一、引言
本文介紹了由中小型PLC組成的控制系統(tǒng)在廣東南海市第二水廠自控項(xiàng)目的應(yīng)用。南海市第二水廠設(shè)計(jì)總規(guī)模為日供水100萬m3,首期工程為日供水25萬m3，于1997年4月建成投產(chǎn)，二期25萬m3/d工程即將建成投產(chǎn)，自控項(xiàng)目主要對(duì)一期自控工程進(jìn)行改造和二期自控工程建設(shè)，并為后續(xù)擴(kuò)建預(yù)留接口。
二、生產(chǎn)工藝
本系統(tǒng)應(yīng)用水廠的生產(chǎn)過程如圖一示：
主要分為以下幾個(gè)工藝過程：
（1）取水 通過多臺(tái)大型離心泵將江河地表水抽入凈水廠。
（2）藥劑的制備與投加 按工藝要求制備合適的混凝劑，并投入混凝劑及氯氣，達(dá)到混凝和消毒的目的。
（3）混凝 包括混合與絮凝，即地表水投入混凝劑后進(jìn)行反應(yīng)，并排出反應(yīng)后沉淀的污泥。
（4）平流沉淀 與混凝劑反應(yīng)后的水低速流過平流沉淀池，以便懸浮顆粒沉淀，并排出沉淀的污泥。
（5）過濾 沉淀水通過顆粒介質(zhì)（石英砂）以去除其中懸浮雜質(zhì)使水澄清，并定時(shí)反沖洗石英砂。
（6）送水 通過多臺(tái)大型離心泵將自來水以一定的壓力和流量送入城市管網(wǎng)。
三、控制方案
由于自來水生產(chǎn)工藝主要具有以下特點(diǎn)：（1）各生產(chǎn)工藝段相對(duì)獨(dú)立，單體設(shè)備多。（2）采集的數(shù)據(jù)量大，整個(gè)系統(tǒng)共有數(shù)字量輸入、輸出超過3000路，模擬量輸入、輸出超過1000路，且工藝參數(shù)種類多，包括壓力、流量、溫度、差壓、液位、電流、電壓、功率等，但上下游相關(guān)聯(lián)的生產(chǎn)參數(shù)少。（3）自來水生產(chǎn)具有連續(xù)性、不可替代性和不間斷性。（4）各工藝段距離遠(yuǎn)，設(shè)備分散，組網(wǎng)相對(duì)復(fù)雜。根據(jù)以上特點(diǎn)，本系統(tǒng)選用OMRON的中小型PLC對(duì)各工藝段生產(chǎn)設(shè)備分散控制，利用OMRON Protocol和Controller Link組成網(wǎng)絡(luò)，在各工藝段控制室和中控室設(shè)置上位機(jī)，構(gòu)建人機(jī)界面進(jìn)行生產(chǎn)管理和對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)處理。全廠控制網(wǎng)絡(luò)如圖二示。
在取水及送水工藝段上，主要設(shè)備由多臺(tái)大型的離心水泵和10KV高壓直配電機(jī)組成，每一電機(jī)由相應(yīng)的高壓配電柜控制，因此為每一面高壓配電柜選用一臺(tái)Sepam2000(施耐德生產(chǎn)，專用于配電柜控制的小型PLC)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制，每一泵閥在現(xiàn)場(chǎng)選用一臺(tái)OMRON CPM2A用于數(shù)據(jù)采集和控制，通過RS422接口連成網(wǎng)絡(luò)，由控制室的OMRON C200HG中型PLC利用OMRON Protocol協(xié)議與它們通訊，對(duì)其讀寫數(shù)據(jù)和進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，這樣可以節(jié)省大量的數(shù)據(jù)采集電纜，而且當(dāng)某臺(tái)PLC發(fā)生故障時(shí)可以方便斷開其維修而不影響其它設(shè)備的正常生產(chǎn)。對(duì)于沉淀池排泥車的控制，由于排泥車在長(zhǎng)達(dá)近百米的沉淀池上前后移動(dòng)，因此其控制所用小型PLC利用電臺(tái)與控制室間的C200HG通過RS232接口進(jìn)行1：N通訊，電臺(tái)型號(hào)為MDS-SCADA-24810，為直接數(shù)字調(diào)制解調(diào)電臺(tái)，工作頻率范圍在2.4G~2.4835GHz，支持標(biāo)準(zhǔn)的異步通訊協(xié)議，工作穩(wěn)定可靠，協(xié)議同樣采用OMRON Protocol，軟件用OMRON-CX-Protocol編制。二期濾池選用多個(gè)小型PLC（OMRON CQM1H）分散控制，可以較好地解決因控制設(shè)備故障造成全部濾池停產(chǎn)而影響安全供水的問題。整個(gè)Controller Link網(wǎng)絡(luò)由中繼器分成兩段，主要是為了滿足Controller Link對(duì)通訊距離的要求，同時(shí)可適應(yīng)以后擴(kuò)展的需要。系統(tǒng)中生產(chǎn)工藝所要求的全部參數(shù)都由PLC采集和控制，上位機(jī)只是人機(jī)界面和對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)處理，大大地提高了系統(tǒng)的可靠性。本控制方案全部選用中小型PLC，對(duì)主要的生產(chǎn)設(shè)備分散控制，同時(shí)利用網(wǎng)絡(luò)將它們緊密聯(lián)結(jié)，實(shí)現(xiàn)集中管理，降低了故障風(fēng)險(xiǎn)，提高了可靠性，是一種經(jīng)濟(jì)可行的方案。
四、相關(guān)中小型PLC介紹
1、OMRON C200HG 其具有速度快、功能強(qiáng)、編程方便和運(yùn)行可靠的特點(diǎn)，最大I/O點(diǎn)數(shù)達(dá)1184點(diǎn)，程序容量15.2K,指令執(zhí)行時(shí)間為0.15μS~0.6μS,可支持各種通訊單元。
2、OMRON CQM1H 適用于分散控制的緊湊型PLC，I/O點(diǎn)數(shù)為512點(diǎn)，程序容量為7.2K,支持各種內(nèi)裝板和Controller Link單元。
3、OMRON CPM2A 是為滿足10~60點(diǎn)I/O的系統(tǒng)控制操作而設(shè)計(jì)，能滿足單體設(shè)備高效控制要求，有效地代替繼電器控制器和傳感器控制器。
4、Controller Link 是OMRON提供的一種工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。它可以在合適的PLC和各種微型計(jì)算機(jī)之間方便地、靈活地發(fā)送和接收大容量數(shù)據(jù)包，支持能共享數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)鏈接和在需要時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的信息服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)采用屏蔽雙絞線電纜或光纖連接，最大傳輸距離隨波特率而變，在采用兩層中繼器的情況下，波特率在500kbit/s時(shí)，傳輸距離可達(dá)3Km，最大支持62個(gè)節(jié)點(diǎn)。Controller Link網(wǎng)絡(luò)是一種使用令牌總線通信的網(wǎng)絡(luò)，這種總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有最大的靈活性，易于擴(kuò)充和維護(hù)，滿足系統(tǒng)可擴(kuò)展性的需求。由于采用了分布式控制技術(shù)，可確保Controller Link網(wǎng)絡(luò)不會(huì)因某個(gè)站點(diǎn)故障而崩潰，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
5、OMRON Protocol 利用OMRON的通訊板，與連接在RS232或RS422/485的各種通用組件（如各種牌子型號(hào)的PLC、現(xiàn)場(chǎng)儀表等）進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送、接收的程序，通過通訊協(xié)議支持軟件（OMRON-CX- Protocol）讓用戶自由編制，以PMCR指令就能夠?qū)嵭械脑纪ㄓ崊f(xié)議。
五、程序結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)全部設(shè)備的控制都由PLC來完成，程序利用OMRON-CX-Programmer軟件編制，在上位機(jī)上通過Controller Link網(wǎng)絡(luò)或串行口傳送至PLC的CPU單元。在各工藝段及單體設(shè)備其控制程序亦相對(duì)獨(dú)立，部分相同的工藝采用子程序模式。對(duì)于部分要求較高精度的工藝參數(shù)的控制，則利用PLC的PID指令進(jìn)行閉環(huán)控制，已能滿足生產(chǎn)要求。因此程序結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，調(diào)試和維修方便。下面用水泵的開停和濾池的自動(dòng)操作兩個(gè)工序作說明。
1、水泵的開?？刂屏鞒?水泵的啟動(dòng)和停止由操作人員在上位機(jī)發(fā)送指令，由PLC一步化完成操作。程序結(jié)構(gòu)圖如圖三示。
2、濾池自動(dòng)控制流程 過濾由多格濾池共同完成，對(duì)于每一格濾池，其工藝過程基本相同，包括正常過濾和反沖洗狀態(tài)，因此采用子程序的控制模式，程序結(jié)構(gòu)圖如圖四示。
六、結(jié)束語
本項(xiàng)目是由工業(yè)計(jì)算機(jī)和中小型PLC組成的集散型控制系統(tǒng)，利用了PLC抗干擾能力強(qiáng)、組網(wǎng)方便、適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的持點(diǎn)，在上位機(jī)能實(shí)現(xiàn)對(duì)全廠生產(chǎn)設(shè)備的控制和工藝參數(shù)的設(shè)置、調(diào)整與監(jiān)測(cè)，滿足大型自來水廠自動(dòng)控制的要求。整個(gè)方案安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，易于編程、操作及維修，在廣東南海第二水廠得到良好的應(yīng)用。
