PLC控制技術(shù)在自來(lái)水廠自控系統(tǒng)中的應(yīng)用

徐 龍

(廣東粵港供水有限公司，廣東 深圳518000)

近年來(lái)，城市供水問(wèn)題日益嚴(yán)峻，自來(lái)水廠的建設(shè)也不斷加快，各種控制設(shè)備也相繼得到應(yīng)用。其中，PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)就在自來(lái)水廠中得到廣泛的應(yīng)用，并取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效應(yīng)。所謂的PLC 控制技術(shù)，就是利用一種專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置進(jìn)行有關(guān)的控制。而將PLC 控制技術(shù)應(yīng)用于自來(lái)水廠會(huì)對(duì)提高水廠水質(zhì)監(jiān)控的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性以及提高水廠工人的生產(chǎn)效率和設(shè)備的耐用性有著積極意義，本文就PLC 控制技術(shù)在自來(lái)水廠自控系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，以期能為PLC 控制技術(shù)更好地應(yīng)用在自來(lái)水廠自控系統(tǒng)中而提供參考。

1 水廠控制系統(tǒng)概況

根據(jù)水廠控制的工藝流程和功能要求，自動(dòng)控制系統(tǒng)采用羅克韋爾的PLC-5 軟硬件設(shè)備，兩級(jí)的集散式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。第一級(jí)是廠級(jí)調(diào)度工作站(簡(jiǎn)稱主站)，第二級(jí)是區(qū)域控制室工作站。

在本系統(tǒng)中，設(shè)置了2 個(gè)主站(ZK1、ZK2)，它們互為熱備，當(dāng)一個(gè)主站出現(xiàn)故障時(shí)，所有控制權(quán)自動(dòng)轉(zhuǎn)向另一個(gè)，這時(shí)可以及時(shí)維修故障的主站。這樣，既提高了整個(gè)系統(tǒng)的平均無(wú)故障時(shí)間，又增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。主站負(fù)責(zé)全廠生產(chǎn)過(guò)程的調(diào)度、控制、管理以及信息處理，能顯示、記錄和處理報(bào)警，能指揮下一級(jí)分站操作運(yùn)行，能打印整理漢化工作報(bào)表、繪制曲線，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和手動(dòng)控制，并直接控制全廠設(shè)備。在中控室的ZK1、ZK2 機(jī)器上設(shè)置了數(shù)據(jù)記錄功能，該記錄被存入DBASE 數(shù)據(jù)庫(kù)文件，可以在Excel 中查詢歷史數(shù)據(jù)?，F(xiàn)將數(shù)據(jù)記錄期限設(shè)置為3 個(gè)月。

由于我廠面積大，各水池比較分散，控制功能比較復(fù)雜，控制設(shè)備差別較大，PLC 的I/O 的尋址能力、機(jī)架數(shù)量和負(fù)載能力有限，因此不可能只用一個(gè)分站來(lái)完成全廠的控制。根據(jù)地理位置分布情況、控制功能及控制設(shè)備的距離等因素，把全廠控制分為6 個(gè)子系統(tǒng)，它們是取水系統(tǒng)(第一分站)、投藥系統(tǒng)(第二分站)、過(guò)濾系統(tǒng)一(第三分站)、過(guò)濾系統(tǒng)二(第六分站)、送水系統(tǒng)(第四分站)和中控系統(tǒng)(主站)。

2 通信方式

主站和各分站之間通過(guò)DH+(DATA HIGHWAY PLUS) 連成局域網(wǎng)以實(shí)現(xiàn)資源共享。二分站、三分站、六分站、四分站工控機(jī)與PLC-5的通信采用RS-232C 通信方式。DH+局域網(wǎng)采用令牌傳遞方式，DH+的站間通信是通過(guò)MSG 指令啟動(dòng)并控制的。主站和加藥分站、濾池分站、送水分站的通信用此方式。主站和取水分站的通信是通過(guò)無(wú)線電臺(tái)進(jìn)行的，這是由于取水口距離水廠有1km，無(wú)法用DH+進(jìn)行可靠且經(jīng)濟(jì)的有線通信。

3 各分站自動(dòng)控制軟硬件

各分站PLC 硬件由A—B 公司提供，由1 塊電源模塊(1771—P7)、1 塊CPU 模塊(1785—L20B)，以及若干I/O 模塊組成。I/O 模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和梯形圖程序之間的關(guān)系如圖1 所示。

圖1 I/O 模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和梯形圖程序之間的關(guān)系

運(yùn)行羅克韋爾Logix5 軟件，可以管理各分站PLC 的梯形圖程序。運(yùn)行羅克韋爾RSLinx 軟件，可以實(shí)現(xiàn)Logix5 與羅克韋爾RSView32軟件的鏈接。運(yùn)行RS—View32 軟件，可以監(jiān)控各分站的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，而且在重要的生產(chǎn)過(guò)程中，可讓報(bào)警過(guò)程作用于計(jì)算機(jī)的內(nèi)部蜂音器進(jìn)行報(bào)警。

4 各分站PLC 控制傳輸過(guò)程

取水泵房(第一分站)PLC 模塊位置如圖3 所示。取水泵房的主要任務(wù)是開/停4 臺(tái)水泵和監(jiān)測(cè)吸水井液位。機(jī)組的開/停由清水池水位、送水泵的運(yùn)行情況、用水高峰時(shí)段以及送水管網(wǎng)壓力等因素決定。用吸水井液位來(lái)演示模擬量PLC 輸入過(guò)程?，F(xiàn)場(chǎng)采樣是由E+H 公司提供的超聲波液位計(jì)FMU230 完成，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成DC4～20mA 輸出，經(jīng)過(guò)同軸電纜送到第一分站PLC 上的1771—IFE(5)模塊上的11、12 端子，模塊地址為I：004/04，當(dāng)PLC 掃描I/O 口時(shí)把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在映像文件N10：87 里，標(biāo)記數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)應(yīng)符號(hào)為F＼LT100，并實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地顯示在RSView32 監(jiān)控軟件監(jiān)控屏幕上。為了能在中控室(主站)監(jiān)控畫面上同步顯示，需要通過(guò)PLC 來(lái)實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)文件N12 是無(wú)線電臺(tái)發(fā)射專用的，以數(shù)據(jù)1005 為起始發(fā)送數(shù)據(jù)，主站接收數(shù)據(jù)，并存入主站數(shù)據(jù)庫(kù)，并通過(guò)主站RSView32 同步顯示，并通過(guò)A-B 公司的1784-PKTX 卡，在DH+上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

凈水車間主要對(duì)原水進(jìn)行加藥、加氯處理。加藥系統(tǒng)由5 臺(tái)計(jì)量泵、2 臺(tái)變頻器和2 臺(tái)流動(dòng)電流儀(SCM)完成自動(dòng)控制。加藥量由原水的流量、濁度來(lái)決定。PLC 采集原水流量信號(hào)，并自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率來(lái)改變計(jì)量泵的頻率，最終改變加藥量。SCM 自動(dòng)調(diào)節(jié)計(jì)量泵沖程來(lái)精確投藥量。PLC 控制1# 計(jì)量泵投藥過(guò)程如下?，F(xiàn)場(chǎng)由美國(guó)ChemTrac 公司生產(chǎn)的SCC3500XRD 流動(dòng)電流儀完成SC(流動(dòng)電流值)采集，并把SC 與工藝最佳設(shè)定點(diǎn)SP 作比較，在自身PID 控制作用下，自動(dòng)調(diào)大或調(diào)小輸出的沖程量，使當(dāng)前SC 值與SP 一致，并以DC4～20mA 輸出，送到第二分站PLC 機(jī)架上1771-IFE(2)模塊的18、19 端子，地址為I：010/07，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在映像文件N10：54 里，對(duì)應(yīng)標(biāo)記CHONG1，通過(guò)梯形圖(如圖2 所示)傳送到輸出文件N35：5，從模塊1771-OFE(2)上地址為O：060/0 的端子輸出(對(duì)應(yīng)的標(biāo)記數(shù)據(jù)庫(kù)符號(hào)DP1CC)，送到1# 沖程泵調(diào)節(jié)端上，控制計(jì)量泵沖程，從而改變加藥量。1771-IMD 模塊和1771-0MD 模塊是開關(guān)量輸入輸出模塊，1# 計(jì)量泵運(yùn)行信號(hào)從1771-IMD(4)模塊地址I：012/04 輸入，1771-OMD 模塊端子(地址0：37/10)輸出，控制1# 計(jì)量泵運(yùn)行，數(shù)據(jù)通過(guò)DH+進(jìn)入局域網(wǎng)。

圖2 SCM 輸入輸出梯形圖

濾池控制系統(tǒng)的主要控制對(duì)象有4 個(gè)反應(yīng)池、4 個(gè)平流沉淀池、14 個(gè)氣水反沖洗濾池、3 臺(tái)反沖洗泵、3 臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)、3 臺(tái)空壓機(jī)及變配電系統(tǒng)。濾池控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是過(guò)濾時(shí)的液位控制和清潔過(guò)濾砂時(shí)的反沖洗控制，且使過(guò)濾和反沖洗不斷循環(huán)交替進(jìn)行。單元濾池的PLC 主要完成本格濾池的恒液位過(guò)濾控制和本格濾池的進(jìn)水閥、清水閥：排水閥、氣沖閥、排氣閥、水沖閥等的自動(dòng)控制，及數(shù)據(jù)采集。為了實(shí)現(xiàn)等速恒液位lm 的過(guò)濾，就要使濾池的出水量等于進(jìn)水量，根據(jù)濾池水位變化來(lái)調(diào)節(jié)清水閥的開啟度以控制出水量的大小。而當(dāng)濾池的運(yùn)行滿足反沖洗的約束條件時(shí)，需要進(jìn)行反沖洗清潔濾沙。反沖洗PLC 處理過(guò)程如圖3 所示。

圖3 反沖洗

濾池系統(tǒng)PLC 分為2 個(gè)子系統(tǒng)(第三分站和第六分站)。以第六分站為例，它又包括1 個(gè)主站和5 個(gè)遠(yuǎn)程I/O(7#RI/O、8#RI/O、11#RI/O、12#RI/O)，1771～ASB/E 是遠(yuǎn)程適配器。此處以8# 濾池恒液位說(shuō)明PLC控制。

由液位計(jì)測(cè)量8# 濾池液位，液位信息傳輸?shù)搅终局髡?771-IFE/C，地址I：000/0，標(biāo)記PIT601，從1771-OFE/C 上地址O：002/0 輸出，標(biāo)記RAG601，PLC 字N12：100，和8# 出水閥控制系統(tǒng)連接。數(shù)據(jù)通過(guò)DH+進(jìn)入局域網(wǎng)。

送水分站的主要控制對(duì)象是送水泵、送水泵抽真空系統(tǒng)、出廠水及排水系統(tǒng)。送水分站共有5 臺(tái)水泵，開停送水泵的臺(tái)數(shù)由公司調(diào)度室發(fā)信號(hào)給中心控制主站，再由中心控制主站發(fā)出開停泵信號(hào)，由送水分站PLC 完成水泵開停過(guò)程。1#、5# 水泵由西門子大功率變頻器控制。1#、5# 機(jī)組N12：34。8# 濾池出水閥位置反饋信號(hào)地址I：000/4，標(biāo)記ZT601，PIC 字N12：38，經(jīng)過(guò)PLC 的PID 調(diào)節(jié)PLC 控制面板。選擇PID 閉環(huán)控制，通過(guò)壓力給定(40%表示給定壓力為39.2N)，PLC 比較返回的壓力值自動(dòng)調(diào)整變頻器，使電機(jī)能根據(jù)用戶用水量的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)供水，將管網(wǎng)壓力保持在39.2N 左右，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，將PLC 控制技術(shù)應(yīng)用于自來(lái)水廠中，會(huì)對(duì)提高水廠水質(zhì)監(jiān)控的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性以及提高水廠工人的生產(chǎn)效率和設(shè)備的耐用性有著積極意義，并因此而得到了廣泛的應(yīng)用。本文就PLC 控制技術(shù)在自來(lái)水廠自控系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，相信對(duì)PLC 控制技術(shù)更好地應(yīng)用在自來(lái)水廠中有一定的幫助。

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