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基于PLC和组态软件的大型自来水厂监控系统
技术分类:人机界面 作者:江圣辉, 广东南海第二水厂 发表时间:2005-11-23

  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
  本系统全部设备的控制都由PLC来完成,PLC程序利用OMRON-CX-Programmer软件编制。在各工艺段及单体设备其控制程序亦相对独立,部分相同的工艺采用子程序模式,因此程序结构比较简单,调试和维修方便。


  人机界面
  

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