三菱PLC、變頻器及組態(tài)軟件在水廠(chǎng)的應用

1、引言

　　自來(lái)水廠(chǎng)的制水過(guò)程是從水源地取水經(jīng)輸水管網(wǎng)至水廠(chǎng)，處理達標后通過(guò)配水管網(wǎng)送至用戶(hù)?；葜菔薪彼畯S(chǎng)是以東江河水為水源的水廠(chǎng)，從取水泵站至水廠(chǎng)約3KM，一期工程設計供水能力為20萬(wàn)噸/日，1999年9月22日正式供水。該廠(chǎng)采用集散測控管理系統，控制方式采用PLC+PC的監控方式，設制一個(gè)中心控制主站和四個(gè)現場(chǎng)分站，各PLC站之間通過(guò)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，現場(chǎng)設備的控制方式分為手動(dòng)與自動(dòng)兩種控制方式：手動(dòng)時(shí)PLC監測設備的運行狀態(tài);自動(dòng)時(shí)PLC監控設備的運行。江北水廠(chǎng)所有的PLC均采用三菱AnS系列，完成了邏輯控制、過(guò)程控制、PID等多種控制任務(wù)。江北水廠(chǎng)所涉及的變頻控制采用三菱變頻器，它們與PLC配合達到了最優(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(chǎng)對控制系統的要求

　　1）、分散性

　　根據江北水廠(chǎng)工藝的特點(diǎn)，分為取水泵站、投礬車(chē)間、投氯車(chē)間、反應池、平流濾、濾池、清水池、供水泵站等。由于主體設備過(guò)于分散因此需要控制系統設計成幾個(gè)不同功能的分站，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )使各個(gè)站之間既獨立又關(guān)聯(lián)，互不影響地進(jìn)行各自的控制任務(wù)。

　　2）、集中監控

　　為了確保供水水制，操作人員需要在中控室對整個(gè)水廠(chǎng)的生產(chǎn)情況了解，并進(jìn)行集中監控。

　　3）、可靠性、安全性

　　水廠(chǎng)的安全、穩定運行直接關(guān)系到千家萬(wàn)戶(hù)，所以從控制系統的結構設計、軟硬件產(chǎn)品質(zhì)量到控制程序編制等各個(gè)環(huán)節都必須是高可靠性的。

　　4）、可維護性

　　系統在系統軟件、應用軟件和硬件方面具有強大的報警和故障自診斷功能，方便工程師對系統故障進(jìn)行分析和維護。

　　5）、可擴展性

　　系統應采用具有一定標準及應用較為廣泛的軟硬件產(chǎn)品，并考慮一定的余量，為將來(lái)水廠(chǎng)的擴建及系統的變更打下基礎。

　　6）、開(kāi)放性

　　開(kāi)放性是用戶(hù)對控制系統的普遍需求。隨著(zhù)計算機和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展和應用的普及，人們越來(lái)越需要過(guò)程控制系統與管理信息系統交互信息，從而實(shí)現管理與控制一體化。最終達到向管理要效率，向管理要效益。盡管各控制系統生產(chǎn)廠(chǎng)家在現場(chǎng)控制器模塊級還不可能完全開(kāi)放或通用，但必須要求上位機監控系統具有開(kāi)放性，例如：監控系統應基于微軟公司的WindowsNT、2000或9X平臺，支持各種規范的協(xié)議如OPC、ODBC、ActiveX、DDE等。

3、 控制系統構成

　　1）、 控制系統硬件

　　如圖所示，江北水廠(chǎng)根據系統不同功能分為五個(gè)PLC站，應用三菱MELSECNET/10網(wǎng)組網(wǎng)通訊，通過(guò)A1SJ71UC24-R2與計算機通訊。利用電信局幀中繼與公司調度室進(jìn)行數據傳輸。遠程測壓點(diǎn)通過(guò)無(wú)線(xiàn)通訊進(jìn)行數據傳輸。根據生產(chǎn)的特點(diǎn)五個(gè)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(guò)程控制為主，利用儀表、變頻器進(jìn)行投氯、投礬的回路控制。儀表輸出4-20mA標準信號。

　　B、排泥車(chē)分站以邏輯控制為主，通過(guò)PLC發(fā)出的指令，指令通過(guò)中間繼電器及變頻器，對行車(chē)的電機及泵等設備進(jìn)行開(kāi)停、運行頻率變化等控制，以達到運行的高度自動(dòng)化。

　　C、濾池分站是邏輯控制與過(guò)程控制相輔相成，并加入了PID控制。在幾個(gè)站中濾池分站屬于最復雜繁煩，我廠(chǎng)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PLC接受到濾池站發(fā)出的反沖要求指令時(shí)，開(kāi)始按程序順序地進(jìn)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(shí)間通知值班人員。

　　以上各站中主站CPU選用三菱A2ASCPU-S1（I/O點(diǎn)數1024，存儲容量256K），其它各站選用A2ASCPU（I/O點(diǎn)數512，存儲容量64K），A/D轉換模塊選用A1S68AD，D/A轉換模塊選用A1S68DAI，在網(wǎng)絡(luò )方面選用了A1SJ71BR11模塊組成的同軸電纜總線(xiàn)方式的MELSECNET/10網(wǎng)。此網(wǎng)絡(luò )的最大優(yōu)點(diǎn)是當一個(gè)站由于電源故障或其它故障而脫網(wǎng)時(shí)，這個(gè)站將被分離，數據鏈接繼續在有效的站間進(jìn)行，當故障消除時(shí)，它自動(dòng)返回在線(xiàn)狀態(tài)，重新開(kāi)始通信。從江北水廠(chǎng)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(méi)有因PLC故障導致生產(chǎn)無(wú)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(chǎng)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(gè)水位的設定值（SV值），通過(guò)PID控制單元將過(guò)程值（PV值）與設定值（SV值）對比，并執行PID控制算法，送出適合于執行機構特性的命令值（MV值）。執行機構是由模擬輸出控制。我廠(chǎng)共有10組濾池，因些組數設為10，設定執行周期為K100（1sec），P值為K1000（10），I值為K2000（200 sec），D值為K0。實(shí)際應用中能滿(mǎn)足控制要求，達到V型濾池恒水位控制的要求，我廠(chǎng)PID控制可以分為自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式，自動(dòng)控制即由PLC進(jìn)行全自動(dòng)控制，不需要進(jìn)行人工干預。手動(dòng)控制即在上位機上給定一個(gè)閥位輸出值（MV值），通過(guò)PLC對閥位進(jìn)行控制，手動(dòng)方式時(shí)內部設定點(diǎn)不與測量值校準。

　　編程梯形圖軟件用三菱公司的GPPW軟件，在組網(wǎng)設置方面非常簡(jiǎn)便，在程序調試方面及在線(xiàn)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(guò)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字控制技術(shù)，在使用過(guò)程中都能達到很好的響應能力，具有頻率設定檢測、負荷選擇、電流輸入等，共計100多個(gè)參數選擇。及對變頻器過(guò)載、CPU故障、電機再生電壓過(guò)大等多種故障進(jìn)行監控。當設備發(fā)生故障時(shí)，該變頻器可及時(shí)停止運行，防止事態(tài)惡習化，并通過(guò)參數單元顯示故障代碼，提高查找故障的效率。相比FR-E540-0.75K調節參數設置方面沒(méi)有FR- A044-2.2K方便。使用變頻器后感覺(jué)最大的優(yōu)點(diǎn)是：變速區段全由軟件設置，具有柔性控制的特點(diǎn)。

系統結構圖

　　2）、控制系統監控組態(tài)軟件

　　江水水廠(chǎng)的人機監控系統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)王軟件構成，組態(tài)軟件與PLC構成了上、下位機關(guān)系。通過(guò)專(zhuān)用的I/O dirver將二者結合起來(lái)，實(shí)現數據采集和監控（SCADA）的任務(wù) 。組態(tài)軟件支持第三方應用程序的運行，具有操作簡(jiǎn)單、管理方便、安全性、維護性、可移植性、穩定性強的特點(diǎn)。我們還利用FIX通過(guò)ODBC SQL實(shí)現了與調度室數據傳輸任務(wù)，保證了系統的開(kāi)發(fā)性和可擴展性。FIX提供了報警系統生成、顯示、存儲報警信息等功能，使下位機PLC的事件實(shí)時(shí)地顯示出來(lái)。

4、 結束語(yǔ)

　　本系統在江北水廠(chǎng)已穩定運行近四年多，運行結果表明三菱自動(dòng)化PLC及變頻器與組態(tài)軟件組成的PLC+PC系統能充分滿(mǎn)足對水廠(chǎng)控制系統的要求，對水廠(chǎng)的安全運行、提高供水質(zhì)量、節能降耗、優(yōu)化管理等方面起到了至關(guān)重要的作用。