基于分布式IO的次氯酸鈉投加控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳劍平

摘要：本文研究分析了在原有氯氣投加控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行次氯酸鈉投加控制系統(tǒng)改造的方法和過程，在分布式IO基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：控制;分布式IO;硬件組態(tài);PLC

中圖分類號(hào)：TP273? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1007-9416（2019）02-0000-00

0 引言

目前，眾多水廠在消毒工藝上以液氯消毒為主，為降低消毒劑的采購、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用方面的風(fēng)險(xiǎn)，提高消毒效果和安全性，水廠決定對(duì)消毒工藝進(jìn)行升級(jí)改造，使用次氯酸鈉溶液替代氯氣進(jìn)行投加。次氯酸鈉投加控制系統(tǒng)不同于液氯消毒的氯氣投加系統(tǒng)，次氯酸鈉溶液可與水互溶，不存在跑氣泄露的風(fēng)險(xiǎn)，可使用計(jì)量泵進(jìn)行投加，其投加控制系統(tǒng)由PLC控制模塊、上位機(jī)監(jiān)控軟件winCC、計(jì)量泵、電動(dòng)球閥、液位計(jì)、流量計(jì)以及投加管道組成。

1 電氣控制系統(tǒng)

1.1 控制模式

控制模式分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種，通過模式轉(zhuǎn)換開關(guān)切換控制模式。手動(dòng)模式下，由操作人員在現(xiàn)場控制柜手動(dòng)控制設(shè)備，控制柜面板上的狀態(tài)指示燈顯示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài);自動(dòng)模式下，由操作人員通過上位機(jī)監(jiān)控軟件控制設(shè)備。

1.2 電氣控制電路

本控制系統(tǒng)的被控設(shè)備主要有6臺(tái)變頻計(jì)量泵和16個(gè)電動(dòng)球閥，其中1-3號(hào)泵為雙頭計(jì)量泵，4-6號(hào)泵為單頭計(jì)量泵，由于被控設(shè)備數(shù)量較多，故將計(jì)量泵和電動(dòng)球閥的控制電路分別安裝在兩個(gè)控制柜中。計(jì)量泵控制電路中，計(jì)量泵的三相電源線直接接入變頻器的輸出端;變頻器的IO點(diǎn)連接到相應(yīng)的控制電路，通過繼電器控制和反饋?zhàn)冾l器的IO狀態(tài)，利用4-20mA電流信號(hào)反饋運(yùn)行頻率;通過4-20mA電流信號(hào)控制和反饋沖程的大小。通過開關(guān)按鈕或PLC模塊控制繼電器的常開常閉觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)球閥的開關(guān)控制，由電動(dòng)球閥提供的無源到位觸點(diǎn)反饋開、關(guān)到位信號(hào)[1]。

2 PLC控制系統(tǒng)

2.1 控制模塊的選型

原有氯氣投加控制系統(tǒng)的PLC控制模塊為西門子S7-400，該模塊工作穩(wěn)定且性能仍可滿足改造后的系統(tǒng)控制要求，同時(shí)原控制系統(tǒng)中的其他設(shè)備仍在正常使用，故從節(jié)約成本和改造實(shí)施難度的角度出發(fā)，改造后系統(tǒng)仍使用原有的PLC模塊作為控制模塊。由于次氯酸鈉車間與原加氯車間的位置相距較遠(yuǎn)，新增的計(jì)量泵控制柜和電動(dòng)球閥控制柜的控制電路和反饋信號(hào)因信號(hào)衰減問題以及線路數(shù)量眾多無法遠(yuǎn)距離連接到原PLC柜，故決定采用分布式IO設(shè)計(jì)，將原PLC控制模塊作為DP主站，選用DP總線模塊ET200M和S7-300的IO模塊作為遠(yuǎn)程IO站，即DP從站，通過PROFIBUS總線連接原PLC柜與新增的兩個(gè)控制柜，連線圖如圖1所示[2]。

2.2 分布式IO設(shè)計(jì)

（1）模塊的硬件連接。連接PROFIBUS總線（DP總線）的兩頭與總線連接器（DP頭），將DP頭分別與ET200M的DP口和原PLC模塊中已使用的DP總線最末端連接;撥動(dòng)模塊上的DIP開關(guān)設(shè)置DP從站地址;將IM153-1模塊和其它的IO模塊通過連接器安裝在控制柜中，連接控制柜中其他控制線路;使用網(wǎng)線連接原PLC與編程筆記本[3]。

（2）硬件組態(tài)。根據(jù)實(shí)際使用的硬件模塊配置，通過STEP7編程軟件對(duì)主站進(jìn)行硬件組態(tài)。在STEP7中打開原有的項(xiàng)目，雙擊“Hardware”圖標(biāo)打開硬件組態(tài)界面，在已有的DP網(wǎng)絡(luò)線上插入添加ET200M系列的IM153-1模塊，然后在從站窗口的空插槽中依次添加所需的IO模塊，部分硬件組態(tài)界面如圖2所示。

（3）參數(shù)設(shè)置。在新增的IM153-1模塊的DP從站屬性窗口中設(shè)置DP從站地址，并保持與該模塊的DIP開關(guān)所設(shè)置的地址相一致，在所添加的IO模塊的屬性窗口中設(shè)置合適的輸入或輸出地址，其中AI和AO模塊需要單獨(dú)設(shè)置所需的輸入或輸出通道。在完成所有設(shè)置并保存編譯之后，點(diǎn)擊“下載到模塊”將更改的硬件組態(tài)下載到原PLC站中，完成分布式IO的硬件組態(tài)設(shè)置和下載。

2.3 PLC程序設(shè)計(jì)

為保證PLC程序中所使用的IO地址的唯一確定性，程序的編寫設(shè)計(jì)需在完成硬件連線和硬件組態(tài)之后進(jìn)行。首先根據(jù)已連接的IO模塊分配建立地址符號(hào)表，然后根據(jù)所需實(shí)現(xiàn)的控制功能，利用功能塊FB、功能FC和數(shù)據(jù)塊DB分別編寫相應(yīng)的功能。對(duì)于所需控制的功能相似的設(shè)備，比如變頻計(jì)量泵和電動(dòng)球閥。它們的控制、反饋和拒動(dòng)報(bào)警功能分別用兩個(gè)FB來實(shí)現(xiàn)，它們的數(shù)據(jù)則分別由對(duì)應(yīng)的DB來存儲(chǔ);在模擬量處理的FC中，變頻器頻率、沖程大小、液位計(jì)和流量計(jì)的信號(hào)反饋分別使用含有模擬量處理的FB實(shí)現(xiàn)，它們對(duì)應(yīng)的DB塊則存儲(chǔ)各自的數(shù)據(jù)。PLC程序設(shè)計(jì)的過程中，所有設(shè)備都編寫了相應(yīng)的報(bào)警程序，便于上位機(jī)監(jiān)控設(shè)備的異常運(yùn)行情況。

3 上位機(jī)監(jiān)控

水廠使用西門子winCC作為上位機(jī)監(jiān)控軟件，在winCC變量中新增變量點(diǎn)，在圖形編輯器中新建并在原畫面中引用次氯酸鈉畫面，根據(jù)實(shí)際設(shè)備添加相應(yīng)的圖形并修改屬性;在報(bào)警列表中新增所添加設(shè)備的報(bào)警信號(hào)，最后保存所有增改的內(nèi)容。

4 結(jié)語

本文介紹了基于分布式IO的次氯酸鈉投加控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，本控制系統(tǒng)已在東莞市第六水廠實(shí)施并穩(wěn)定運(yùn)行，改造后的控制系統(tǒng)安全可靠性更高，消毒和酸堿度調(diào)節(jié)效果良好，提高了水廠的安全生產(chǎn)能力，降低了生產(chǎn)成本和維護(hù)難度。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭長山.現(xiàn)場總線與PLC網(wǎng)絡(luò)通信圖解項(xiàng)目化教程[J].北京：電子工業(yè)出版社，2016.

[2] 陳忠平.西門子S7-300/400快速入門[J].北京：人民郵電出版社，2012.

[3] 周志敏，紀(jì)愛華.快速掌握西門子S7-300/400 PLC工程應(yīng)用及故障處理[J].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013.

Design of Sodium Hypochlorite Dosing Control System Based on Distributed IO

CHEN Jian-ping

（Dongguan Dongjiang Water Co.， Ltd. ， Dongguan Guangdong? 523000）

Abstract：This paper studies and analyses the method and process of the transformation of sodium hypochlorite dosing control system based on the original chlorine gas dosing control system， and realizes the stable operation of the control system on the basis of distributed IO.

Key words： control; distributed IO; hardware configuration; PLC