摘 要：本文通過分析自來水廠對控制系統(tǒng)的功能要求，主要介紹了三菱自動化的plc及變頻器在自來水廠的應(yīng)用，以及與fix組態(tài)軟件構(gòu)成的自控系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：plc，變頻器，組態(tài)軟件
1、引言
自來水廠的制水過程是從水源地取水經(jīng)輸水管網(wǎng)至水廠，處理達標(biāo)后通過配水管網(wǎng)送至用戶。惠州市江北水廠是以東江河水為水源的水廠，從取水泵站至水廠約3km，一期工程設(shè)計供水能力為20萬噸/日，1999年9月22日正式供水。該廠采用集散測控管理系統(tǒng)，控制方式采用plc+pc的監(jiān)控方式，設(shè)制一個中心控制主站和四個現(xiàn)場分站，各plc站之間通過三菱melsecnet/10網(wǎng)通訊，中心控制室與各計算機之間用三菱通訊模塊a1sj71uc24-r2通訊，現(xiàn)場設(shè)備的控制方式分為手動與自動兩種控制方式：手動時plc監(jiān)測設(shè)備的運行狀態(tài);自動時plc監(jiān)控設(shè)備的運行。江北水廠所有的plc均采用三菱ans系列，完成了邏輯控制、過程控制、pid等多種控制任務(wù)。江北水廠所涉及的變頻控制采用三菱變頻器，它們與plc配合達到了 優(yōu)控制。上位機采用美國intellution公司的fix組態(tài)軟件及國產(chǎn)組態(tài)王軟件。
2、江北水廠對控制系統(tǒng)的要求
1）、分散性
根據(jù)江北水廠工藝的特點，分為取水泵站、投礬車間、投氯車間、反應(yīng)池、平流濾、濾池、清水池、供水泵站等。由于主體設(shè)備過于分散因此需要控制系統(tǒng)設(shè)計成幾個不同功能的分站，通過網(wǎng)絡(luò)使各個站之間既獨立又關(guān)聯(lián)，互不影響地進行各自的控制任務(wù)。
2）、集中監(jiān)控
為了確保供水水制，操作人員需要在中控室對整個水廠的生產(chǎn)情況了解，并進行集中監(jiān)控。
3）、可靠性、安全性
水廠的安全、穩(wěn)定運行直接關(guān)系到千家萬戶，所以從控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計、軟硬件產(chǎn)品質(zhì)量到控制程序編制等各個環(huán)節(jié)都必須是高可靠性的。
4）、可維護性
系統(tǒng)在系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件和硬件方面具有強大的報警和故障自診斷功能，方便工程師對系統(tǒng)故障進行分析和維護。
5）、可擴展性
系統(tǒng)應(yīng)采用具有一定標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用較為廣泛的軟硬件產(chǎn)品，并考慮一定的余量，為將來水廠的擴建及系統(tǒng)的變更打下基礎(chǔ)。
6）、開放性
開放性是用戶對控制系統(tǒng)的普遍需求。隨著計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的普及，人們越來越需要過程控制系統(tǒng)與管理信息系統(tǒng)交互信息，從而實現(xiàn)管理與控制一體化。 終達到向管理要效率，向管理要效益。盡管各控制系統(tǒng)生產(chǎn)廠家在現(xiàn)場控制器模塊級還不可能完全開放或通用，但必須要求上位機監(jiān)控系統(tǒng)具有開放性，例如：監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)基于微軟公司的windowsnt、2000或9x平臺，支持各種規(guī)范的協(xié)議如opc、odbc、activex、dde等。
3、 控制系統(tǒng)構(gòu)成
1）、 控制系統(tǒng)硬件
如圖所示，江北水廠根據(jù)系統(tǒng)不同功能分為五個plc站，應(yīng)用三菱melsecnet/10網(wǎng)組網(wǎng)通訊，通過a1sj71uc24-r2與計算機通訊。利用電信局幀中繼與公司調(diào)度室進行數(shù)據(jù)傳輸。遠程測壓點通過無線通訊進行數(shù)據(jù)傳輸。根據(jù)生產(chǎn)的特點五個plc站分別為投加分站、平流池分站、濾池分站、反沖分站、主站。所有plc站均采用三菱ans系列plc。
a、投加分站以過程控制為主，利用儀表、變頻器進行投氯、投礬的回路控制。儀表輸出4-20ma標(biāo)準(zhǔn)信號。
b、排泥車分站以邏輯控制為主，通過plc發(fā)出的指令，指令通過中間繼電器及變頻器，對行車的電機及泵等設(shè)備進行開停、運行頻率變化等控制，以達到運行的高度自動化。
c、濾池分站是邏輯控制與過程控制相輔相成，并加入了pid控制。在幾個站中濾池分站屬于 復(fù)雜繁煩，我廠有十組濾池，并且都投入運行，三菱plc完全能達到控制要求。
d、反沖分站主要是以邏輯控制為主，當(dāng)plc接受到濾池站發(fā)出的反沖要求指令時，開始按程序順序地進行控制。
e、主站以邏輯控制為主，其作用主要是加強報警功能，將各分站發(fā)生的緊急事故，第一時間通知值班人員。
以上各站中主站cpu選用三菱a2ascpu-s1（i/o點數(shù)1024，存儲容量256k），其它各站選用a2ascpu（i/o點數(shù)512，存儲容量64k），a/d轉(zhuǎn)換模塊選用a1s68ad，d/a轉(zhuǎn)換模塊選用a1s68dai，在網(wǎng)絡(luò)方面選用了a1sj71br11模塊組成的同軸電纜總線方式的melsecnet/10網(wǎng)。此網(wǎng)絡(luò)的 大優(yōu)點是當(dāng)一個站由于電源故障或其它故障而脫網(wǎng)時，這個站將被分離，數(shù)據(jù)鏈接繼續(xù)在有效的站間進行www.plcs.cn，當(dāng)故障消除時，它自動返回在線狀態(tài)，重新開始通信。從江北水廠投產(chǎn)運行至今，除了一次被雷電擊壞了網(wǎng)絡(luò)模塊以外，還沒有因plc故障導(dǎo)致生產(chǎn)無法正常運行的事件發(fā)生。
由于篇幅有限，這里主要講一下pid控制，水廠涉及pid控制回路主要是濾池站，在pid控制回路中要給出一個水位的設(shè)定值（sv值），通過pid控制單元將過程值（pv值）與設(shè)定值（sv值）對比，并執(zhí)行pid控制算法，送出適合于執(zhí)行機構(gòu)特性的命令值（mv值）。執(zhí)行機構(gòu)是由模擬輸出控制。我廠共有10組濾池，因些組數(shù)設(shè)為10，設(shè)定執(zhí)行周期為k100（1sec），p值為k1000（10），i值為k2000（200 sec），d值為k0。實際應(yīng)用中能滿足控制要求，達到v型濾池恒水位控制的要求，我廠pid控制可以分為自動和手動兩種方式，自動控制即由plc進行全自動控制，不需要進行人工干預(yù)。手動控制即在上位機上給定一個閥位輸出值（mv值），通過plc對閥位進行控制，手動方式時內(nèi)部設(shè)定點不與測量值校準(zhǔn)。
編程梯形圖軟件用三菱公司的gppw軟件，在組網(wǎng)設(shè)置方面非常簡便，在程序調(diào)試方面及在線檢測方面已大大優(yōu)越于老版本的gppa。
在變頻器的使用中，我們接觸過兩款三菱公司的變頻器，fr-a044-2.2k 和fr-e540-0.75k，產(chǎn)品均采用以微處理器核心的數(shù)字控制技術(shù)，在使用過程中都能達到很好的響應(yīng)能力，具有頻率設(shè)定檢測、負荷選擇、電流輸入等，共計100多個參數(shù)選擇。及對變頻器過載、cpu故障、電機再生電壓過大等多種故障進行監(jiān)控。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時，該變頻器可及時停止運行，防止事態(tài)惡習(xí)化，并通過參數(shù)單元顯示故障代碼，提高查找故障的效率。相比fr-e540-0.75k調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)置方面沒有fr- a044-2.2k方便。使用變頻器后感覺 大的優(yōu)點是：變速區(qū)段全由軟件設(shè)置，具有柔性控制的特點。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
2）、控制系統(tǒng)監(jiān)控組態(tài)軟件
江水水廠的人機監(jiān)控系統(tǒng)由位于中控室的兩套fix6.15組態(tài)軟件及投加室一套組態(tài)王軟件構(gòu)成，組態(tài)軟件與plc構(gòu)成了上、下位機關(guān)系。通過專用的i/o dirver將二者結(jié)合起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控（scada）的任務(wù) 。組態(tài)軟件支持第三方應(yīng)用程序的運行，具有操作簡單、管理方便、安全性、維護性、可移植性、穩(wěn)定性強的特點。我們還利用fix通過odbc sql實現(xiàn)了與調(diào)度室數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)，保證了系統(tǒng)的開發(fā)性和可擴展性。fix提供了報警系統(tǒng)生成、顯示、存儲報警信息等功能，使下位機plc的事件實時地顯示出來。
4、 結(jié)束語
本系統(tǒng)在江北水廠已穩(wěn)定運行近四年多，運行結(jié)果表明三菱自動化plc及變頻器與組態(tài)軟件組成的plc+pc系統(tǒng)能充分滿足對水廠控制系統(tǒng)的要求，對水廠的安全運行、提高供水質(zhì)量、節(jié)能降耗、優(yōu)化管理等方面起到了至關(guān)重要的作用。
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