劉金強(qiáng)　梁竹君

摘 要：文章介紹了施耐德Quantum系列和Premiun系列PLC及Wonderware intouch組態(tài)軟件在福州長樂威立雅東區(qū)水廠控制系統(tǒng)的應(yīng)用。詳細(xì)地分析了該污水處理系統(tǒng)功能，同時(shí)也闡述了PLC控制系統(tǒng)硬件和軟件組成以及上位機(jī)系統(tǒng)的組成。

關(guān)鍵詞：自來水處理；自動控制系統(tǒng)；PLC；intouch.

1 概述

長樂東區(qū)水廠是福州長樂自來水的重要組成部分，對整個(gè)市區(qū)的供水起著至關(guān)重要的作用。東區(qū)水廠位于鶴上鎮(zhèn)云路村與洞湖村交界處，用地150畝，源水管網(wǎng)總長10多公里，總投資2.2億元，水廠建成后，近期規(guī)模日供水量將達(dá)到10萬噸，遠(yuǎn)期規(guī)模將達(dá)到日供水20 萬m3/d，可以解決長樂東部和南部地區(qū)的供水問題，同時(shí)空港工業(yè)區(qū)、濱海工業(yè)區(qū)的企業(yè)也將大大受益。本項(xiàng)目的水處理系統(tǒng)是整個(gè)水廠工程的重要組成部分，該系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性、安全性將直接影響整個(gè)水廠的自來水的處理。

2 系統(tǒng)組成及分析

此項(xiàng)目自來水處理工藝采用法國威立雅的水處理工藝，具體工藝流程如圖1所示。

本系統(tǒng)采用PLC+本地系統(tǒng)上位機(jī)控制方式。系統(tǒng)共由525個(gè)DI點(diǎn)、265個(gè)DO點(diǎn)、119個(gè)AI點(diǎn)、30個(gè)AO點(diǎn)組成。

2.1 系統(tǒng)功能分析

整個(gè)系統(tǒng)的主要功能包括：控制功能、顯示功能、操作功能、數(shù)據(jù)通信功能、綜合信息管理功能。

管理、監(jiān)視功能：操作站主工業(yè)控制計(jì)算機(jī)長期冗余在線工作，定時(shí)檢測各現(xiàn)場PLC 控制站采集的數(shù)據(jù)，對各工藝參數(shù)、動力及變配電設(shè)備的運(yùn)行實(shí)時(shí)顯示、記錄、存儲、打印、事故報(bào)警等工作。

操作控制功能：在基于圖形和菜單的形式上，操作人員在操作站通過鍵盤或鼠標(biāo)下達(dá)有關(guān)指令或信息，開/停或調(diào)整設(shè)備的工作狀態(tài)。

依據(jù)以上的功能要求，整個(gè)系統(tǒng)至少需要顯示以下四類畫面。

第一類：過程狀態(tài)顯示畫面。主要包括總貌顯示、區(qū)域顯示、組貌顯示、回路顯示、報(bào)警狀態(tài)顯示。

第二類：趨勢顯示畫面。趨勢顯示分為實(shí)時(shí)趨勢和歷史趨勢，其主要包括曲線圖和柱狀圖。

第三類：工藝流程動態(tài)顯示畫面。其主要包括工藝流程、工藝參數(shù)定時(shí)刷新、設(shè)備啟/停狀態(tài)。

第四類：文件顯示和打印。其主要包括日、月生產(chǎn)報(bào)表。

經(jīng)過系統(tǒng)組態(tài)后，只要把生成的應(yīng)用軟件向下傳送到各相關(guān)現(xiàn)場PLC控制站，就可以具體實(shí)施。組態(tài)的應(yīng)用軟件應(yīng)能在線重新組態(tài)而不影響系統(tǒng)的連續(xù)正常工作。

系統(tǒng)組態(tài)軟件應(yīng)能對下列項(xiàng)目進(jìn)行在線組態(tài)。

（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組態(tài)；

（2）測量數(shù)據(jù)組態(tài)；

（3）歷史數(shù)據(jù)組態(tài)；

（4） 控制功能組態(tài)；

（5）圖形文件組態(tài)；

（6）顯示組態(tài)。

通訊功能：操作站與現(xiàn)場PLC 控制站、生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊和信息交換，在通訊功能中應(yīng)設(shè)置密碼保護(hù)，對各級操作都應(yīng)設(shè)置授權(quán)限制，防止越權(quán)非法操作，確保水廠設(shè)備安全有序的運(yùn)行。

2.2 PLC控制系統(tǒng)組成

長樂市東區(qū)水廠PLC自動控制系統(tǒng)采用集中監(jiān)控管理，分散控制和就地控制相結(jié)合的分布式智能監(jiān)測、控制方式。整個(gè)控制系統(tǒng)由三個(gè)層次構(gòu)成，即就地控制層，現(xiàn)場控制層，監(jiān)控管理層[1]。

2.2.1 硬件組成

PLC控制系統(tǒng)選用施耐德Quantum系列和Premium系列PLC，本地站點(diǎn)與遠(yuǎn)程站點(diǎn)的通訊采用CRP93100和CRA93100進(jìn)行通訊。這里以其中一套設(shè)備的硬件配置為例。各硬件設(shè)備功能描述如下[2][3]：

（1）CPU：選用140CPU65160，該處理器，時(shí)鐘脈沖頻率266MHz，內(nèi)部1M RAM，IEC 程序內(nèi)存可以擴(kuò)展到7168KB，集成以太網(wǎng)通訊接口。

（2）數(shù)字量I/O模塊：數(shù)字量輸入模塊采用32路的140DDI3530

0模塊，此模塊為24Vdc 輸入，可用于源極輸出設(shè)備。數(shù)字量輸出模塊采用32路140DDO35300模塊，此模塊切換24Vdc功率負(fù)載，可用于漏極器件。

（3）模擬量I/O模塊：模擬量輸入采用16路的140ACI04000模塊，該模塊可接受混合電流和壓力輸入，在該系統(tǒng)中，主要完成液位、壓力、流量等模擬量的輸入。模擬量輸出采用8路140ACO13000模塊，輸出4～20mA電流實(shí)現(xiàn)對本系統(tǒng)的閥位及電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

（4）遠(yuǎn)程機(jī)架通訊：本系統(tǒng)中本地采用CRP93100模塊，通過同軸電纜及專用RIO接頭同遠(yuǎn)程的CPA93100模塊進(jìn)行連接，以實(shí)現(xiàn)本地站與遠(yuǎn)程站點(diǎn)的通訊。

本系統(tǒng)通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用Hiper Ring超級冗余環(huán)形結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了全部鏈路冗余，無單點(diǎn)故障，任意一個(gè)鏈路故障發(fā)生故障，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)均可在500ms內(nèi)自愈，不會影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。整個(gè)水廠的環(huán)網(wǎng)通訊如圖2所示。

2.2.2 PLC程序結(jié)構(gòu)

編程環(huán)境采用設(shè)備專用的Unity Pro6.1，在軟件中可以進(jìn)行系統(tǒng)的配置，軟件編程可以采用梯形圖（LD）、功能塊圖（FBD）、順序功能圖（SFC），也可以通過C語言來進(jìn)行編程[4]。

在本系統(tǒng)中，采用當(dāng)代比較流行的模塊化編程思想，這樣使得整個(gè)控制思路更加簡單、快捷，同時(shí)也提高了程序可讀性，有利于整套控制系統(tǒng)調(diào)試和維護(hù)。編程環(huán)境及部分程序如圖3所示。

2.3 上位機(jī)系統(tǒng)組成

上位機(jī)系統(tǒng)選用Inspiron靈越620計(jì)算機(jī)，并配備23寸液晶顯示屏，同時(shí)安裝有美國Wonderware公司生產(chǎn)的基于WINDOWS NT/2000/XP平臺上Intouch10.0組態(tài)軟件，可以實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場所有設(shè)備的操作、數(shù)據(jù)的采集及監(jiān)控。WindowMaker是InTouch 的開發(fā)環(huán)境。WindowMaker圖形用戶界面符合Windows XP與Windows NT GUI標(biāo)準(zhǔn)[5]。其部分監(jiān)控畫面如圖4所示。

3 結(jié)束語

本套控制系統(tǒng)自2012年7月調(diào)試完成投入運(yùn)行以來，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行良好，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，極大地節(jié)省了人力，也降低了運(yùn)行操作人員的勞動強(qiáng)度，極大地提高經(jīng)濟(jì)和社會效益。

參考文獻(xiàn)

[1]李士勇.智能控制[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2011.

[2]Schneider Electric.Quantum使用手冊Premium使用手冊[Z].2003.

[3]Schneider Electric.Modicon TSX Quantum、Premium硬件手冊[Z].2002.

[4]Schneider Electric.Unity Pro6.1User Ma[Z].

[5]Wonderware FactorySuite.InTouch.用戶指南[Z].Invensys Systems， Inc.2002.

作者簡介：劉金強(qiáng)（1983-），男，湖北沙洋縣人，碩士研究生，研究方向：工業(yè)控制及復(fù)雜高智能自動化控制。

梁竹君（1985-），女，四川開江縣人，碩士研究生，講師，研究方向：智能化控制。