罗克韦尔PLC系列产品在石家庄润石水厂的应用

1引言

　　石家庄润石水厂于1996年竣工投产，总设计日供水量30万吨，是90年代自动化程度很高的地表水厂。水处理工艺过程主要包括：取水、加药混凝、沉淀、过滤、加氯消毒、送水六个主要环节。

　　润石水厂的PLC采用的是美国SQUARE D公司的产品，随着运行时间的增加，电子器件逐渐老化，故障率越来越高，并且由于当今电子技术的迅猛发展，现有自控设备已逐渐被淘汰，库存备件逐渐减少，备件价格越来越昂贵、供货周期不断加长， 因此，我们针对水厂制水过程的特点和对控制系统的功能要求，并根据该厂的具体情况，最终决定采用罗克韦尔自动化的系列PLC和基于客户/服务器HMI 组态软件RSViewSE 进行水厂可靠性的提升。

2 现场控制站及各自实现的功能要求

　　根据水厂生产工艺及设计要求，共有6个主PLC控制站，9个子PLC站构成控制系统，全部采用了罗克韦尔自动化的系列PLC，通过CONTROLNET与中控室进行通讯。

　　(1)取水管理站（PLC1）

　　用于取水管理站的工艺参数、设备状态的采集，根据工艺要求控制预加氯，通过无线通讯系统与水厂中控室通讯。

　　(2) 药物投加、沉淀池系统（PLC2）

　　现场仪表数据、设备状态的采集，控制投药系统、配药系统和沉淀池排泥阀。根据进水流量、原水浊度、温度进行加药系统的比例投加。

　　(3)滤池、加氯系统（PLC3）

　　自动完成滤池过滤与反冲洗过程控制，负责加氯过程的监测和控制。

　　(4)送水泵站（PLC4）

　　用于送水泵房、出水管线的工艺参数、水质参数、设备状态的采集，根据工艺过程要求对6台送水泵、出口阀、流量计等设备进行控制。

　　(5)中控室（PLC5）

　　通过系统网络通讯，采集接收各现场控制站检测到的主要工艺设备状况及报警信号，实现对各控制站点设备的远程控制。

　　(6)变配电系统（PLC7）

　　采集现场设备状态提供高压报警信号

　　(7)9个子PLC站

　　滤池PLC3A-3H：8个子PLC负责控制滤池的设备及现场数据采集

　　废水处理子PLC：实现污泥处理的自动运行

3 控制系统构成

3.1控制系统硬件

图1 润石水厂自控系统拓扑图

　　从图1看出，整个控制网络根据系统不同功能层次采用三种通讯方式。厂区主干网即6个主站PLC之间以及主站与子站之间通讯均采用ControlNET冗余网络（A、B两条并行网线），6个主站采用Contrologix系列PLC,8个滤池子站PLC及脱水间PLC采用Compactlogix系列PLC。，通过各自槽架上的ControlNET通讯模块1756-CNBR相连接（对于Compactlogix系列PLC，直接与CPU模块1769-L35CR连接），通讯时如果A网出现故障系统可以自动切换到B，无需人工设置。为保证信号的稳定和介质的抗干扰性，在有高电压及大电流的区段（PLC4至PLC7，PLC7至PLC3）选用光纤作为网络介质。在PLC3、PLC4、PLC7之间通过6套光纤适配器1786-RPA和光纤转发器1786-RPFM实现ControlNET同轴电缆与光纤的转接。

　　各主站的上位机通过以太网连接。各主站配置一台光纤收发器，并通过集线器与PLC背板上的以太网通讯模块连接1756-ENBT，同时连接上位机。为保证整个系统的稳定及满足增加客户端需求的可能，在中控室设置一台光纤接口交换机，与各站点上位机连接，并连接位于中控室的两台服务器。

　　在PLC2处理器下挂的I/O机架以及PLC1、 PLC3A-H的触摸屏与控制器之间通讯同样采用了ControlNET网络冗余，保证通讯的可靠性。

　　中控室与黄壁庄取水口PLC采用DATA-LINC的SRM6100无线通讯产品交换数据。

　　以太网网络通讯速率为10/100M自适应，ControlNET网的通讯速度为5M/S，Controllogix和Compactlogix系列全采用CIP协议，该协议可以在以太网和ControlNET网上无缝路由，并且传输速度不会受节点的影响，时时保持5m/s的传输速度。图2、3分别示出设备的安装现场照片。

图2　泵房PLC设备安装现场

图3　滤池PLC设备安装现场

3.2控制系统软件

　　中控室是整个控制网络的核心，中控室可以对各个站点（加药间、脱水间、滤站、泵房、配电室、管理站）进行控制和操作，同时加药间、脱水间、滤站、泵房、配电室、管理站可以在自己的控制室控制所属范围内的设备。

　　整个控制系统采用RSView SE的服务器-客户端的分布式应用，中控室设置两台HMI服务器，每台HMI服务器配置双以太网卡，分别用于与HMI客户端和ControllogixPLC进行通讯，HMI服务器采用DELL商用服务器，安装 Windows 2003 或者Windows 2000 Sever操作系统。图4为采用RSView SE编制的人机交互界面。

图4 采用RSView SE编制的人机交互界面

　　三台HMI客户端位于加药间、滤站、泵房，用于从HMI服务器获得信息或向HMI服务器写信息，在HMI服务器中断后不需要重起RSView SE客户端软件，可以继续使用系统。三台HMI客户端采用DELL工控机，安装 Windows XP或者Windows 2000操作系统。

3.3控制系统功能

　　(1)现场数据采集与保存

　　对现场水质检测仪表、各种计量仪表的数据进行定时采集，并把它们保存到创建的SQL SERVER数据库中。

　　(2)现场设备就地与远程控制

　　现场设备分就地与远程控制两种控制模式，就地控制由各站点工作人员现场控制设备的启停，远程控制由中控室人员通过屏幕操作控制或由PLC程序顺序执行控制设备。

　　(3)送水泵恒压供水

　　送水泵站有3台定速泵，3台变频调速泵。自动控制状态下，PLC 根据设定的出水压力，自动调节变频器的输出频率，从而控制变频泵的速度，达到节能降耗的目的，实现恒压供水。这是此次改造的亮点，利用Compactlogix产品的自身功能特点，替换了该厂花费几十万元附加配置的庞大设备，不仅美化了车间环境，而且比改造前节约近30%的电能损耗，受到水厂领导和广大职工的好评，具有良好的推广价值。

　　(4)实时数据查询与分析

　　利用RSView SE软件对一些需要查询历史数据的参数绘制曲线图，数据定时采集，在线存储，记录周期可调，按一定的周期采样，数据采用先入先出的保留形式，保存一个月

　　(5)画面显示

　　各站点计算机显示的画面有水厂工艺流程总图、各PLC控制流程分画面、高压配电监控画面、设备操作画面、曲线图、调用菜单画面、报警画面、报表画面。工作通过调用这些画面可以全面地了解水厂的运行情况，并且很方便地对设备操作。

　　(6)报警功能

　　在任何时间和在任何显示页面均能在画面顶部显示出报警信息，包括报警内容、报警时间、报警地点。报警按级别高低分为三级，用红、黄、绿不同的颜色表示，并通过各自PLC柜的蜂鸣器给予声音报警，提醒工作人员迅速查看报警内容并找故障点。

　　(7)报表功能

　　本系统输出的报表有以下三种，即输水工艺参数日报表、输水工艺参数月报表、水厂工艺参数年报表。

4结束语

　　目前该系统已运行一年多，由于它有较高的可靠性、稳定性、以及灵活的可扩展功能，其性能完全能满足运行要求，对水厂的安全运行、提高供水质量、节能降耗、优化管理等方面起到了至关重要的作用。

参考文献

[1] Controlnet Network系统概貌 1.5版本

[2] Logix5550 controller控制器编程手册

[3] Controllogix^TM系统用户手册

作者简介

赵芳珍(1974-) 女 高级工程师/硕士学位，2002年毕业于华中科技大学，现任职于石家庄供水集团中控室。