霍偉亮 王松宇

（延吉市水務(wù)集團(tuán)有限公司 吉林省延吉市 133000）

1 下位機(jī)PLC（可編程邏輯控制器）部分

可編程邏輯控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置。它具有體積小、編程簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、靈活通用與維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。

1.1 本控制系統(tǒng)的組成

目前在我國(guó)控制系統(tǒng)采用的PLC 包括國(guó)外的西門(mén)子、施耐德、AB、GE 等等，國(guó)內(nèi)的包括和利時(shí)、浙大中控、臺(tái)達(dá)、信捷等。在我公司的新調(diào)試投運(yùn)的凈水廠(chǎng)采用了是西門(mén)子PLC，整個(gè)系統(tǒng)包括一期工程、二期工程、三期工程、加藥配藥系統(tǒng)、二氧化氯系統(tǒng)、化驗(yàn)室數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、污泥濃縮系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)之間通過(guò)光纜和交換機(jī)組建成一個(gè)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。

每個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)包括CPU：采用412-5HK06-OABO 內(nèi)存是2M，電源模塊：407-0KA02-0AB0；AI 模塊：6ES7134-6GF00-0AA1，AO 模 塊：6ES7135-6HD00-0BA1，DI 模 塊：6ES7131-6BH00-0BA0，DO 模塊：6ES7132-6BH00-0BA0，擴(kuò)展模塊(ET200SP)：6ES7155-6AUOO-0CNO 等。每個(gè)控制系統(tǒng)485 通訊采用485 轉(zhuǎn)換以太網(wǎng)的方式和上位機(jī)通訊，485通訊主要是和現(xiàn)場(chǎng)的儀表、變頻器、電機(jī)綜合保護(hù)器通訊的功能，讀取數(shù)據(jù)，節(jié)省電纜，減少施工量，節(jié)約成本的目的。

此次三期新建凈水間工程、一、二期凈水間改造工程、污泥新建工程的PLC 采用西門(mén)子400 雙機(jī)熱備冗余控制系統(tǒng)的主站，分站采用西門(mén)子ET200SP 作為分站，主站和分站采用了PLC 的擴(kuò)展形式，采用西門(mén)子的Profinet 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，主站和分站采用星型結(jié)構(gòu)以太網(wǎng)通訊，采用此結(jié)構(gòu)可以節(jié)約控制電纜的鋪設(shè)，節(jié)約項(xiàng)目資金，給調(diào)試帶來(lái)方便。圖1 是下位機(jī)西門(mén)子PLC 和上位機(jī)整合組建的白石凈水廠(chǎng)的網(wǎng)絡(luò)的示意圖。

圖1

1.2 西門(mén)子400雙機(jī)熱備冗余系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

西門(mén)子S7-400PLC 冗余系統(tǒng)可以根據(jù)具體應(yīng)用需求量身定制：性能可擴(kuò)展、卓越的冗余度可靈活組態(tài)，安全功能易于集成。集成PROFINET 接口，可冗余連接I/O 設(shè)備，或者通過(guò)PROFIBUS 連接I/O 設(shè)備，實(shí)現(xiàn)工廠(chǎng)級(jí)通信。

SIMATIC S7-400H 具有以下功能：出現(xiàn)故障時(shí)，能夠無(wú)擾切換；集成故障檢測(cè)功能；提前檢測(cè)故障，避免影響生產(chǎn)過(guò)程；在線(xiàn)維護(hù)，即可在工廠(chǎng)運(yùn)行期間，更換故障組件；組態(tài)更改，即可在工廠(chǎng)運(yùn)行期間，進(jìn)行工廠(chǎng)擴(kuò)容；自動(dòng)事件同步；高可用性通信；

1.3 西門(mén)子PLC分布式I/O ET200SP特點(diǎn)

（1）西門(mén)子分布式I/O 模塊ET200SP 是新一代分布式I/O 系統(tǒng)，它的體積更小，使用更加靈活，性能更加突出；防護(hù)等級(jí)為IP20，支持PROFINET 和PROFIBUS DP 通訊；

（2）ET200SP 的各種模塊用戶(hù)可以進(jìn)行隨意組合，并且具有更加緊湊的設(shè)計(jì)，單個(gè)模塊最多支持16 通道，方便用戶(hù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和擴(kuò)展；

（3）由于設(shè)計(jì)方式采用直插式端子，用戶(hù)不需要工具就可以完成接線(xiàn)，提高了工作效率，另外模塊和基座的組裝更方便快捷；

（4）各個(gè)負(fù)載電勢(shì)組的形成無(wú)需PM-E 電源模塊，為用戶(hù)節(jié)約了成本；

（5）控制系統(tǒng)在運(yùn)行中，用戶(hù)可以更換模塊，這種不需要停機(jī)的操作極大的提高了效率。

1.4 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域

（1）開(kāi)關(guān)量邏輯控制，這是PLC 最基本、最廣范的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代了傳統(tǒng)的繼電器等順序控制裝置。

（2）過(guò)程控制，是指對(duì)溫度、壓力、流量等連續(xù)的模擬量實(shí)現(xiàn)的閉環(huán)控制。現(xiàn)代的PLC 一般都是PID 閉環(huán)控制的功能。PLC的過(guò)程控制廣泛的應(yīng)用在化工、冶金、電力、水處理行業(yè)等。

（3）運(yùn)動(dòng)控制，利用PLC 使用的專(zhuān)門(mén)智能模塊，可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)位置控制。

2 上位組態(tài)軟件部分

組態(tài)軟件，又稱(chēng)組態(tài)監(jiān)控軟件系統(tǒng)軟件。它是指一些數(shù)據(jù)采集與過(guò)程控制的專(zhuān)用軟件。組態(tài)軟件的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，可以應(yīng)用于電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過(guò)程控制等諸多領(lǐng)域。

目前在控制系統(tǒng)里使用的組態(tài)軟件包括國(guó)外的Intouch，IFIX，WINCC 等，國(guó)內(nèi)包括組態(tài)王，力控，世紀(jì)星，MCGS 等。在該項(xiàng)目里使用的是國(guó)產(chǎn)的組態(tài)王組態(tài)軟件，進(jìn)行上位機(jī)的畫(huà)面制作及和西門(mén)子PLC 通訊。

組態(tài)王kingview6.55 是亞控科技根據(jù)當(dāng)前的自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，面向低端自動(dòng)化市場(chǎng)及應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)企業(yè)一體化為目標(biāo)開(kāi)發(fā)的一套產(chǎn)品。該產(chǎn)品以搭建戰(zhàn)略性工業(yè)應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)為目標(biāo)，集成了對(duì)亞控科技自主研發(fā)的工業(yè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)（KingHistorian）的支持，可以為企業(yè)提供一個(gè)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)流程進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總、分析及管理的有效平臺(tái)，使企業(yè)能夠及時(shí)有效地獲取信息，及時(shí)地做出反應(yīng)，以獲得最優(yōu)化的結(jié)果。

它具有適應(yīng)性強(qiáng)、開(kāi)放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。通常可以把這樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個(gè)層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對(duì)下連接控制層，對(duì)上連接管理層，它不但實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，且在自動(dòng)控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)、組態(tài)開(kāi)發(fā)的重要作用。

3 采用自控系統(tǒng)對(duì)白石凈水廠(chǎng)的優(yōu)點(diǎn)

白石凈水廠(chǎng)此次三期新建和對(duì)一期、二期自控系的改造完成，全廠(chǎng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的投入對(duì)全廠(chǎng)的生產(chǎn)帶來(lái)了巨大的變化，例如自控系統(tǒng)的運(yùn)行節(jié)省了人力，提高了加藥的精度，對(duì)凈水間的反沖洗實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制提供了保障，對(duì)濾池的水面液位自動(dòng)保持恒定提供了必要的條件，下面就是控制系統(tǒng)給我公司白石凈水廠(chǎng)帶來(lái)的好處和優(yōu)點(diǎn)。

加藥系統(tǒng)：改造前投藥都是采用手動(dòng)進(jìn)行配藥、導(dǎo)藥等，上位機(jī)只能對(duì)模擬量進(jìn)行監(jiān)控，配藥的精度和投藥量精度無(wú)法保證，而改造后自動(dòng)控制系統(tǒng)的投入使用使導(dǎo)藥、配藥、加藥實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，自動(dòng)化投用大大提高了控制精度實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，例如當(dāng)成品藥池出現(xiàn)液位低信號(hào)時(shí)，遠(yuǎn)方的工作站就會(huì)出現(xiàn)報(bào)警窗口，同時(shí)發(fā)出報(bào)警信息，提示操作人員需要導(dǎo)藥了，運(yùn)行人員在控制室遠(yuǎn)程操作組態(tài)界面，完成整個(gè)導(dǎo)藥過(guò)程，導(dǎo)藥完成后自動(dòng)進(jìn)行配藥，保證配藥池有足夠的藥液導(dǎo)入成品池進(jìn)行加藥。加藥池上的攪拌機(jī)是每8 個(gè)小時(shí)自動(dòng)攪拌5 分鐘，定時(shí)攪拌保證藥液的均勻不凝結(jié)，投藥量根據(jù)穩(wěn)壓出水管流量自動(dòng)加藥實(shí)現(xiàn)PID 閉環(huán)自動(dòng)控制。加藥系統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)的投運(yùn)基本實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守的自動(dòng)控制，只需要生產(chǎn)運(yùn)行人員定時(shí)巡檢，給凈水廠(chǎng)的加藥間解放了人力，提高了投藥精度提供了保障。

凈水間系統(tǒng)：在凈水間反沖洗的工藝流程是凈水間非常重要的流程，它直接影響了水廠(chǎng)生產(chǎn)水的多個(gè)參數(shù)指標(biāo)，反沖洗的工藝在凈水間也是相當(dāng)比較復(fù)雜的操作，需要熟練的工人和有經(jīng)驗(yàn)的操作工，但自控系統(tǒng)的投入使用解決了這一問(wèn)題。濾池反沖洗工藝流程包括：關(guān)進(jìn)水調(diào)節(jié)閥——水位下降到設(shè)定位置——關(guān)出水調(diào)節(jié)閥、開(kāi)排水和汽沖閥——啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)——汽洗時(shí)間到——啟動(dòng)反沖泵、反沖閥——混合洗時(shí)間到——停止鼓風(fēng)機(jī)和汽沖閥——再啟動(dòng)1 臺(tái)反沖泵——水洗時(shí)間到——進(jìn)水調(diào)節(jié)閥開(kāi)、水沖閥關(guān)、排氣開(kāi)、反沖泵?！獮V料穩(wěn)定——開(kāi)出水調(diào)節(jié)閥，在這個(gè)過(guò)程中包括多個(gè)氣動(dòng)閥，水泵，風(fēng)機(jī)的配合操作。自控系統(tǒng)的投入運(yùn)行使整個(gè)反沖洗過(guò)程變成了控制室遠(yuǎn)方一鍵式操作，通過(guò)監(jiān)控錄像看到遠(yuǎn)方濾池的實(shí)際狀態(tài)，給操作人員帶來(lái)了簡(jiǎn)單，方便，快捷的操作步驟，自動(dòng)反沖洗的實(shí)現(xiàn)使凈水間的反沖洗不在是一個(gè)復(fù)雜難操作的工藝。濾池液位的調(diào)節(jié)是通過(guò)出水調(diào)節(jié)門(mén)根據(jù)液位自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證濾池液面的高度不至于液位太低放空，液位太高溢流的事情發(fā)生。在自動(dòng)系統(tǒng)的整個(gè)調(diào)試過(guò)程中本人和第二作者也多次和廠(chǎng)家對(duì)設(shè)計(jì)不合理的地方進(jìn)行了修改，最終實(shí)現(xiàn)了延吉市白石凈水廠(chǎng)三期新建工程和一期、二期的技改工程的圓滿(mǎn)完成，為自動(dòng)控制系統(tǒng)的的正常投入使用做出了貢獻(xiàn)。

工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的PLC 和組態(tài)，在當(dāng)今的自動(dòng)控制領(lǐng)域是有著不可替代的作用，是目前控制系統(tǒng)里一個(gè)很有生命力的分支，它在電力行業(yè)，化工行業(yè)，石油，水處理行業(yè)有著廣泛的使用前景。自動(dòng)控制系統(tǒng)投入使用給我公司老水廠(chǎng)和新建水廠(chǎng)變成了現(xiàn)代化的凈水廠(chǎng)，節(jié)省了人力，節(jié)約用水，節(jié)省成本，提高生產(chǎn)水的質(zhì)量做出來(lái)貢獻(xiàn)，為城市的供水服務(wù)提供了保障。