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)軟件構成的自控系統(tǒng),。
關鍵詞：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)定運行直接關系到千家萬戶,，所以從控制系統(tǒng)的結構設計,、軟硬件產品質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轉換模塊選用A1S68AD,，D/A轉換模塊選用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)行機構特性的命令值（MV值）,。執(zhí)行機構是由模擬輸出控制,。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，產品均采用以微處理器核心的數(shù)字控制技術,，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)結構圖
　　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)王軟件構成,，組態(tài)軟件與PLC構成了上,、下位機關系。通過專用的I/O dirver將二者結合起來,，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、 結束語
　　本系統(tǒng)在江北水廠已穩(wěn)定運行近四年多,，運行結果表明三菱自動化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、提高供水質量,、節(jié)能降耗,、優(yōu)化管理等方面起到了至關重要的作用。