《電子技術(shù)應用》
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三菱PLC及變頻器在水廠的應用
中國自動化網(wǎng)
摘要: 本文通過分析自來水廠對控制系統(tǒng)的功能要求,主要介紹了三菱自動化的PLC及變頻器在自來水廠的應用,以及與FIX組態(tài)軟件構(gòu)成的自控系統(tǒng)。
Abstract:
Key words :

摘 要:本文通過分析自來水廠對控制系統(tǒng)的功能要求,主要介紹了三菱自動化的PLC變頻器在自來水廠的應用,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
  自來水廠的制水過程是從水源地取水經(jīng)輸水管網(wǎng)至水廠,處理達標后通過配水管網(wǎng)送至用戶?;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,一期工程設計供水能力為20萬噸/日,1999年9月22日正式供水。該廠采用集散測控管理系統(tǒng),控制方式采用PLC+PC的監(jiān)控方式,設制一個中心控制主站和四個現(xiàn)場分站,各PLC站之間通過三菱MELSECNET/10網(wǎng)通訊,中心控制室與各計算機之間用三菱通訊模塊A1SJ71UC24-R2通訊,現(xiàn)場設備的控制方式分為手動與自動兩種控制方式:手動時PLC監(jiān)測設備的運行狀態(tài);自動時PLC監(jiān)控設備的運行。江北水廠所有的PLC均采用三菱AnS系列,完成了邏輯控制、過程控制、PID等多種控制任務。江北水廠所涉及的變頻控制采用三菱變頻器,它們與PLC配合達到了最優(yōu)控制。上位機采用美國Intellution公司的FIX組態(tài)軟件及國產(chǎn)組態(tài)王軟件。
2、江北水廠對控制系統(tǒng)的要求
  1)、分散性
  根據(jù)江北水廠工藝的特點,分為取水泵站、投礬車間、投氯車間、反應池、平流濾、濾池、清水池、供水泵站等。由于主體設備過于分散因此需要控制系統(tǒng)設計成幾個不同功能的分站,通過網(wǎng)絡使各個站之間既獨立又關(guān)聯(lián),互不影響地進行各自的控制任務。
  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整個水廠的生產(chǎn)情況了解,并進行集中監(jiān)控。
  3)、可靠性、安全性
  水廠的安全、穩(wěn)定運行直接關(guān)系到千家萬戶,所以從控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設計、軟硬件產(chǎn)品質(zhì)量到控制程序編制等各個環(huán)節(jié)都必須是高可靠性的。
  4)、可維護性
  系統(tǒng)在系統(tǒng)軟件、應用軟件和硬件方面具有強大的報警和故障自診斷功能,方便工程師對系統(tǒng)故障進行分析和維護。
  5)、可擴展性
  系統(tǒng)應采用具有一定標準及應用較為廣泛的軟硬件產(chǎn)品,并考慮一定的余量,為將來水廠的擴建及系統(tǒng)的變更打下基礎。
  6)、開放性
  開放性是用戶對控制系統(tǒng)的普遍需求。隨著計算機和網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展和應用的普及,人們越來越需要過程控制系統(tǒng)與管理信息系統(tǒng)交互信息,從而實現(xiàn)管理與控制一體化。最終達到向管理要效率,向管理要效益。盡管各控制系統(tǒng)生產(chǎn)廠家在現(xiàn)場控制器模塊級還不可能完全開放或通用,但必須要求上位機監(jiān)控系統(tǒng)具有開放性,例如:監(jiān)控系統(tǒng)應基于微軟公司的WindowsNT、2000或9X平臺,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PLC站,應用三菱MELSECNET/10網(wǎng)組網(wǎng)通訊,通過A1SJ71UC24-R2與計算機通訊。利用電信局幀中繼與公司調(diào)度室進行數(shù)據(jù)傳輸。遠程測壓點通過無線通訊進行數(shù)據(jù)傳輸。根據(jù)生產(chǎn)的特點五個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、投加分站以過程控制為主,利用儀表、變頻器進行投氯、投礬的回路控制。儀表輸出4-20mA標準信號。
  B、排泥車分站以邏輯控制為主,通過PLC發(fā)出的指令,指令通過中間繼電器及變頻器,對行車的電機及泵等設備進行開停、運行頻率變化等控制,以達到運行的高度自動化。
  C、濾池分站是邏輯控制與過程控制相輔相成,并加入了PID控制。在幾個站中濾池分站屬于最復雜繁煩,我廠有十組濾池,并且都投入運行,三菱PLC完全能達到控制要求。
  D、反沖分站主要是以邏輯控制為主,當PLC接受到濾池站發(fā)出的反沖要求指令時,開始按程序順序地進行控制。
  E、主站以邏輯控制為主,其作用主要是加強報警功能,將各分站發(fā)生的緊急事故,第一時間通知值班人員。
  以上各站中主站CPU選用三菱A2ASCPU-S1(I/O點數(shù)1024,存儲容量256K),其它各站選用A2ASCPU(I/O點數(shù)512,存儲容量64K),A/D轉(zhuǎn)換模塊選用A1S68AD,D/A轉(zhuǎn)換模塊選用A1S68DAI,在網(wǎng)絡方面選用了A1SJ71BR11模塊組成的同軸電纜總線方式的MELSECNET/10網(wǎng)。此網(wǎng)絡的最大優(yōu)點是當一個站由于電源故障或其它故障而脫網(wǎng)時,這個站將被分離,數(shù)據(jù)鏈接繼續(xù)在有效的站間進行,當故障消除時,它自動返回在線狀態(tài),重新開始通信。從江北水廠投產(chǎn)運行至今,除了一次被雷電擊壞了網(wǎng)絡模塊以外,還沒有因PLC故障導致生產(chǎn)無法正常運行的事件發(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水位的設定值(SV值),通過PID控制單元將過程值(PV值)與設定值(SV值)對比,并執(zhí)行PID控制算法,送出適合于執(zhí)行機構(gòu)特性的命令值(MV值)。執(zhí)行機構(gòu)是由模擬輸出控制。我廠共有10組濾池,因些組數(shù)設為10,設定執(zhí)行周期為K100(1sec),P值為K1000(10),I值為K2000(200 sec),D值為K0。實際應用中能滿足控制要求,達到V型濾池恒水位控制的要求,我廠PID控制可以分為自動和手動兩種方式,自動控制即由PLC進行全自動控制,不需要進行人工干預。手動控制即在上位機上給定一個閥位輸出值(MV值),通過PLC對閥位進行控制,手動方式時內(nèi)部設定點不與測量值校準。
  編程梯形圖軟件用三菱公司的GPPW軟件,在組網(wǎng)設置方面非常簡便,在程序調(diào)試方面及在線檢測方面已大大優(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),在使用過程中都能達到很好的響應能力,具有頻率設定檢測、負荷選擇、電流輸入等,共計100多個參數(shù)選擇。及對變頻器過載、CPU故障、電機再生電壓過大等多種故障進行監(jiān)控。當設備發(fā)生故障時,該變頻器可及時停止運行,防止事態(tài)惡習化,并通過參數(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)設置方面沒有FR- A044-2.2K方便。使用變頻器后感覺最大的優(yōu)點是:變速區(qū)段全由軟件設置,具有柔性控制的特點。

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、下位機關(guān)系。通過專用的I/O dirver將二者結(jié)合起來,實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控(SCADA)的任務 。組態(tài)軟件支持第三方應用程序的運行,具有操作簡單、管理方便、安全性、維護性、可移植性、穩(wěn)定性強的特點。我們還利用FIX通過ODBC SQL實現(xiàn)了與調(diào)度室數(shù)據(jù)傳輸任務,保證了系統(tǒng)的開發(fā)性和可擴展性。FIX提供了報警系統(tǒng)生成、顯示、存儲報警信息等功能,使下位機PLC的事件實時地顯示出來。
4、 結(jié)束語
  本系統(tǒng)在江北水廠已穩(wěn)定運行近四年多,運行結(jié)果表明三菱自動化PLC及變頻器與組態(tài)軟件組成的PLC+PC系統(tǒng)能充分滿足對水廠控制系統(tǒng)的要求,對水廠的安全運行、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。

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