基于PLC和组态软件的自来水厂监控系统的成功运用
| 南海市第二水厂设计总规模为日供水100万m3, 担负北江以北大部分镇区生产和生活用水的供应，首期工程为日供水25万m3，于1997年4月建成投产，二期25万m3/d工程即将建成，自控项目主要对一期自控工程进行改造和二期自控工程建设，并为后续扩建预留接口。 生产工艺 净水厂的生产过程如图1所示，主要分为以下几个工艺过程：  图1: 净水厂生产流程 ■取水 通过多台大型离心泵将江河地表水抽入净水厂。 ■投药 按一定的工艺要求投入混凝剂及氯气，达到混凝和消毒。 ■ 絮凝 地表水投入混凝剂后的反应，并排出反应后沉淀的污泥。 ■ 平流沉淀 与混凝剂反应后的水低速流过平流沉淀池，以便悬浮颗粒沉淀，并排出沉淀的污泥。 ■ 过滤 沉淀水通过颗粒介质（石英砂）以去除其中悬浮杂质使水澄清，并定时反冲洗石英砂。 ■ 送水 通过多台大型离心泵将自来水以一定的压力和流量送入城市管网。 控制方案 由于自来水生产工艺主要具有以下特点： ■ 各生产工艺段相对独立，单体设备多； ■ 采集的数据量大且种类多，但上下游相关联的生产参数少； ■自来水生产具有连续性、不可替代性和不间断性； ■各工艺段距离远，设备分散，组网相对复杂。 根据以上特点，本系统选用OMRON的中小型PLC对各工艺段或设备分散控制，通过OMRON Protocol和Controller Link组成网络，各工艺段控制室和中控室设置上位机，构建人机界面进行生产管理和对生产数据进行后续处理。全厂控制网络如图2所示。  图2：全厂控制网络图 监控系统的硬件配置为：上位机选用高可靠性的微型计算机，扩展了Controller Link 支持卡3G8F7 CLK211-E, 配置有8套中型PLC OMRON C200HG，1套OMRON CS1H，8套小型PLC OMRON CQM1，8套CPM2A ，全部中型PLC和上位机通过Controller Link线缆通信单元CLK21和操作站上扩展的通信单元3G8F7-CLK21-E组成Omron Controller Link网络，小型PLC通过OMRON Protocol与相关功能间的中型PLC相联。OMRON公司的Controller Link网络是OMRON主要的FA（工厂自动化）级别的网络，是一种使用令牌总线通信的网络，网络中的每个节点都可作为主站进行数据的发送和接收。 通过设置数据链接，节点间可以自动交换预置区域内数据。该网络中控制通信的节点称为发牌单元，它控制令牌，检查网络和执行相关的任务。这种总线型拓扑结构具有最大的灵活性，易于扩充和维护，满足了系统可扩展性要求。由于采用了分布式控制技术，可确保Controller Link网络不会因某个站点故障而崩溃，提高了系统的稳定性。本系统中采用屏蔽双绞线作为Controller Link网络的通信介质，整个网络由网桥分成两段，主要是为了满足其对通讯距离的要求，同时可适应以后扩展的需要。由于各节点距离较大，传输速率设为500kbps，可满足系统实时性要求。本控制方案全部选用中小型PLC，对主要的生产设备分散控制，同时利用网络将它们紧密联结，实现集中管理，降低了故障风险，提高了可靠性，是一种经济可行的方案。 在取水及送水工艺段上，主要设备都为多台大型离心水泵和10kV高压直流电机，因此每一高压配电柜选用一台Sepam2000 （施耐德生产，专用于配电柜控制的小型PLC） 进行数据采集和控制，通过RS485接口连成网络，由控制室的OMRON C200HG中型 PLC利用OMRON Protocol协议与它们通讯，对其读写数据和进行统一调度，这样可以节省大量的数据采集电缆，而且当某台PLC发生故障时可以方便断开而不影响其他设备的正常生产。对于沉淀池排泥车的控制，由于排泥车在长达近百米的沉淀池上前后移动，因此其控制所用小型PLC利用电台与控制室间的C200HG通过RS232接口进行1：N通讯，电台型号为MDS-SCADA-24810，为直接数字调制解调电台，工作频率范围在2.4G～2.4835GHz，支持标准的异步通讯协议，工作稳定可靠，协议同样采用OMRON Protocol，软件用OMRON-CX-Protocol编制。二期滤池选用多个小型PLC（OMRON CQM1H）分散控制，可以较好地解决因控制设备故障而造成全部滤池停产的问题。 程序结构 人机界面 结束语 |
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