一、引言
本文介紹了由中小型PLC組成的控制系統在廣東南海市第二水廠自控項目的應用。南海市第二水廠設計總規模為日供水100萬m3,首期工程為日供水25萬m3，于1997年4月建成投產，二期25萬m3/d工程即將建成投產，自控項目主要對一期自控工程進行改造和二期自控工程建設，并為后續擴建預留接口。
二、生產工藝
本系統應用水廠的生產過程如圖一示：
主要分為以下幾個工藝過程：
（1）取水 通過多臺大型離心泵將江河地表水抽入凈水廠。
（2）藥劑的制備與投加 按工藝要求制備合適的混凝劑，并投入混凝劑及氯氣，達到混凝和消毒的目的。
（3）混凝 包括混合與絮凝，即地表水投入混凝劑后進行反應，并排出反應后沉淀的污泥。
（4）平流沉淀 與混凝劑反應后的水低速流過平流沉淀池，以便懸浮顆粒沉淀，并排出沉淀的污泥。
（5）過濾 沉淀水通過顆粒介質（石英砂）以去除其中懸浮雜質使水澄清，并定時反沖洗石英砂。
（6）送水 通過多臺大型離心泵將自來水以一定的壓力和流量送入城市管網。
三、控制方案
由于自來水生產工藝主要具有以下特點：（1）各生產工藝段相對獨立，單體設備多。（2）采集的數據量大，整個系統共有數字量輸入、輸出超過3000路，模擬量輸入、輸出超過1000路，且工藝參數種類多，包括壓力、流量、溫度、差壓、液位、電流、電壓、功率等，但上下游相關聯的生產參數少。（3）自來水生產具有連續性、不可替代性和不間斷性。（4）各工藝段距離遠，設備分散，組網相對復雜。根據以上特點，本系統選用OMRON的中小型PLC對各工藝段生產設備分散控制，利用OMRON Protocol和Controller Link組成網絡，在各工藝段控制室和中控室設置上位機，構建人機界面進行生產管理和對生產數據進行后續處理。全廠控制網絡如圖二示。
在取水及送水工藝段上，主要設備由多臺大型的離心水泵和10KV高壓直配電機組成，每一電機由相應的高壓配電柜控制，因此為每一面高壓配電柜選用一臺Sepam2000(施耐德生產，專用于配電柜控制的小型PLC)進行數據采集和控制，每一泵閥在現場選用一臺OMRON CPM2A用于數據采集和控制，通過RS422接口連成網絡，由控制室的OMRON C200HG中型PLC利用OMRON Protocol協議與它們通訊，對其讀寫數據和進行統一調度，這樣可以節省大量的數據采集電纜，而且當某臺PLC發生故障時可以方便斷開其維修而不影響其它設備的正常生產。對于沉淀池排泥車的控制，由于排泥車在長達近百米的沉淀池上前后移動，因此其控制所用小型PLC利用電臺與控制室間的C200HG通過RS232接口進行1：N通訊，電臺型號為MDS-SCADA-24810，為直接數字調制解調電臺，工作頻率范圍在2.4G~2.4835GHz，支持標準的異步通訊協議，工作穩定可靠，協議同樣采用OMRON Protocol，軟件用OMRON-CX-Protocol編制。二期濾池選用多個小型PLC（OMRON CQM1H）分散控制，可以較好地解決因控制設備故障造成全部濾池停產而影響安全供水的問題。整個Controller Link網絡由中繼器分成兩段，主要是為了滿足Controller Link對通訊距離的要求，同時可適應以后擴展的需要。系統中生產工藝所要求的全部參數都由PLC采集和控制，上位機只是人機界面和對生產數據進行后續處理，大大地提高了系統的可靠性。本控制方案全部選用中小型PLC，對主要的生產設備分散控制，同時利用網絡將它們緊密聯結，實現集中管理，降低了故障風險，提高了可靠性，是一種經濟可行的方案。
四、相關中小型PLC介紹
1、OMRON C200HG 其具有速度快、功能強、編程方便和運行可靠的特點，最大I/O點數達1184點，程序容量15.2K,指令執行時間為0.15μS~0.6μS,可支持各種通訊單元。
2、OMRON CQM1H 適用于分散控制的緊湊型PLC，I/O點數為512點，程序容量為7.2K,支持各種內裝板和Controller Link單元。
3、OMRON CPM2A 是為滿足10~60點I/O的系統控制操作而設計，能滿足單體設備高效控制要求，有效地代替繼電器控制器和傳感器控制器。
4、Controller Link 是OMRON提供的一種工廠自動化網絡。它可以在合適的PLC和各種微型計算機之間方便地、靈活地發送和接收大容量數據包，支持能共享數據的數據鏈接和在需要時發送和接收數據的信息服務，網絡采用屏蔽雙絞線電纜或光纖連接，最大傳輸距離隨波特率而變，在采用兩層中繼器的情況下，波特率在500kbit/s時，傳輸距離可達3Km，最大支持62個節點。Controller Link網絡是一種使用令牌總線通信的網絡，這種總線型拓撲結構具有最大的靈活性，易于擴充和維護，滿足系統可擴展性的需求。由于采用了分布式控制技術，可確保Controller Link網絡不會因某個站點故障而崩潰，提高了系統的穩定性。
5、OMRON Protocol 利用OMRON的通訊板，與連接在RS232或RS422/485的各種通用組件（如各種牌子型號的PLC、現場儀表等）進行數據發送、接收的程序，通過通訊協議支持軟件（OMRON-CX- Protocol）讓用戶自由編制，以PMCR指令就能夠實行的原始通訊協議。
五、程序結構
本系統全部設備的控制都由PLC來完成，程序利用OMRON-CX-Programmer軟件編制，在上位機上通過Controller Link網絡或串行口傳送至PLC的CPU單元。在各工藝段及單體設備其控制程序亦相對獨立，部分相同的工藝采用子程序模式。對于部分要求較高精度的工藝參數的控制，則利用PLC的PID指令進行閉環控制，已能滿足生產要求。因此程序結構比較簡單，調試和維修方便。下面用水泵的開停和濾池的自動操作兩個工序作說明。
1、水泵的開停控制流程 水泵的啟動和停止由操作人員在上位機發送指令，由PLC一步化完成操作。程序結構圖如圖三示。
2、濾池自動控制流程 過濾由多格濾池共同完成，對于每一格濾池，其工藝過程基本相同，包括正常過濾和反沖洗狀態，因此采用子程序的控制模式，程序結構圖如圖四示。
六、結束語
本項目是由工業計算機和中小型PLC組成的集散型控制系統，利用了PLC抗干擾能力強、組網方便、適用于工業現場的持點，在上位機能實現對全廠生產設備的控制和工藝參數的設置、調整與監測，滿足大型自來水廠自動控制的要求。整個方案安全可靠、經濟實用，易于編程、操作及維修，在廣東南海第二水廠得到良好的應用。
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