器共有两个接口，一个接口连接SINAUTMD720-3通信模块，而另一个与水位和闸门传感器连接。控制器核心单元为CPU226，该单元具有24输入、16输入、40以上数字量I/0 点，具备6个30千赫兹以上高速计算器，且两路20千赫兹的高速脉冲输出可同时进行。与此同时，其内部组成部件还包括微分控制器、比例控制器等，MPI、PPI通信协议和自由方式通信为RS485通信编程口主要通信方式。
2.人机界面操作站
IPC-610/P4/2.0G/256M/80G 型号控制机是闸门操作站主计算机，其配套设备包括打印机、USB电源以及液晶显示器。SIMATICTP270 型触摸屏闸门状态和所需数值需借助STMACTICWinCC 软件进行把控。
3.通信监控设备
GPRS无线数据通讯模块SINAUTMD720 -3 是PLC控制系统的专用模块，GPRS与PLC连接，依靠GPRS通信管理软件以及调制解调器天线等。该GPRS无线通讯模块，不仅能够交换调制解调器数据，同时还可以借助GSM服务发布SMS以及传真消息；保护S7-200数据访问，通过接收到的IT命令，连接CSD以及GPRS。所使用的最佳监控系统为网景达 GatePlusVGW2000，不仅可绑定宽带，交换机连接口众多，同时附带超强的宽带捆绑以及上网管理功能[3]。
（四）PLC控制程序设计
SIMATIC公司的STEP7 V5.4 版本编程软件，为本文控制程序设计主要软件。控制编制程序主要采用结构法控制算法，将任务由大化小，借助组织块、功能块以及数字化的模块，运行程序并且存储大量数据和变量，从而达到采集数据，控制系统编制过程等算法流程；同时还需要设计采样子程序，编写量呈转换子程序等。此类程序的编写主要借助工艺流程、模拟量信号以及现场设备为基础；控制子程序主要是结合控制要求，对电机调节法等控制程序做相应编写。
（五）组态软件设计
上位机组态软件中的组态王监控系统软件，可随时监控和控制水厂供水状况。该监控软件结合面向对象软件编程技术，用户界面友好，数据处理能力强，同时还有数据库以及在线功能的支持。该软件主要使用的是亚控公司组态王软件v5.3版本。软件不仅具有报表输出打印、超限报警等功能，同时也可以输入定值以及PID参数，帮助工作人员高效管理水厂[4]。
二、 GPRS功能实现
由GSM系统所发展的GPRS承载业务，可以将数据业务通过分组的形式呈现给GSM用户。GPRS所利用技术为分组交换技术，宽带速度最高可达171.2Kb/s。目前，该项技术主要用来满足远程监控，金融交易等特殊通信需求。
本文所使用的LDG6000型DTUI4 GPRS数据传输装置，在市场上已日趋成熟，功能模块齐全，同时又拓宽了TCP-/IP协议。组网结构是由计算机以及互联网中心公网固定IP地址组成，将SIM卡插入到监控点RTU当中，连接软件和系统中心，可保持系统运行的稳定性。
三、结论
综上所述，通过运用PLC以及GPRS技术，可以实现东莞市塘夏自来水厂自控系统全过程，不仅能够帮助水厂走向自动控制化道路，同时也能够远程操控系统、获取申请数据，统一监控水厂系统整体运行，大幅度节省人力以及物力耗费，因此在未来将具有优质的推广价值。
参考文献:
[1]王会敏，韦文广.基于PLC的水厂滤池控制[J].自动化技术与应用,2009, 28(5): 100- 104.
[2] 刘立康,孙龙杰. 移动通信技术与终端[M].北京:电子工业出版社 ,2011.
[3]肖家胜.基于DCS架构的自来水厂智能控制系统研究[J].水资源研究，2015，04(4)：360-367.
[4]朱明瑞，沈伟.可编程逻辑控制器(PLC)在污水处理厂中的应用[J].净水技术，2010，29(5)：80-83.