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摘 要：本文通過分析自來水廠對控制系統的功能要求，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組態軟件構成的自控系統。
1、引言
自來水廠的制水過程是從水源地取水經輸水管網至水廠，處理達標后通過配水管網送至用戶。惠州市江北水廠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，控制方式采用PLC+PC的監控方式，設制一個中心控制主站和四個現場分站，各PLC站之間通過三菱MELSECNET/10網通訊，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監測設備的運行狀態;自動時PLC監控設備的運行。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配合達到了最優控制。上位機采用美國Intellution公司的FIX組態軟件及國產組態王軟件。
2、江北水廠對控制系統的要求
1）、分散性
根據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設計成幾個不同功能的分站，通過網絡使各個站之間既獨立又關聯，互不影響地進行各自的控制任務。
2）、集中監控
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，并進行集中監控。
3）、可靠性、安全性
水廠的安全、穩定運行直接關系到千家萬戶，所以從控制系統的結構設計、軟硬件產品質量到控制程序編制等各個環節都必須是高可靠性的。
4）、可維護性
系統在系統軟件、應用軟件和硬件方面具有強大的報警和故障自診斷功能，方便工程師對系統故障進行分析和維護。
5）、可擴展性
系統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的變更打下基礎。
6）、開放性
開放性是用戶對控制系統的普遍需求。隨著計算機和網絡技術的發展和應用的普及，人們越來越需要過程控制系統與管理信息系統交互信息，從而實現管理與控制一體化。最終達到向管理要效率，向管理要效益。盡管各控制系統生產廠家在現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控系統具有開放性，例如：監控系統應基于微軟公司的WindowsNT、2000或9X平臺，支持各種規范的協議如OPC、ODBC、ActiveX、DDE等。
3、 控制系統構成
1）、 控制系統硬件
如圖所示，江北水廠根據系統不同功能分為五個PLC站，應用三菱MELSECNET/10網組網通訊，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據傳輸。遠程測壓點通過無線通訊進行數據傳輸。根據生產的特點五個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1024，存儲容量256K），其它各站選用A2ASCPU（I/O點數512，存儲容量64K），A/D轉換模塊選用A1S68AD，D/A轉換模塊選用A1S68DAI，在網絡方面選用了A1SJ71BR11模塊組成的同軸電纜總線方式的MELSECNET/10網。此網絡的最大優點是當一個站由于電源故障或其它故障而脫網時，這個站將被分離，數據鏈接繼續在有效的站間進行，當故障消除時，它自動返回在線狀態，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，并執行PID控制算法，送出適合于執行機構特性的命令值（MV值）。執行機構是由模擬輸出控制。我廠共有10組濾池，因些組數設為10，設定執行周期為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，FR-A044-2.2K 和FR-E540-0.75K，產品均采用以微處理器核心的數字控制技術，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控。當設備發生故障時，該變頻器可及時停止運行，防止事態惡習化，并通過參數單元顯示故障代碼，提高查找故障的效率。相比FR-E540-0.75K調節參數設置方面沒有FR- A044-2.2K方便。使用變頻器后感覺最大的優點是：變速區段全由軟件設置，具有柔性控制的特點。
系統結構圖