AB系统架构设计

上溪自来水厂自控系统设计概述

——浙江汇嘉丽环境工程技术有限公司

1 总体概述

1.1前言

本工程包括全厂的供水控制系统、混凝剂溶解投加系统、PAM溶解投加系统、加氯系统、泄氯回收装置等各分项系统。上溪水厂自动控制系统的配置按水厂现场无人职守，设备运行全自动化、控制中心集中监视操作的水厂管理模式运行。整个系统应符合浙江省城市供水现代化水厂评价标准的要求，自动化水平达到全国领先水平。

1.2系统设计思想

义乌市自来水厂扩建及管网建设工程（上溪水厂自控系统工程）系统中，我公司根据项目的特点及控制要求提出下述系统设计方案：采用分级分布式计算机控制系统，对上溪水厂自控系统工程系统工程的工艺过程进行“集中管理、分散控制”。

水厂监控操作中心：由水厂操作员站、工程师站、冗余设置的运行服务器、以太网交换机等组成。PLC主站：由分散在各主要构筑物内的现场PLC监控主站组成，PLC站通过工业以太网交换机连入全厂环形全双工100Mbps快速光纤以太网。

2 系统网络构成及相关单元

2.1系统网络

现场PLC分别设有一级泵房、加药、高效澄清池、滤池、二级泵房和脱水机房6个主站构成,其中加药站设有两个远程子站，滤池主站下属四个PLC从站。主站与主站之间通过全双工100Mbps快速光纤以太网交换机连接。工业级的以太网，信息传输是全双工方式，收发同时进行，具有高可靠性，高安全性的特点。并具有冗余网功能，万一某处的光纤断开，使得该总线不能正常工作，系统会自动沿着另一方向正常进行，保证了数据的即时性与可靠性。

与现场PLC对应的是由监控软件服务器、客户端组成的上位机系统。现场PLC的数据传递通过中控室的光纤交换机连接至服务器,提供组态服务的服务器为Server A与ServerB，采用热备冗余方式，当一台服务器出现故障无法正常工作时,另一台服务器能无扰动切换继续提供服务,保证水厂日常生产和管理的继续进行。Server C则提供信息网络发布与报表数据库的服务。下属的组态监控客户端分布于水厂的各个重要工艺位置，通过对服务器工程的监控与操作保证供水安全与质量。

表2.1为各设备的I P地址。

小结：

以上是对整个系统各个分部的介绍,我们关心的,是如何将他们有效地组合起来,来完成各自特定的功能.

图2.1是整个上溪水厂的网络构成的示意图.设备到位后,我们首先要做的是设置各个设备的IP地址，图中比较特别的部分(PAM一体机和两个加药的远程子站)的通讯,可以等整体的以太网通讯正常后再进行设置.对于联网的各设备,这时测试其通讯正常的方式是开始→运行

→ping+IP地址.整个网络平台架构好之后,对之后的工作能节省不少时间.

水厂对各设备与参数的监视、控制，是一个由变送器和执行机构送信号至PLC、PLC发信号至执行机构的过程.接下来我们要做的工作，就是让我们能:

1.在PLC中读到各个参数，例如水的温度、压力，泵的启停状态；

2.通过PLC控制现场的设备，例如启停泵、控制阀门开度.

这就涉及到第三章，即PLC控制程序的编写了.

图2.1

3.PLC控制站

3.1主要硬件功能

PLC主站由PLC设备，控制柜（包含触摸屏人机界面），控制附件（包括端子，中间继电器，防雷器，电源，照明，散热风扇等），不间断电源U P S等组成。

PLC子站由PLC设备，控制箱（小型机柜），控制附件（包括端子，中间继电器，电源等）, 触摸屏人机界面（户内PLC子站）等组成。

远程 I/O站由IO模块、控制柜（或控制箱）、控制设备及附件（包括变频器、交流接触器、空开、端子，中间继电器，防雷器，电源，照明，散热风扇等）等组成。

3.2 PLC主站

PLC是指用来实现控制任务的（测量、开环控制、闭环控制、顺序控制等）控制器。PLC 主站站通过标准总线与各IO站通讯联系，负责各期各工艺段的控制与检测。通过工业以太网与运行服务器进行通讯，传送现场检测信号和控制命令。

PLC主站具备以下功能：

具有实时监测所属监控工艺流程范围内的生产过程参数（压力、流量、液位）、水质参数（温度、浊度、P H值、余氯等），并对采集的上述参数进行处理同时供上位机储存、显示。

具有实时监测所属监控工艺流程范围内主要设备的运行状态，并对其进行采集、处理同时供上位机储存、显示。

具有全自动控制或调节计量泵、水泵、鼓风机、阀门等设备。

用户能自行根据工艺或其它因素的变化进行系统组态。

具有可靠的安全措施，具有保护口令，防止越权修改程序。

系统具有较强的自检功能和故障自恢复功能。能够承受运行中的各种干扰。

3.3触摸屏人机界面

由于工业现场环境较差，未防止操作人员的误操作，在滤池的四个PLC子站处，除了标准的电气控制柜以外，还配备了触摸屏终端，可对四个滤格各种阀门与反冲设备进行控制。

3.4 控制程序的编写

PLC中装载的程序以能完成水厂日常工作生产，对各生产要素进行监控与维护为目的，以RS L ogix5000为工具进行编写的。

编程前的准备：

在RS L ogix5000中新建一工程，建立过程中我们需要选择与实际情况对应的CP U型号版本以及CP U模块所在的槽号.新建后的初始画面如图3.1所示.注意左侧侧边栏的输入输出配置项,可以看到相应的背板与CP U模块位置，接下来便是将现场实际的各模块依次在编程软件中添加，注意模块的类型与位置一定要与现场的情况一直，否则将报错.以一级泵房程序为例,图3.2为相应的硬件组态配置信息.完成这些之后，便是编程软件与PLC联机的工作了,A l-

len-Bradley系列的PLC其硬件有其固定版本,由于编程软件的版本更新较快，所以需要将

CP U的固件进行升级方能进行与RS L ogix的联机.这项工作可以由C ontrolF LA SH来完成。选择RS L ogix5000的工具→C ontrolF LA SH,选择相应的CP U版本与位置(网络中显示的是其I P

地址)。所有这些完成之后,我们可以简单地写一句语句,下装到PLC，来检查上述的配置工作是否已经完善。

在主程序中写入如图3.3的一句小程序，我们便可以将程序下装了，因为没有涉及到实际的物理输入输出点，所以不用担心会产生PLC对设备的误操作。选择通信→活动项，将显示

几组网络树，如图3.4，表示形式都是各设备的I P地址，对应一级泵房的I P：192.168.0.21

我们点开对应的网络树，选择CP U并下载。若硬件的配置正常，下载完成并运行后左上角的PLC运行指示灯将变绿,I/O指示灯不跳闪，左下角的故障说明也不会报警。至此，编程的前期工作我们已经完成了。

我们现在换个角度，对于现场的设备而言，其受控状态往往分为三类，即就地、中控与自动。就地，即由操作人员在现场通过电气控制柜控制现场设备，PLC将不参与控制过程；中控，即操作人员通过组态画面了解现场的生产运行状况，并在组态画面上对现场设备进行控制，换句话说，即操作人员通过控制PLC来控制现场设备；自动，即在PLC程序中加入触发条件，PLC自行地判断这些条件，触发条件成立时，PLC自行地执行某些步骤，无需操作人员发出指令。

下面以自来水厂最典型的设备：泵与阀门，简述中控程序的编写思路。

义乌上溪水厂的泵按控制方式大体分为两类。一类是启动后按额定频率运行，停止则完全停止运行，即运行停止的两点式控制；一类是启动后按设定的频率运行，停止则完全停止，↔

即带模拟量输入控制的变频泵。在此需要指出的是，所有对实际设备的逻辑控制，表现在PLC 程序中都是对某一字节的某一个位的置“1”与置“0”。通俗地讲，对于前一类泵，其启动

与停止可以由一个物理输出点来表征：如A位置“1”启动，置“0”停止，也可以由两个点

来表征：A位置“0”不启动，置“1”启动；B位置“0”不停止，置“1”停止。选用一个位还是两个位来表征，是与实际设备的信号输入有关的。第二类泵与第一类泵控制上的主要区别在于相应的PLC模拟量输出点值的设置。阀门的情形与泵类似，只不过泵的启停将变成阀门

的开闭，泵的频率控制将变成阀门的开度控制。

作为编程前准备工作的一部分，根据现场的实际接线制作相对应的准确的PLC通道表是

非常重要的，图3.5显示了根据一级泵房的通道表在其程序中建立的程序标签（带有别名的标签有其对应的物理输出点），我们将使用这些标签来完成我们的程序。

图3.6与3.7显示了PLC程序关于一级泵房相关泵与阀门逻辑控制的例子。可以看到水泵的启动与停止是由两个不同的线圈控制的，mq d06为启动按钮，m t z06为停止按钮，泵启停的常开接点用以自锁。显然的，我们不能将启动与停止两个线圈同时吸合，为了防止这种现象的发生，我们用mq d06与m t z06的常闭节点对两个线圈进行了互锁：启动线圈吸合时，若

我们将m t z06置位，则m t z06的常闭节点断开，启动线圈断开，在这同时停止线圈吸合；停止线圈吸合时，若我们将mq d06置位，则mq d06的常闭节点断开，停止线圈断开，在这同