作者简介:吴红兰(1969—),女,江苏南京人,高级工程师;纪涛(1977—),女,江苏南京人,工程师。
基于P LC 控制技术实现水厂自控系统的设计
吴红兰1
,纪 涛
2
(1.南京航空航天大学民航学院,江苏南京 210016;2.南京熊猫技术装备有限公司,江苏南京 210016)
摘要:随着计算机技术的不断发展,P LC 控制技术得以不断扩展和完善,其功能远远超出了逻辑控制和
顺序控制的范畴,具备了模拟控制、过程控制以及远程通信等功能。P LC 支持多种工业标准总线,易于组成工程控制网,在对浦口水厂自控系统更新改造中采用了Contr ol L ogix 公司的A 2B 17562L55M23,采用符合Ethernet/I P 标准的100Mb /s 全双工交换式光纤自愈工业以太环网方式,大大提高工程的生产率。
关键词:P LC (可编程序控制器);远程操作;工业以太网中图分类号:TP273 文献标识码:B 文章编号:1000-8829(2006)07-0040-04
D esi gn for the Con trol System of W a ter Factory Ba sed on PLC Technology
WU Hong 2lan 1
,J I Tao
2
(1.College of Civil Aviati on,Nanjing University of Aer onautics and A str onautics,Nanjing 210016,China;
2.Nanjing P ANDA Technol ogy Equi pment Co .,L td,Nanjing 210016,China )
Abstract:W ith the devel opment of the computer,the P LC is perfected day by day .The functi on has overt opped the category of l ogical contr ol and sequence contr ol .It p r ovides with si m ulati on contr ol,p r ocess contr ol and re 2mote co mmunicati on,etc .P LC supports manifold industry standard bus,is p r one t o constitute the p r oject contr ol net w ork .I n the reconstructi on of the contr ol syste m of Pukou water fact ory,the A 2B 17562L55M23P LC and the industry Ethernet net w ork are adop ted t o rebuild the collective fra me .After this ne w contr ol syste m is used,the p r oductivity is greatly increased .
Key words:p r ogra mmable l ogic contr ol;re mote contr ol;industry Ethernet net w ork
浦口水厂原自动控制系统由奥地利EL I N 公司可编程控制器P LC 加上位监控计算机组成。此P LC 系统名称为EL I N E LDATI C 2000AT,为E L I N 公司上世纪80年代末产品,此系统难以保证高质量的运行,且不具备任何抗冲击能力,给浦口水厂的安全生产埋下了严重的隐患,因此,对浦口水厂自控系统的更新改造已迫在眉睫。
Contr ol L ogix 作为A llen 2B radley 下一代的控制系统之一,将顺序控制和运动控制,以及通信和最新的I/O 技术集成在一个小型的、具有价格竞争力的平台里。因为Contr ol L ogix 是模块化的,此P LC 可编程序控制器可以根据D I 、DO 、A I 点数,来配置模块使用数,用户能够有效地设计、建立和更改平台,从而极大地节省培训费用和工程实施费用。同时,RS Logix 5000系列编程环境提供了易于使用且符合I EC 113123标准
的接口,采用结构和数组的符号化编程,以及专用于顺序控制、运动控制、过程控制和传动控制场合的指令集,大大提高了生产效率。RS Logix 5000系列软件提供了内置的且高度集成的运动支持。一个单独的硬件平台和软件平台可满足用户的组合式运动及可编程控制器需要。因此,从技术可靠和经济实用角度综合考虑,选用A 2B Contr ol L ogix 17562L55M23P LC,采用符合Ethernet/I P 标准的100Mb /s 全双工交换式光纤自愈工业以太环网方式。
1 总体设计
本次工程废除原有的自控系统,采用符合Ether 2net/I P 标准的100Mb /s 全双工交换式光纤自愈工业以太环网方式,其核心协议是控制与信息协议(C I P,contr ol and infor mati on port ocol )。C I P 的控制部分用以进行实时I/O 数据传送和互锁;信息处理部分用以进行报文信息的交换,如对等的通信、报警、组态、操作员显示站以及故障诊断等。以工业以太环网方式新建浦口水厂自控系统的总体框架,在此基础上,新建中心控
制室、新系列滤池、新系列反冲洗泵房3个站点。
全厂自控系统的整体框架可以分为两大部分,即现场P LC 控制部分和计算机监控及信息管理部分。各个P LC 子站之间的主干网络采用100Mb /s 全双工交换式光纤环网;分站中的不同设备,如P LC 、现场操
作终端等以工业以太网光纤交换机为中心按星型方式
连接。每个站点均安装一台P LC 和一台P ANE LV I E W 人机界面。P LC 负责控制、数据采集和通信等;P AN 2ELV I E W 人机界面负责现场监控、维护和管理。
系统的总体结构如图1所示
。
图1 浦口水厂自控系统总体框图
1.1 系统功能结构设计
1.1.1 中心控制室部分
中心控制室设置1个控制台,2台操作员监控工作站HP Evo DL481P 和1台工程师HP Evo DL481P 工作站,以及1台监控服务器HP Pr oL iant ML350G3,配在线UPS APC S URT7500XL I (5kVA /4h ),与各P LC 分站形成分布式实时监控系统;监控服务器安装网络版的RS V I E W SE 组态软件服务器端,负责存储运行文件和运行数据,同时通过R sS QL Server 向水厂局域网发送数据,和水厂局域网之间采用硬件防火墙WLMA 2100TX3连接,通过设置防火墙的安全策略,防止水厂
局域网内未经允许的用户对自控系统网络的访问。1.1.2 滤池部分
滤池系统分2个系列,共有12个滤格需要控制,在滤池控制系统中,通过11个32点数字量输入模块17562I B 32将现场这个滤格的一些开关量采集到P LC 中。每个阀门有阀门工作、开状态、关状态、故障、自控5个状态,共350个开关量输入点。同时,通过4个32点数字量输出模块17562OB32将现场这个滤格的控制信号发送给现场执行机构,这些信号包括阀门的开阀或关阀信号,共124个开关量输出点。上位监控软件
对这些输入输出点进行实时监视,实时反映现场运行状态和控制系统的执行状态。同时根据工艺要求,实时给出报警,以满足现场实际生产的需要。通过3个16点模拟量输入模块17562I F16将现场滤格的一些监控所需的模拟量采集到P LC 中,每个滤格所采集的模拟量有一个阀门开度、一个液位高低位置、一个压力指示值,还有一个清水池液位、一个加氯量,一系列滤池的总用电量和二系列滤池的总用电量,共40路模拟量输入通道。通过上位监控软件则可实时监视机组的运行状况,及时发现并处理问题,从而不影响现场实际生产的进行。
在滤池安装两台P LC 控制柜,柜内放有:①1台工业以太网交换机KI EN200022M;②1套A 2B Contr ol L ogix 17562L55M23P LC;③1台P ANELV I E W P LUS 10″人机界面;
④1台在线UPS APC S U1000UX I CH (1k VA /1h );
⑤V202C /1+NPE 2385(德国OBO )。滤池的系统结构图如图2所示。1.1.3 反冲洗泵房部分
在反冲洗泵房控制系统中,通过4个32点数字量
输入模块17562I B32将现场反冲洗泵房的3台反冲洗水泵、水阀和2台反冲洗风机的一些开关量采集到P LC中。根据工艺要求,电机需监视运行、故障、自控3个工作状态,阀门有阀门工作、开状态、关状态、故障、自控5个状态,还有一些需要检测的报警信号,共90个开关量输入点。同时,通过1个32点数字量输出模块17562OB32将现场反冲洗泵房的3台反冲洗水泵和2台反冲洗风机的控制信号输出给现场执行机构,根据工艺要求发送反冲洗水泵和风机的启动或停止信号,阀门的开阀或关阀信号,共18个开关量输出点。上位监控软件对这些输入输出点都要进行实时监视,实时反映现场运行状态和控制系统的执行状态。同时根据工艺要求,实时给出报警,以满足现场实际生产的需要。通过2个16点模拟量输入模块17562I F16将现场反冲洗泵房的3台反冲洗水泵和2台反冲洗风机的运行情况输入到P LC系统。须检测各回路的电流、电压值,并检测各回路所用的电量值,将这些信息输入到P LC系统,通过上位监控软件则可实时监视机组的运行状况,及时发现并处理问题,从而不影响现场实际生产的进行。
在反冲洗泵房内安装一台P LC控制柜,柜内放有:
①一台工业以太网交换机KI E N200022M;
②一套A2B Contr ol L ogix17562L55M23系列的P LC;
③一台P ANELV I E W P LUS10″人机界面;
④一台在线UPS APC S U1000UX I CH(1k VA/1
h);
⑤一只V202C/1+NPE2385(德国OBO)。
反冲洗泵房的系统结构与滤池的系统结构相似。
1.2 P LC程序设计
1.2.1 控制模式
分为手动控制和自动控制2种运
行状态,运行状态的转换由MCC柜上
的转换开关进行切换控制,生产设备
在2种不同的运行状态下接收不同的
控制信号来源,自控系统在这2种不
同的运行状态下执行不同模式的监控
功能。
(1)自动控制方式。
在此控制方式下,设备的运行取
决于P LC的输出控制,P LC将根据有
效的输出控制指令执行有关的控制逻
辑,包括在自动模式下根据现场的实
时工况以及事先设定的工艺参数自动
对设备的运行做出控制和对被控设备
的故障保护,在点动模式下执行人机操作界面对单台设备的运行控制,以及在组合操作模式下对设备组的一步化控制。
(2)手动控制方式。
在此方式下,P LC退出对设备的控制,但继续保持对设备运行状态的监测、数据采集以及故障报警等工作,操作人员将通过转换开关的控制,进一步确定在设备现场(主要可用于设备调试与检修)或在MCC柜上对设备进行操作。
1.2.2 V型滤池运行和反冲洗的自动控制
在V型滤池的自动控制过程中,由控制反冲洗设备的P LC(2#P LC)监控反冲洗水泵、风机以及相关设备的运行工况,控制滤池设备的P LC(1#P LC)监控每格滤池阀门的运行状态和运行工况,使每格滤池保持恒水位运行。在任意一格滤池进行反冲洗时,反冲洗P LC和滤池P LC相互配合以完成整个反冲洗过程。当自控系统退出对滤池的控制时,可通过手动的方法完成对滤池的阀门和反冲洗设备的单步操作。
滤池设有P LC控制方式下的自动、半自动,以及在MCC柜上手动操作3种运行模式:
(1)自动运行模式。P LC系统通过对清水出水阀的P I D阶梯调节使每格滤池的水位保持在正常范围,当滤格的运行时间达到过滤周期时,即发出要求反冲洗的请求信号,如此时无其他滤格正在进行反冲洗的工作,反冲洗相关的设备和设施均满足反冲洗条件,反冲洗的工作即开始进行,反冲洗的过程由反冲洗P LC 和相应的滤池P LC协同完成。反冲洗的过程结束后,滤格将自动进入过滤状态。
(2)半自动运行模式。滤池正常运行的控制同自动运行模式,当操作人员在人机界面上发出反冲洗命令时,滤池即发出要求反冲洗的请求信号,以后的过程
同自动运行模式。如无反冲洗命令,滤池将一直维持正常运行状态,过滤周期的预定值在半自动运行模式时将是无效的。
(3)手动操作模式。滤池P LC系统退出控制,滤池上有关设备的运行状态和反冲洗的请求信号均有操作人员通过现场MCC柜上的按钮进行单体操作。
2 系统运行
基于工况监测中所得到的实时数据,P LC进行一些基础性的数据处理,内容包括流量、压力、水位、水质参数和用电数据的平均值计算,最大值、最小值比较;脉冲量的累积转换;设备的运行时间和周期累加等。这些基本的数据处理有利于计算机信息系统进一步工作的展开,而在P LC中进行这些工作也提高了数据的安全性和可靠性。
在经过了工况监测一些基本的数据处理之后,结合事先设定的工艺参数,自控系统将对水厂生产设备进行符合工艺要求的自动控制。在工艺上,反冲洗P LC需要统一协调2个系列的滤池共计12格滤格的反冲洗过程,任意时刻仅允许执行1格滤池的反冲洗,当有多个滤格有反冲洗请求时,则由反冲洗P LC对各滤格按时间进行排队。在上述控制中,当某滤格因为故障退出自动或半自动运行模式时,将不影响其他滤格自动或半自动运行模式的正常运行。
反冲洗泵房共有2台鼓风机和3台水泵,风机采用一用一备原则,水泵采用两用一备原则,同时,考虑到滤格较多,为保证各设备台时的合理分配,采用了排队轮换使用的方式:反冲洗时,先启用1#设备,结束后当再次有反冲洗请求时,开启2#设备,1#作为备用,以此类推,如2#设备发生故障,自控系统将发生故障警报,等待人工检修,同时系统将按排队次序启用下一组设备即3#设备,进行反冲洗操作。
设备在运行进程中出现故障时,自控系统将确认故障来源,及时报警。如果事先设定了应急的处理方法,P LC将在自控方式时自动参照它,以进行联锁保护和启动备用设备。故障的类型包括由I/O模块输入的硬接点以及P LC中产生的软报警,即设备没有按照预想的方式运行时产生的报警,如泵机没有在设定的时间内正常启动,阀门开/关超出动作时间限值以及余氯、浊度等在短时期内出现异常波动等。在反冲洗过程中,由P LC检测各个阀门的状态,如接收到阀门的故障报警信号,系统中断该滤格的反冲洗,滤格标志为故障停用状态,等待人工检修,同时系统将按排队次序进行后一滤格的反冲洗。
系统主干网络采用6芯多模室外铠装光纤铺设,同时在中心控制室、滤池、反冲洗泵房这3个站点分别安装一台工业以太网交换机,速率为100Mb/s,组成自愈环网,该结构具有线路冗余,当线路上有一个断点时,整个网络仍可正常通信,系统的可靠性和安全性得到了很大的提高。
3 结束语
与传统的P LC和DCS相比,Contr ol L ogix有更高的性能价格比。在这一平台上,用户就可以实现顺序控制、过程控制、传动或运动控制的任意组合控制。因为这个平台是模块化的,所以用户就能够有效地设计、建立和更改平台,极大地节省了培训费用和工程实施费用。通过先进的组态工具和对编程和内存要求较少的内存结构和符号编程,用户可大大提高工程的生产率。通过Contr ol L ogix特有的闪存升级固件,用户在Contr ol L ogix中的投资就能得到可靠保障。灵活的Contr ol L ogix平台允许用户混合使用多个处理器、多种网络和I/O,而没有任何。随着应用的不断扩展,用户可以使用Netlinx系统结构,通过Ethernet/I P, Contr ol N et和Device Net网络来实现控制和设备组态以及信息采集。
参考文献:
[1] 汪晓平,等.P LC可编程控制器系统开发实例导航[M].
北京:人民邮电出版社,2004207.
[2] 王永华.现代电气控制及P LC应用技术[M].北京:北京
航空航天大学出版社,2003209.
[3] C ONTROLLOGI X用户手册[Z].ROCK W E LL AUT OMA2
TI O N,2003208.
[4] C ONTROLLOGI X选型指南[Z].ROCK W E LL AUT OMA2
TI O N,2003208.
[5] C ONT ROLNET系统概述[Z].ROCK W E LL AUT O MATI O N,
2003206.□
高举客制化服务大旗,做后I PC时代的先锋
I PC将向哪里去?如果你参与了华北工控5月31日于上
海举办的研讨会后,就会有一个明确答案,以标准化产品广泛
应用为特征的传统的I PC时代将结束,“客制化”服务即将在工
控机领域大行其道。
2006华北工控(NORCO)研讨会火爆登场后,终于到达了第二站———上海,这个2006年最令人期盼的科技盛会,由中国
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研发一线的专家学者,纷纷就各自的研究成果发表了主题演
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