施耐德PLC和intouch组态软件在自来水处理自动控制系统中的应用

刘金强　梁竹君

摘 要：文章介绍了施耐德Quantum系列和Premiun系列PLC及Wonderware intouch组态软件在福州长乐威立雅东区水厂控制系统的应用。详细地分析了该污水处理系统功能，同时也阐述了PLC控制系统硬件和软件组成以及上位机系统的组成。

关键词：自来水处理；自动控制系统；PLC；intouch.

1 概述

长乐东区水厂是福州长乐自来水的重要组成部分，对整个市区的供水起着至关重要的作用。东区水厂位于鹤上镇云路村与洞湖村交界处，用地150亩，源水管网总长10多公里，总投资2.2亿元，水厂建成后，近期规模日供水量将达到10万吨，远期规模将达到日供水20 万m3/d，可以解决长乐东部和南部地区的供水问题，同时空港工业区、滨海工业区的企业也将大大受益。本项目的水处理系统是整个水厂工程的重要组成部分，该系统运行的可靠性、稳定性、安全性将直接影响整个水厂的自来水的处理。

2 系统组成及分析

此项目自来水处理工艺采用法国威立雅的水处理工艺，具体工艺流程如图1所示。

本系统采用PLC+本地系统上位机控制方式。系统共由525个DI点、265个DO点、119个AI点、30个AO点组成。

2.1 系统功能分析

整个系统的主要功能包括：控制功能、显示功能、操作功能、数据通信功能、综合信息管理功能。

管理、监视功能：操作站主工业控制计算机长期冗余在线工作，定时检测各现场PLC 控制站采集的数据，对各工艺参数、动力及变配电设备的运行实时显示、记录、存储、打印、事故报警等工作。

操作控制功能：在基于图形和菜单的形式上，操作人员在操作站通过键盘或鼠标下达有关指令或信息，开/停或调整设备的工作状态。

依据以上的功能要求，整个系统至少需要显示以下四类画面。

第一类：过程状态显示画面。主要包括总貌显示、区域显示、组貌显示、回路显示、报警状态显示。

第二类：趋势显示画面。趋势显示分为实时趋势和历史趋势，其主要包括曲线图和柱状图。

第三类：工艺流程动态显示画面。其主要包括工艺流程、工艺参数定时刷新、设备启/停状态。

第四类：文件显示和打印。其主要包括日、月生产报表。

经过系统组态后，只要把生成的应用软件向下传送到各相关现场PLC控制站，就可以具体实施。组态的应用软件应能在线重新组态而不影响系统的连续正常工作。

系统组态软件应能对下列项目进行在线组态。

（1）系统结构组态；

（2）测量数据组态；

（3）历史数据组态；

（4） 控制功能组态；

（5）图形文件组态；

（6）显示组态。

通讯功能：操作站与现场PLC 控制站、生产调度系统进行数据通讯和信息交换，在通讯功能中应设置密码保护，对各级操作都应设置授权限制，防止越权非法操作，确保水厂设备安全有序的运行。

2.2 PLC控制系统组成

长乐市东区水厂PLC自动控制系统采用集中监控管理，分散控制和就地控制相结合的分布式智能监测、控制方式。整个控制系统由三个层次构成，即就地控制层，现场控制层，监控管理层[1]。

2.2.1 硬件组成

PLC控制系统选用施耐德Quantum系列和Premium系列PLC，本地站点与远程站点的通讯采用CRP93100和CRA93100进行通讯。这里以其中一套设备的硬件配置为例。各硬件设备功能描述如下[2][3]：

（1）CPU：选用140CPU65160，该处理器，时钟脉冲频率266MHz，内部1M RAM，IEC 程序内存可以扩展到7168KB，集成以太网通讯接口。

（2）数字量I/O模块：数字量输入模块采用32路的140DDI3530

0模块，此模块为24Vdc 输入，可用于源极输出设备。数字量输出模块采用32路140DDO35300模块，此模块切换24Vdc功率负载，可用于漏极器件。

（3）模拟量I/O模块：模拟量输入采用16路的140ACI04000模块，该模块可接受混合电流和压力输入，在该系统中，主要完成液位、压力、流量等模拟量的输入。模拟量输出采用8路140ACO13000模块，输出4～20mA电流实现对本系统的阀位及电机进行调节。

（4）远程机架通讯：本系统中本地采用CRP93100模块，通过同轴电缆及专用RIO接头同远程的CPA93100模块进行连接，以实现本地站与远程站点的通讯。

本系统通信拓扑结构采用Hiper Ring超级冗余环形结构，实现了全部链路冗余，无单點故障，任意一个链路故障发生故障，网络系统均可在500ms内自愈，不会影响系统的正常运行。整个水厂的环网通讯如图2所示。

2.2.2 PLC程序结构

编程环境采用设备专用的Unity Pro6.1，在软件中可以进行系统的配置，软件编程可以采用梯形图（LD）、功能块图（FBD）、顺序功能图（SFC），也可以通过C语言来进行编程[4]。

在本系统中，采用当代比较流行的模块化编程思想，这样使得整个控制思路更加简单、快捷，同时也提高了程序可读性，有利于整套控制系统调试和维护。编程环境及部分程序如图3所示。

2.3 上位机系统组成

上位机系统选用Inspiron灵越620计算机，并配备23寸液晶显示屏，同时安装有美国Wonderware公司生产的基于WINDOWS NT/2000/XP平台上Intouch10.0组态软件，可以实现对现场所有设备的操作、数据的采集及监控。WindowMaker是InTouch 的开发环境。WindowMaker图形用户界面符合Windows XP与Windows NT GUI标准[5]。其部分监控画面如图4所示。

3 结束语

本套控制系统自2012年7月调试完成投入运行以来，整个系统运行良好，系统运行稳定、可靠，极大地节省了人力，也降低了运行操作人员的劳动强度，极大地提高经济和社会效益。

参考文献

[1]李士勇.智能控制[M].哈尔滨工业大学出版社，2011.

[2]Schneider Electric.Quantum使用手册Premium使用手册[Z].2003.

[3]Schneider Electric.Modicon TSX Quantum、Premium硬件手册[Z].2002.

[4]Schneider Electric.Unity Pro6.1User Ma[Z].

[5]Wonderware FactorySuite.InTouch.用户指南[Z].Invensys Systems， Inc.2002.

作者简介：刘金强（1983-），男，湖北沙洋县人，硕士研究生，研究方向：工业控制及复杂高智能自动化控制。

梁竹君（1985-），女，四川开江县人，硕士研究生，讲师，研究方向：智能化控制。