介紹三菱plc及三菱變頻器在水廠的應(yīng)用。
摘 要：本文通過(guò)分析自來(lái)水廠對(duì)控制系統(tǒng)的功能要求，主要介紹了三菱自動(dòng)化的plc及變頻器在自來(lái)水廠的應(yīng)用，以及與fix組態(tài)軟件構(gòu)成的自控系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：plc，變頻器，組態(tài)軟件
1、引言
　　自來(lái)水廠的制水過(guò)程是從水源地取水經(jīng)輸水管網(wǎng)至水廠，處理達(dá)標(biāo)后通過(guò)配水管網(wǎng)送至用戶(hù)。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(shè)計(jì)供水能力為20萬(wàn)噸/日，1999年9月22日正式供水。該廠采用集散測(cè)控管理系統(tǒng)，控制方式采用plc+pc的監(jiān)控方式，設(shè)制一個(gè)中心控制主站和四個(gè)現(xiàn)場(chǎng)分站，各plc站之間通過(guò)三菱melsecnet/10網(wǎng)通訊，中心控制室與各計(jì)算機(jī)之間用三菱通訊模塊a1sj71uc24-r2通訊，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制方式分為手動(dòng)與自動(dòng)兩種控制方式：手動(dòng)時(shí)plc監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài);自動(dòng)時(shí)plc監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)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(guò)程控制、pid等多種控制任務(wù)。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(dá)到了 優(yōu)控制。上位機(jī)采用美國(guó)intellution公司的fix組態(tài)軟件及國(guó)產(chǎn)組態(tài)王軟件。
2、江北水廠對(duì)控制系統(tǒng)的要求
　　1）、分散性
　　根據(jù)江北水廠工藝的特點(diǎn)，分為取水泵站、投礬車(chē)間、投氯車(chē)間、反應(yīng)池、平流濾、濾池、清水池、供水泵站等。由于主體設(shè)備過(guò)于分散因此需要控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)成幾個(gè)不同功能的分站，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)使各個(gè)站之間既獨(dú)立又關(guān)聯(lián)，互不影響地進(jìn)行各自的控制任務(wù)。
　　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(duì)整個(gè)水廠的生產(chǎn)情況了解，并進(jìn)行集中監(jiān)控。
　　3）、可靠性、安全性
　　水廠的安全、穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到千家萬(wàn)戶(hù)，所以從控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軟硬件產(chǎn)品質(zhì)量到控制程序編制等各個(gè)環(huán)節(jié)都必須是高可靠性的。
　　4）、可維護(hù)性
　　系統(tǒng)在系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件和硬件方面具有強(qiáng)大的報(bào)警和故障自診斷功能，方便工程師對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行分析和維護(hù)。
　　5）、可擴(kuò)展性
　　系統(tǒng)應(yīng)采用具有一定標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用較為廣泛的軟硬件產(chǎn)品，并考慮一定的余量，為將來(lái)水廠的擴(kuò)建及系統(tǒng)的變更打下基礎(chǔ)。
　　6）、開(kāi)放性
　　開(kāi)放性是用戶(hù)對(duì)控制系統(tǒng)的普遍需求。隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的普及，人們?cè)絹?lái)越需要過(guò)程控制系統(tǒng)與管理信息系統(tǒng)交互信息，從而實(shí)現(xiàn)管理與控制一體化。 終達(dá)到向管理要效率，向管理要效益。盡管各控制系統(tǒng)生產(chǎn)廠家在現(xiàn)場(chǎng)控制器模塊級(jí)還不可能完全開(kāi)放或通用，但必須要求上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)具有開(kāi)放性，例如：監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)基于微軟公司的windowsnt、2000或9x平臺(tái)，支持各種規(guī)范的協(xié)議如opc、odbc、activex、dde等。
3、 控制系統(tǒng)構(gòu)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(gè)plc站，應(yīng)用三菱melsecnet/10網(wǎng)組網(wǎng)通訊，通過(guò)a1sj71uc24-r2與計(jì)算機(jī)通訊。利用電信局幀中繼與公司調(diào)度室進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。遠(yuǎn)程測(cè)壓點(diǎn)通過(guò)無(wú)線通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。根據(jù)生產(chǎn)的特點(diǎn)五個(gè)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(guò)程控制為主，利用儀表、變頻器進(jìn)行投氯、投礬的回路控制。儀表輸出4-20ma標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。
　　b、排泥車(chē)分站以邏輯控制為主，通過(guò)plc發(fā)出的指令，指令通過(guò)中間繼電器及變頻器，對(duì)行車(chē)的電機(jī)及泵等設(shè)備進(jìn)行開(kāi)停、運(yùn)行頻率變化等控制，以達(dá)到運(yùn)行的高度自動(dòng)化。
　　c、濾池分站是邏輯控制與過(guò)程控制相輔相成，并加入了pid控制。在幾個(gè)站中濾池分站屬于 復(fù)雜繁煩，我廠有十組濾池，并且都投入運(yùn)行，三菱plc完全能達(dá)到控制要求。
　　d、反沖分站主要是以邏輯控制為主，當(dāng)plc接受到濾池站發(fā)出的反沖要求指令時(shí)，開(kāi)始按程序順序地進(jìn)行控制。
　　e、主站以邏輯控制為主，其作用主要是加強(qiáng)報(bào)警功能，將各分站發(fā)生的緊急事故，第一時(shí)間通知值班人員。
　　以上各站中主站cpu選用三菱a2ascpu-s1（i/o點(diǎn)數(shù)1024，存儲(chǔ)容量256k），其它各站選用a2ascpu（i/o點(diǎn)數(shù)512，存儲(chǔ)容量64k），a/d轉(zhuǎn)換模塊選用a1s68ad，d/a轉(zhuǎn)換模塊選用a1s68dai，在網(wǎng)絡(luò)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(luò)的 大優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)一個(gè)站由于電源故障或其它故障而脫網(wǎng)時(shí)，這個(gè)站將被分離，數(shù)據(jù)鏈接繼續(xù)在有效的站間進(jìn)行www.plcs.cn，當(dāng)故障消除時(shí)，它自動(dòng)返回在線狀態(tài)，重新開(kāi)始通信。從江北水廠投產(chǎn)運(yùn)行至今，除了一次被雷電擊壞了網(wǎng)絡(luò)模塊以外，還沒(méi)有因plc故障導(dǎo)致生產(chǎn)無(wú)法正常運(yùn)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(gè)水位的設(shè)定值（sv值），通過(guò)pid控制單元將過(guò)程值（pv值）與設(shè)定值（sv值）對(duì)比，并執(zhí)行pid控制算法，送出適合于執(zhí)行機(jī)構(gòu)特性的命令值（mv值）。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由模擬輸出控制。我廠共有10組濾池，因些組數(shù)設(shè)為10，設(shè)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(shí)際應(yīng)用中能滿(mǎn)足控制要求，達(dá)到v型濾池恒水位控制的要求，我廠pid控制可以分為自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式，自動(dòng)控制即由plc進(jìn)行全自動(dòng)控制，不需要進(jìn)行人工干預(yù)。手動(dòng)控制即在上位機(jī)上給定一個(gè)閥位輸出值（mv值），通過(guò)plc對(duì)閥位進(jìn)行控制，手動(dòng)方式時(shí)內(nèi)部設(shè)定點(diǎn)不與測(cè)量值校準(zhǔn)。
　　編程梯形圖軟件用三菱公司的gppw軟件，在組網(wǎng)設(shè)置方面非常簡(jiǎn)便，在程序調(diào)試方面及在線檢測(cè)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(guò)兩款三菱公司的變頻器，fr-a044-2.2k 和fr-e540-0.75k，產(chǎn)品均采用以微處理器核心的數(shù)字控制技術(shù)，在使用過(guò)程中都能達(dá)到很好的響應(yīng)能力，具有頻率設(shè)定檢測(cè)、負(fù)荷選擇、電流輸入等，共計(jì)100多個(gè)參數(shù)選擇。及對(duì)變頻器過(guò)載、cpu故障、電機(jī)再生電壓過(guò)大等多種故障進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，該變頻器可及時(shí)停止運(yùn)行，防止事態(tài)惡習(xí)化，并通過(guò)參數(shù)單元顯示故障代碼，提高查找故障的效率。相比f(wàn)r-e540-0.75k調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)置方面沒(méi)有fr- a044-2.2k方便。使用變頻器后感覺(jué) 大的優(yōu)點(diǎn)是：變速區(qū)段全由軟件設(shè)置，具有柔性控制的特點(diǎn)。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
　　2）、控制系統(tǒng)監(jiān)控組態(tài)軟件
　　江水水廠的人機(jī)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(gòu)成，組態(tài)軟件與plc構(gòu)成了上、下位機(jī)關(guān)系。通過(guò)專(zhuān)用的i/o dirver將二者結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控（scada）的任務(wù) 。組態(tài)軟件支持第三方應(yīng)用程序的運(yùn)行，具有操作簡(jiǎn)單、管理方便、安全性、維護(hù)性、可移植性、穩(wěn)定性強(qiáng)的特點(diǎn)。我們還利用fix通過(guò)odbc sql實(shí)現(xiàn)了與調(diào)度室數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)，保證了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)性和可擴(kuò)展性。fix提供了報(bào)警系統(tǒng)生成、顯示、存儲(chǔ)報(bào)警信息等功能，使下位機(jī)plc的事件實(shí)時(shí)地顯示出來(lái)。
4、 結(jié)束語(yǔ)
　　本系統(tǒng)在江北水廠已穩(wěn)定運(yùn)行近四年多，運(yùn)行結(jié)果表明三菱自動(dòng)化plc及變頻器與組態(tài)軟件組成的plc+pc系統(tǒng)能充分滿(mǎn)足對(duì)水廠控制系統(tǒng)的要求，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。