摘 要：本文通過(guò)分析自來(lái)水廠對(duì)控制系統(tǒng)的功能要求,，主要介紹了三菱自動(dòng)化的PLC及變頻器在自來(lái)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(lái)水廠的制水過(guò)程是從水源地取水經(jīng)輸水管網(wǎng)至水廠,，處理達(dá)標(biāo)后通過(guò)配水管網(wǎng)送至用戶(hù)?；葜菔薪彼畯S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(jì)供水能力為20萬(wàn)噸/日,，1999年9月22日正式供水,。該廠采用集散測(cè)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(gè)中心控制主站和四個(gè)現(xiàn)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(jì)算機(jī)之間用三菱通訊模塊A1SJ71UC24-R2通訊,，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)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(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài);自動(dòng)時(shí)PLC監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)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(guò)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(dá)到了最優(yōu)控制,。上位機(jī)采用美國(guó)Intellution公司的FIX組態(tài)軟件及國(guó)產(chǎn)組態(tài)王軟件。
2,、江北水廠對(duì)控制系統(tǒng)的要求
　　1）,、分散性
　　根據(jù)江北水廠工藝的特點(diǎn)，分為取水泵站,、投礬車(chē)間,、投氯車(chē)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(guò)于分散因此需要控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(dú)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(jiān)控
　　為了確保供水水制,，操作人員需要在中控室對(duì)整個(gè)水廠的生產(chǎn)情況了解,，并進(jìn)行集中監(jiān)控。
　　3）,、可靠性,、安全性
　　水廠的安全、穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到千家萬(wàn)戶(hù),，所以從控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),、軟硬件產(chǎn)品質(zhì)量到控制程序編制等各個(gè)環(huán)節(jié)都必須是高可靠性的。
　　4）,、可維護(hù)性
　　系統(tǒng)在系統(tǒng)軟件,、應(yīng)用軟件和硬件方面具有強(qiáng)大的報(bào)警和故障自診斷功能，方便工程師對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行分析和維護(hù),。
　　5）,、可擴(kuò)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(lái)水廠的擴(kuò)建及系統(tǒng)的變更打下基礎(chǔ),。
　　6）、開(kāi)放性
　　開(kāi)放性是用戶(hù)對(duì)控制系統(tǒng)的普遍需求,。隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的普及,，人們?cè)絹?lái)越需要過(guò)程控制系統(tǒng)與管理信息系統(tǒng)交互信息，從而實(shí)現(xiàn)管理與控制一體化,。最終達(dá)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(chǎng)控制器模塊級(jí)還不可能完全開(kāi)放或通用,，但必須要求上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)具有開(kāi)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(tái),，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(gè)PLC站,，應(yīng)用三菱MELSECNET/10網(wǎng)組網(wǎng)通訊，通過(guò)A1SJ71UC24-R2與計(jì)算機(jī)通訊,。利用電信局幀中繼與公司調(diào)度室進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,。遠(yuǎn)程測(cè)壓點(diǎn)通過(guò)無(wú)線(xiàn)通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。根據(jù)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(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。
　　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(duì)行車(chē)的電機(jī)及泵等設(shè)備進(jìn)行開(kāi)停,、運(yùn)行頻率變化等控制，以達(dá)到運(yùn)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(fù)雜繁煩,，我廠有十組濾池，并且都投入運(yùn)行,，三菱PLC完全能達(dá)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(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(qiáng)報(bào)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(shù)1024,，存儲(chǔ)容量256K），其它各站選用A2ASCPU（I/O點(diǎn)數(shù)512,，存儲(chǔ)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(xiàn)方式的MELSECNET/10網(wǎng)。此網(wǎng)絡(luò)的最大優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)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(shù)據(jù)鏈接繼續(xù)在有效的站間進(jìn)行，當(dāng)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。從江北水廠投產(chǎn)運(yùn)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(dǎo)致生產(chǎn)無(wú)法正常運(yùn)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(gè)水位的設(shè)定值（SV值）,，通過(guò)PID控制單元將過(guò)程值（PV值）與設(shè)定值（SV值）對(duì)比,，并執(zhí)行PID控制算法，送出適合于執(zhí)行機(jī)構(gòu)特性的命令值（MV值）,。執(zhí)行機(jī)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(shí)際應(yīng)用中能滿(mǎn)足控制要求，達(dá)到V型濾池恒水位控制的要求,，我廠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(yù)。手動(dòng)控制即在上位機(jī)上給定一個(gè)閥位輸出值（MV值）,，通過(guò)PLC對(duì)閥位進(jìn)行控制,，手動(dòng)方式時(shí)內(nèi)部設(shè)定點(diǎn)不與測(cè)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(jiǎn)便,，在程序調(diào)試方面及在線(xiàn)檢測(cè)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,，F(xiàn)R-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(guò)程中都能達(dá)到很好的響應(yīng)能力,，具有頻率設(shè)定檢測(cè)、負(fù)荷選擇,、電流輸入等,，共計(jì)100多個(gè)參數(shù)選擇。及對(duì)變頻器過(guò)載,、CPU故障,、電機(jī)再生電壓過(guò)大等多種故障進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí),，該變頻器可及時(shí)停止運(yùn)行,，防止事態(tài)惡習(xí)化，并通過(guò)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(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(qū)段全由軟件設(shè)置,，具有柔性控制的特點(diǎn),。

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(jī)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(jī)關(guān)系。通過(guò)專(zhuān)用的I/O dirver將二者結(jié)合起來(lái),，實(shí)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(yùn)行，具有操作簡(jiǎn)單,、管理方便,、安全性、維護(hù)性,、可移植性,、穩(wěn)定性強(qiáng)的特點(diǎn),。我們還利用FIX通過(guò)ODBC SQL實(shí)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(kāi)發(fā)性和可擴(kuò)展性,。FIX提供了報(bào)警系統(tǒng)生成,、顯示、存儲(chǔ)報(bào)警信息等功能,，使下位機(jī)PLC的事件實(shí)時(shí)地顯示出來(lái),。
4、 結(jié)束語(yǔ)
　　本系統(tǒng)在江北水廠已穩(wěn)定運(yùn)行近四年多,，運(yùn)行結(jié)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(tǒng)能充分滿(mǎn)足對(duì)水廠控制系統(tǒng)的要求,，對(duì)水廠的安全運(yùn)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。