羅克韋爾PLC系列產(chǎn)品在石家莊潤(rùn)石水廠的應(yīng)用

1引言

　　石家莊潤(rùn)石水廠于1996年竣工投產(chǎn)，總設(shè)計(jì)日供水量30萬(wàn)噸，是90年代自動(dòng)化程度很高的地表水廠。水處理工藝過(guò)程主要包括：取水、加藥混凝、沉淀、過(guò)濾、加氯消毒、送水六個(gè)主要環(huán)節(jié)。

　　潤(rùn)石水廠的PLC采用的是美國(guó)SQUARE D公司的產(chǎn)品，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，電子器件逐漸老化，故障率越來(lái)越高，并且由于當(dāng)今電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，現(xiàn)有自控設(shè)備已逐漸被淘汰，庫(kù)存?zhèn)浼饾u減少，備件價(jià)格越來(lái)越昂貴、供貨周期不斷加長(zhǎng)， 因此，我們針對(duì)水廠制水過(guò)程的特點(diǎn)和對(duì)控制系統(tǒng)的功能要求，并根據(jù)該廠的具體情況，最終決定采用羅克韋爾自動(dòng)化的系列PLC和基于客戶/服務(wù)器HMI 組態(tài)軟件RSViewSE 進(jìn)行水廠可靠性的提升。

2 現(xiàn)場(chǎng)控制站及各自實(shí)現(xiàn)的功能要求

　　根據(jù)水廠生產(chǎn)工藝及設(shè)計(jì)要求，共有6個(gè)主PLC控制站，9個(gè)子PLC站構(gòu)成控制系統(tǒng)，全部采用了羅克韋爾自動(dòng)化的系列PLC，通過(guò)CONTROLNET與中控室進(jìn)行通訊。

　　(1)取水管理站（PLC1）

　　用于取水管理站的工藝參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)的采集，根據(jù)工藝要求控制預(yù)加氯，通過(guò)無(wú)線通訊系統(tǒng)與水廠中控室通訊。

　　(2) 藥物投加、沉淀池系統(tǒng)（PLC2）

　　現(xiàn)場(chǎng)儀表數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)的采集，控制投藥系統(tǒng)、配藥系統(tǒng)和沉淀池排泥閥。根據(jù)進(jìn)水流量、原水濁度、溫度進(jìn)行加藥系統(tǒng)的比例投加。

　　(3)濾池、加氯系統(tǒng)（PLC3）

　　自動(dòng)完成濾池過(guò)濾與反沖洗過(guò)程控制，負(fù)責(zé)加氯過(guò)程的監(jiān)測(cè)和控制。

　　(4)送水泵站（PLC4）

　　用于送水泵房、出水管線的工藝參數(shù)、水質(zhì)參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)的采集，根據(jù)工藝過(guò)程要求對(duì)6臺(tái)送水泵、出口閥、流量計(jì)等設(shè)備進(jìn)行控制。

　　(5)中控室（PLC5）

　　通過(guò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊，采集接收各現(xiàn)場(chǎng)控制站檢測(cè)到的主要工藝設(shè)備狀況及報(bào)警信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各控制站點(diǎn)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。

　　(6)變配電系統(tǒng)（PLC7）

　　采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)提供高壓報(bào)警信號(hào)

　　(7)9個(gè)子PLC站

　　濾池PLC3A-3H：8個(gè)子PLC負(fù)責(zé)控制濾池的設(shè)備及現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集

　　廢水處理子PLC：實(shí)現(xiàn)污泥處理的自動(dòng)運(yùn)行

3 控制系統(tǒng)構(gòu)成

3.1控制系統(tǒng)硬件

圖1 潤(rùn)石水廠自控系統(tǒng)拓?fù)鋱D

　　從圖1看出，整個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)根據(jù)系統(tǒng)不同功能層次采用三種通訊方式。廠區(qū)主干網(wǎng)即6個(gè)主站PLC之間以及主站與子站之間通訊均采用ControlNET冗余網(wǎng)絡(luò)（A、B兩條并行網(wǎng)線），6個(gè)主站采用Contrologix系列PLC,8個(gè)濾池子站PLC及脫水間PLC采用Compactlogix系列PLC。，通過(guò)各自槽架上的ControlNET通訊模塊1756-CNBR相連接（對(duì)于Compactlogix系列PLC，直接與CPU模塊1769-L35CR連接），通訊時(shí)如果A網(wǎng)出現(xiàn)故障系統(tǒng)可以自動(dòng)切換到B，無(wú)需人工設(shè)置。為保證信號(hào)的穩(wěn)定和介質(zhì)的抗干擾性，在有高電壓及大電流的區(qū)段（PLC4至PLC7，PLC7至PLC3）選用光纖作為網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)。在PLC3、PLC4、PLC7之間通過(guò)6套光纖適配器1786-RPA和光纖轉(zhuǎn)發(fā)器1786-RPFM實(shí)現(xiàn)ControlNET同軸電纜與光纖的轉(zhuǎn)接。

　　各主站的上位機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)連接。各主站配置一臺(tái)光纖收發(fā)器，并通過(guò)集線器與PLC背板上的以太網(wǎng)通訊模塊連接1756-ENBT，同時(shí)連接上位機(jī)。為保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定及滿足增加客戶端需求的可能，在中控室設(shè)置一臺(tái)光纖接口交換機(jī)，與各站點(diǎn)上位機(jī)連接，并連接位于中控室的兩臺(tái)服務(wù)器。

　　在PLC2處理器下掛的I/O機(jī)架以及PLC1、 PLC3A-H的觸摸屏與控制器之間通訊同樣采用了ControlNET網(wǎng)絡(luò)冗余，保證通訊的可靠性。

　　中控室與黃壁莊取水口PLC采用DATA-LINC的SRM6100無(wú)線通訊產(chǎn)品交換數(shù)據(jù)。

　　以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通訊速率為10/100M自適應(yīng)，ControlNET網(wǎng)的通訊速度為5M/S，Controllogix和Compactlogix系列全采用CIP協(xié)議，該協(xié)議可以在以太網(wǎng)和ControlNET網(wǎng)上無(wú)縫路由，并且傳輸速度不會(huì)受節(jié)點(diǎn)的影響，時(shí)時(shí)保持5m/s的傳輸速度。圖2、3分別示出設(shè)備的安裝現(xiàn)場(chǎng)照片。

圖2　泵房PLC設(shè)備安裝現(xiàn)場(chǎng)

圖3　濾池PLC設(shè)備安裝現(xiàn)場(chǎng)

3.2控制系統(tǒng)軟件

　　中控室是整個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)的核心，中控室可以對(duì)各個(gè)站點(diǎn)（加藥間、脫水間、濾站、泵房、配電室、管理站）進(jìn)行控制和操作，同時(shí)加藥間、脫水間、濾站、泵房、配電室、管理站可以在自己的控制室控制所屬范圍內(nèi)的設(shè)備。

　　整個(gè)控制系統(tǒng)采用RSView SE的服務(wù)器-客戶端的分布式應(yīng)用，中控室設(shè)置兩臺(tái)HMI服務(wù)器，每臺(tái)HMI服務(wù)器配置雙以太網(wǎng)卡，分別用于與HMI客戶端和ControllogixPLC進(jìn)行通訊，HMI服務(wù)器采用DELL商用服務(wù)器，安裝 Windows 2003 或者Windows 2000 Sever操作系統(tǒng)。圖4為采用RSView SE編制的人機(jī)交互界面。

圖4 采用RSView SE編制的人機(jī)交互界面

　　三臺(tái)HMI客戶端位于加藥間、濾站、泵房，用于從HMI服務(wù)器獲得信息或向HMI服務(wù)器寫(xiě)信息，在HMI服務(wù)器中斷后不需要重起RSView SE客戶端軟件，可以繼續(xù)使用系統(tǒng)。三臺(tái)HMI客戶端采用DELL工控機(jī)，安裝 Windows XP或者Windows 2000操作系統(tǒng)。

3.3控制系統(tǒng)功能

　　(1)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集與保存

　　對(duì)現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)檢測(cè)儀表、各種計(jì)量?jī)x表的數(shù)據(jù)進(jìn)行定時(shí)采集，并把它們保存到創(chuàng)建的SQL SERVER數(shù)據(jù)庫(kù)中。

　　(2)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備就地與遠(yuǎn)程控制

　　現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備分就地與遠(yuǎn)程控制兩種控制模式，就地控制由各站點(diǎn)工作人員現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備的啟停，遠(yuǎn)程控制由中控室人員通過(guò)屏幕操作控制或由PLC程序順序執(zhí)行控制設(shè)備。

　　(3)送水泵恒壓供水

　　送水泵站有3臺(tái)定速泵，3臺(tái)變頻調(diào)速泵。自動(dòng)控制狀態(tài)下，PLC 根據(jù)設(shè)定的出水壓力，自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，從而控制變頻泵的速度，達(dá)到節(jié)能降耗的目的，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。這是此次改造的亮點(diǎn)，利用Compactlogix產(chǎn)品的自身功能特點(diǎn)，替換了該廠花費(fèi)幾十萬(wàn)元附加配置的龐大設(shè)備，不僅美化了車(chē)間環(huán)境，而且比改造前節(jié)約近30%的電能損耗，受到水廠領(lǐng)導(dǎo)和廣大職工的好評(píng)，具有良好的推廣價(jià)值。

　　(4)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢與分析

　　利用RSView SE軟件對(duì)一些需要查詢歷史數(shù)據(jù)的參數(shù)繪制曲線圖，數(shù)據(jù)定時(shí)采集，在線存儲(chǔ)，記錄周期可調(diào)，按一定的周期采樣，數(shù)據(jù)采用先入先出的保留形式，保存一個(gè)月

　　(5)畫(huà)面顯示

　　各站點(diǎn)計(jì)算機(jī)顯示的畫(huà)面有水廠工藝流程總圖、各PLC控制流程分畫(huà)面、高壓配電監(jiān)控畫(huà)面、設(shè)備操作畫(huà)面、曲線圖、調(diào)用菜單畫(huà)面、報(bào)警畫(huà)面、報(bào)表畫(huà)面。工作通過(guò)調(diào)用這些畫(huà)面可以全面地了解水廠的運(yùn)行情況，并且很方便地對(duì)設(shè)備操作。

　　(6)報(bào)警功能

　　在任何時(shí)間和在任何顯示頁(yè)面均能在畫(huà)面頂部顯示出報(bào)警信息，包括報(bào)警內(nèi)容、報(bào)警時(shí)間、報(bào)警地點(diǎn)。報(bào)警按級(jí)別高低分為三級(jí)，用紅、黃、綠不同的顏色表示，并通過(guò)各自PLC柜的蜂鳴器給予聲音報(bào)警，提醒工作人員迅速查看報(bào)警內(nèi)容并找故障點(diǎn)。

　　(7)報(bào)表功能

　　本系統(tǒng)輸出的報(bào)表有以下三種，即輸水工藝參數(shù)日?qǐng)?bào)表、輸水工藝參數(shù)月報(bào)表、水廠工藝參數(shù)年報(bào)表。

4結(jié)束語(yǔ)

　　目前該系統(tǒng)已運(yùn)行一年多，由于它有較高的可靠性、穩(wěn)定性、以及靈活的可擴(kuò)展功能，其性能完全能滿足運(yùn)行要求，對(duì)水廠的安全運(yùn)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。

參考文獻(xiàn)

[1] Controlnet Network系統(tǒng)概貌 1.5版本

[2] Logix5550 controller控制器編程手冊(cè)

[3] Controllogix^TM系統(tǒng)用戶手冊(cè)

作者簡(jiǎn)介

趙芳珍(1974-) 女 高級(jí)工程師/碩士學(xué)位，2002年畢業(yè)于華中科技大學(xué)，現(xiàn)任職于石家莊供水集團(tuán)中控室。