中小型PLC在大型自来水厂的成功应用（上）
 一、引言
      本文介绍了由中小型PLC组成的控制系统在广东南海市第二水厂自控项目的应用。南海市第二水厂设计总规模为日供水100万m3,首期工程为日供水25万m3，于1997年4月建成投产，二期25万m3/d工程即将建成投产，自控项目主要对一期自控工程进行改造和二期自控工程建设，并为后续扩建预留接口。

 

      二、生产工艺
      本系统应用水厂的生产过程如图一示：

 

 

      主要分为以下几个工艺过程：
（1）取水 通过多台大型离心泵将江河地表水抽入净水厂。
（2）药剂的制备与投加 按工艺要求制备合适的混凝剂，并投入混凝剂及氯气，达到混凝和消毒的目的。
（3）混凝 包括混合与絮凝，即地表水投入混凝剂后进行反应，并排出反应后沉淀的污泥。
（4）平流沉淀 与混凝剂反应后的水低速流过平流沉淀池，以便悬浮颗粒沉淀，并排出沉淀的污泥。
（5）过滤 沉淀水通过颗粒介质（石英砂）以去除其中悬浮杂质使水澄清，并定时反冲洗石英砂。
（6）送水 通过多台大型离心泵将自来水以一定的压力和流量送入城市管网。

 

      三、控制方案

 

   由于自来水生产工艺主要具有以下特点：

（1）各生产工艺段相对独立，单体设备多。

（2）采集的数据量大，整个系统共有数字量输入、输出超过3000路，模拟量输入、输出超过1000路，且工艺参数种类多，包括压力、流量、温度、差压、液位、电流、电压、功率等，但上下游相关联的生产参数少。

（3）自来水生产具有连续性、不可替代性和不间断性。

（4）各工艺段距离远，设备分散，组网相对复杂。根据以上特点，本系统选用OMRON的中小型PLC对各工艺段生产设备分散控制，利用OMRON Protocol和Controller Link组成网络，在各工艺段控制室和中控室设置上位机，构建人机界面进行生产管理和对生产数据进行后续处理。全厂控制网络如图二示。

　　在取水及送水工艺段上，主要设备由多台大型的离心水泵和10KV高压直配电机组成，每一电机由相应的高压配电柜控制，因此为每一面高压配电柜选用一台Sepam2000(施耐德生产，专用于配电柜控制的小型PLC)进行数据采集和控制，每一泵阀在现场选用一台OMRON CPM2A用于数据采集和控制，通过RS422接口连成网络，由控制室的OMRON C200HG中型PLC利用OMRON Protocol协议与它们通讯，对其读写数据和进行统一调度，这样可以节省大量的数据采集电缆，而且当某台PLC发生故障时可以方便断开其维修而不影响其它设备的正常生产。对于沉淀池排泥车的控制，由于排泥车在长达近百米的沉淀池上前后移动，因此其控制所用小型PLC利用电台与控制室间的C200HG通过RS232接口进行1：N通讯，电台型号为MDS-SCADA-24810，为直接数字调制解调电台，工作频率范围在2.4G~2.4835GHz，支持标准的异步通讯协议，工作稳定可靠，协议同样采用OMRON Protocol，软件用OMRON-CX-Protocol编制。二期滤池选用多个小型PLC（OMRON CQM1H）分散控制，可以较好地解决因控制设备故障造成全部滤池停产而影响安全供水的问题。整个Controller Link网络由中继器分成两段，主要是为了满足Controller Link对通讯距离的要求，同时可适应以后扩展的需要。系统中生产工艺所要求的全部参数都由PLC采集和控制，上位机只是人机界面和对生产数据进行后续处理，大大地提高了系统的可靠性。本控制方案全部选用中小型PLC，对主要的生产设备分散控制，同时利用网络将它们紧密联结，实现集中管理，降低了故障风险，提高了可靠性，是一种经济可行的方案。

中小型PLC在大型自来水厂的成功应用（下）
 四、相关中小型PLC介绍
      1、OMRON C200HG 其具有速度快、功能强、编程方便和运行可靠的特点，最大I/O点数达1184点，程序容量15.2K,指令执行时间为0.15μS~0.6μS,可支持各种通讯单元。
      2、OMRON CQM1H 适用于分散控制的紧凑型PLC，I/O点数为512点，程序容量为7.2K,支持各种内装板和Controller Link单元。
      3、OMRON CPM2A 是为满足10~60点I/O的系统控制操作而设计，能满足单体设备高效控制要求，有效地代替继电器控制器和传感器控制器。
      4、Controller Link 是OMRON提供的一种工厂自动化网络。它可以在合适的PLC和各种微型计算机之间方便地、灵活地发送和接收大容量数据包，支持能共享数据的数据链接和在需要时发送和接收数据的信息服务，网络采用屏蔽双绞线电缆或光纤连接，最大传输距离随波特率而变，在采用两层中继器的情况下，波特率在500kbit/s时，传输距离可达3Km，最大支持62个节点。Controller Link网络是一种使用令牌总线通信的网络，这种总线型拓扑结构具有最大的灵活性，易于扩充和维护，满足系统可扩展性的需求。由于采用了分布式控制技术，可确保Controller Link网络不会因某个站点故障而崩溃，提高了系统的稳定性。
      5、OMRON Protocol 利用OMRON的通讯板，与连接在RS232或RS422/485的各种通用组件（如各种牌子型号的PLC、现场仪表等）进行数据发送、接收的程序，通过通讯协议支持软件（OMRON-CX- Protocol）让用户自由编制，以PMCR指令就能够实行的原始通讯协议。

 

      五、程序结构
　　本系统全部设备的控制都由PLC来完成，程序利用OMRON-CX-Programmer软件编制，在上位机上通过Controller Link网络或串行口传送至PLC的CPU单元。在各工艺段及单体设备其控制程序亦相对独立，部分相同的工艺采用子程序模式。对于部分要求较高精度的工艺参数的控制，则利用PLC的PID指令进行闭环控制，已能满足生产要求。因此程序结构比较简单，调试和维修方便。下面用水泵的开停和滤池的自动操作两个工序作说明。
      1、水泵的开停控制流程 水泵的启动和停止由操作人员在上位机发送指令，由PLC一步化完成操作。程序结构图如图三示。

   2、滤池自动控制流程 过滤由多格滤池共同完成，对于每一格滤池，其工艺过程基本相同，包括正常过滤和反冲洗状态，因此采用子程序的控制模式，程序结构图如图四示。

 

 

 

      六、结束语
　　本项目是由工业计算机和中小型PLC组成的集散型控制系统，利用了PLC抗干扰能力强、组网方便、适用于工业现场的持点，在上位机能实现对全厂生产设备的控制和工艺参数的设置、调整与监测，满足大型自来水厂自动控制的要求。整个方案安全可靠、经济实用，易于编程、操作及维修，在广东南海第二水厂得到良好的应用。

LK在自来水厂中的应用
自来水厂由一级泵房、加氯间、鼓风机房、絮凝沉淀池、滤池、清水池和二级泵房等组成。水源首先经过一级泵房(或取水泵房)至自来水厂，经过前消毒后进入絮凝沉淀池;经过絮凝—沉淀后进入滤池。滤池是水厂中的重要部分，用于过滤水中悬浮物，在过滤的过程中要实现滤池恒水位调节、滤池反冲洗(气冲——水冲——气水混合冲)等功能，至清水池，经后消毒后由二级泵房送至城市管网。

　　在自来水厂中采用以和利时公司LK系列可编程控制器(PLC)为主的自动化控制系统，实现自来水厂的生产控制、运行操作、监视管理，系统不仅有可靠的硬件设备，还有功能强大，运行可靠，界面友好的系统软件、应用软件、编程软件和控制软件。运行和维护费用低，操作方便。

图1 水厂工艺流程示意图

　　自动化控制系统设计

　　为了保证自来水厂工程控制过程的安全可靠和生产的连续性，提高自动化水平，采用以和利时公司LK系列PLC为主的集中和分散相结合的自动化控制系统，主要用于自来水厂的生产控制、运行操作、监视管理。

　　整个系统由1个中央监控站、6个现场控制站(PLC1~PLC6)和8个PLC分站(PLC2-1~PLC2-8)组成。中央监控站由两台中央监控计算机(互为备用)、服务器、大屏幕背投系统、GPRS DTU、厂长室计算机、工程师室计算机、生产部门计算机等构成。现场控制站采用可编程控制器(PLC)，对工艺系统各过程进行分散控制，分别设于加药加氯间(PLC1)、净水间(PLC2)，8格滤池(PLC2-1~PLC2-8)、送水泵房(PLC3)、污泥脱水机房(PLC4)、纯净水制备车间(PLC5)、换热间(PLC6)，其中PLC5、PLC6为工艺设备厂家配套提供。中控室监控计算机与厂长室、工程师室、化验室、大屏幕背投等计算机、交换机、集线器(HUB)或路由器构成100Mbsp工业以太网。

　　中央控制室(操作站、工程师站)与分控站(PLC)之间采用工业以太网，网络为光纤环网，控制站≥40台，通讯波特率为100Mbps，两个光纤链路模块之间的通讯使用多模光纤，最长距离可达3000米。取水泵站与中央控制室监控计算机之间采用GPRS通讯网络进行数据通讯。变电站监控系统随10KV电气设备提供，通过MODBUS协议将变电站监控系统连接到自控系统中。

图2 自来水厂自动化控制系统示

　工艺控制策略

　　一级泵房

　　采集取水电动机、电动蝶阀及现场仪表的状态信号及数据信号并对以上设备发送控制信号，通过预装PID调节程序自动调节电动机运行频率和电动调节蝶阀的开度。

　　加药加氯间

　　采集现场设备和仪表的状态信号和数据信号，并对其发送控制信号，通过自动控制程序实现加氯和加药设备的自动运行控制。

　　沉淀池

　　根据排泥周期自动进行排泥操作。排泥周期与排泥阀排泥时间通过操作站可修改设定。

　　滤池

　　滤池是水厂中的重要部分，用于过滤水中悬浮物，在过滤的过程中要实现滤池恒水位调节、滤池反冲洗(气冲——水冲——气水混合冲) 等功能。

　　滤池过滤过程的恒水位调节

　　根据水位设定值对滤池出水阀开度进行调节，保持滤池恒水位运行。

　　滤池反冲洗控制

　　滤池的反冲洗由一台公用的PLC来控制。当达到反冲洗条件时，滤池提出反冲洗请求，PLC根据滤池的优先顺序，组成一个请求反冲洗队列。

　　滤池反冲洗的控制条件主要是设定时间和滤池液位。

　　二级泵房

　　主要实现的功能有采集现场设备和仪表的运行状态和数据信号，并根据用户实际的用水情况，通过预装PID调节程序自动调节电动机运行频率，达到恒压供水的目的。

PLC和变频器在住宅小区恒压供水中的应用方案
 某住宅区由于自来水管网的水压较低，自来水通常不能到达住宅的较高楼层。传统的供水方式利用蓄水池蓄水，用水泵再次将水送至楼顶的高位水箱，再供应给用户。蓄水池中的水一般是由市政自来水管网供给，这样，有压力的水进入水池后变成了零压力，造成大量的能源白白浪费，这种供水方式不可避免通过蓄水池和高位水箱造成二次污染，影响居民的身体健康。但是为保证小区的供水正常，我们利用PLC，配以稳流罐、负压消除器和不同功能的传感器等，根据网管的压力，通过变频器控制水泵的转速，使水管中的压力始终保持在合适的范围。这种变频恒压供水系统直接取代水塔、高位水箱及传统的气压罐供水装置。不对市政供水管网产生负压，适用于一切需要增高水压、恒定流量的给水系统。另外水泵耗电功率与电机转速的三次方成正比关系，所以水泵调速运行的节能效果非常明显，平均耗电量较通常供水方式节省40％。结合使用可编程序控制器，可实现循环变频，电机软启动，具有短路保护、过流保护功能，工作稳定可靠，大大延长了设备的使用寿命。

    1 系统设计

    （1）原理

    系统采用2～3台水泵并联运行方式，压力传感器将主水管网水压变换为电信号，经模拟量输入模块输入PLC，PLC根据给定的压力设定值与实际检测值进行PID运算，输出控制信号经模拟量输出模块至变频器，调节水泵电机的供电电压和频率。当用水量较小时，一台泵在变频器的控制下稳定运行，当用水量大到水泵全速运行也不能保证管网的压力稳定时，PLC给定的压力下限信号与变频器的高速信号同时被PLC检测到，PLC自动将原工作在变频状态下的泵投入到工频运行，以保持压力的连续性，同时将下一台备用泵用变频器起动后投入运行，以加大管网的供水量保证压力稳定。若2台泵运转仍不能满足压力的要求，则依次将变频工作状态下的泵投入到工频运行，再将一台备用泵投入变频运行。当用水量减少时，首先表现为变频器已工作在最低速信号有效，这时压力上限信号如仍出现，PLC首先将最先工频运行的泵停掉，以减少供水量。当上述2个信号仍存在时，PLC再停掉第2台工频运行的电机，直到最后一台泵用变频器恒压供水。

    所有水泵电机从停止到启动及从启动到停止都由变频器来控制，实现带载软启动，避免了启动大电流给水泵电机带来冲击，相对延长了电机的使用寿命。同时，系统供水采用变频泵循环方式，以“先开先关”的顺序关泵，工作泵与备用泵不固定，这样，既保证供水系统有备用泵，又保证系统泵有相同的运行时间，有效地防止因为备用泵长期不用发生锈死现象，提高了设备的综合利用率，降低了维护费用。

    （2）系统硬件

    系统选用了西门子公司的S7-200（CPU224XPCN）PLC，主要检测元件有水位检测、执行继电器状态等，共计14个输入信号。执行部件有电机、变频调速器、声光报警器等，共10个输出点。模拟量检测有压力检测、变频器运行频率检测和压力比对检测，共2个输入、1个输出量。PLC主要完成现场的数据采集、转换、存储、报警、控制变频器完成压力调节等功能。水泵分别由变频器软起动，旁路工频运行，进行恒压控制，变频器的起动、停止分为使用触摸屏或文本显示器等设备软控制和PLC自动控制。控制面板上设有一个手动/自动转换开关，PLC对该开关的状态实时检测，当选择手动功能时，PLC只进行检测报警，由人工通过面板上的按钮和开关进行水泵的工频起、停。

PLC和变频器在住宅小区恒压供水中的应用方案（2）

当选择自动功能时，所有控制、报警均由PLC完成。

    2 系统软件

    为方便调试和编程，系统控制器采用模块化编程，主要由手动运行模块、自动运行模块和故障诊断与报警模块组成。

    （1）手动运行模块

    当系统处于手动运行时，PLC只接收各电路保护信号和各传感器信号，并由此判断各工作水泵的运行状态，在出现故障的情况下，输出报警信号。水泵的起、停和切换由人工通过面板上的按钮和开关来实现。

    （2）自动运行模块

    自动运行模块包括系统的初始化、开机命令的检测、数据采集子程序、控制量运算子程序、置初值子程序、电机控制子程序等。自动运行模块流程图如图2所示。其中：数据采集子程序完成对主水管压力的数据采集。

    控制量运算子程序完成变频器控制量的计算和控制量的输出，其中控制量的计算按PID控制规律进行。

    电机控制子程序完成对3台水泵的运行和停止控制。由于变频器的输出频率与水泵的运转速度直接相关，用水量大时，变频器输出频率升高，水泵的运转速度大；用水量小时，频率降低，水泵的运转速度小。因此程序根据变频器的输出频率的大小就可以判断和控制水泵的工作状态。当频率上升到50Hz（即水泵全速运转）时仍不能满足供水需要时，则PLC自动将第一台泵切换到工频运行；第2台泵由变频器供电投入运行，如果第2台泵电机达到满转速时仍不能满足供水要求，则PLC自动将第2台泵切换到工频运行，第3台泵由变频器供电投入运行，依此规律逐个投入运行；当2台泵都处于工频全速运行方式，第3台泵处于变频运行工作方式时，如果此时用水量减小，变频器输出频率下降，当频率到达一定的下限Fmin（设定变频器频率下限）时，供水量仍大于用水量，则系统自动将第三台泵停止运行。同样，第三台泵停机后，如果此时供水量还大于用水量，则系统自动将第二台泵停止运行，依此类推。电机控制子程序功能图如图3所示。

    （3）故障诊断和报警输出模块

    变频器具有短路、过载等保护功能，当变频器所驱动的水泵电机发生短路、过载等故障时，变频器将自动切断一次供电回路，进入保护状态并输出报警信号。系统把各故障点相应的接触器、断路器等元件的辅助触点接到PLC，PLC扫描输入这些触点的状态，并通过PLC程序将这些状态存放在数据存储区，再结合控制程序和设备预置状态进行逻辑分析，判断设备或元件是否出了故障，如果发生故障，则切断该泵的接触器，然后对变频器复位，再将备用水泵的接触器接通，启动变频器运行备用泵，同时输出该泵故障报警信号。如电机故障指示灯亮等。

    3 结语

    变频调速恒压供水系统具有节能、安全、高品质的供水质量等优点。采用PLC作为控制器，硬件结构简单，成本低，系统实现水泵电机无级调速，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求。另外，S7-200（CPU224XPCN）PLC基本单元提供二个RS-485接口，一个与触摸屏或文本显示器（系统参数显示、设定、系统运行软控制设备）等设备通讯控制，另一个可以与楼宇监控中心进行通讯，实现无人远程控制。  

最近很流行这种发帖格式  

最好打包压缩，可以下载长期学习。这我很多客户做供水他们用这方案。除了ab的就是西门子为多

有所收获。。。。。。。。。。。。

顶，  学习了很多