試述不同類型PLC在水廠自控系統(tǒng)中的通信協(xié)同

劉淑明 孔令曉

摘 要 本文探討了自來(lái)水廠自控系統(tǒng)中不同類型PLC之間數(shù)據(jù)通信的解決方案，闡述了系統(tǒng)構(gòu)成和功能，并對(duì)控制過程進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明。

關(guān)鍵詞 水廠;自控系統(tǒng);PLC;通信

引言

隨著城鎮(zhèn)供水設(shè)施改造與建設(shè)步伐的加快，水廠生產(chǎn)自控系統(tǒng)廣泛采用的PLC系統(tǒng)，經(jīng)常面臨著不同類型的PLC共用問題。由于存在系統(tǒng)硬件接口不同、支持通訊協(xié)議不同，在某些水廠具體的應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)PLC系統(tǒng)之間的通訊可能存在著不同的問題。

2018年，沿海城市某水廠進(jìn)行次氯酸鈉投加系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱消毒系統(tǒng)）項(xiàng)目建設(shè)，取代原有的液氯投加系統(tǒng)，調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，消毒系統(tǒng)自控部分使用的西門子PLC與水廠原有的羅克韋爾PLC不能進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)通信，給遠(yuǎn)程監(jiān)控帶來(lái)了不便。

1解決方案

1.1 現(xiàn)狀分析

（1）原有控制網(wǎng)絡(luò)。該水廠原有生產(chǎn)自動(dòng)控制系統(tǒng)采用羅克韋爾自動(dòng)化產(chǎn)品，PLC使用ControlLogix集成架構(gòu)，中控室、凈化間、加藥間等各個(gè)站點(diǎn)的機(jī)架，通過同軸電纜連成環(huán)狀的主體控制網(wǎng)絡(luò)ControlNet，機(jī)架上的Logix5550處理器可以控制本地和遠(yuǎn)程輸入輸出。組態(tài)軟件RSLinx被用作控制層和數(shù)據(jù)通信層的接口，使用編程軟件RSLogix5000完成ControlLogix的控制程序的開發(fā);分布在廠區(qū)的各操作站通過以太網(wǎng)模塊EtherNet/IP接入ControlNet，使用可視化平臺(tái)RSView32實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控。

（2）消毒系統(tǒng)構(gòu)成。消毒系統(tǒng)主要由儲(chǔ)罐、加藥罐、轉(zhuǎn)液泵、計(jì)量泵、電動(dòng)閥門、液位計(jì)、電磁流量計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)控制柜等組成。自控系統(tǒng)的PLC采用西門子SIMATIC S7-200 SMART，主要的監(jiān)測(cè)參數(shù)有：液位、泵和電動(dòng)閥門狀態(tài)、泵的頻率和沖程、流量等，有現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)、遠(yuǎn)程和自動(dòng)投加等多種控制模式。在自動(dòng)投加模式下，前加氯采用流量比例控制，要使用在線的原水流量數(shù)據(jù);后加氯采用復(fù)合環(huán)路控制[1]，要使用在線的出水流量和余氯數(shù)據(jù)，其中原水、出水流量信號(hào)和余氯信號(hào)均需要從水廠原有控制系統(tǒng)ControlLogix中讀取，這就是促使我們研究?jī)蓚€(gè)PLC系統(tǒng)進(jìn)行通訊協(xié)同的主要原因。

1.2 控制方案選擇

由于消毒系統(tǒng)使用的SIMATIC S7-200 SMART標(biāo)配以太網(wǎng)接口，ControlLogix也有以太網(wǎng)模塊EtherNet/IP與上位機(jī)連接，消毒系統(tǒng)距離ControlLogix加藥間操作站不超過100米，可以通過以太網(wǎng)與原系統(tǒng)的上位機(jī)進(jìn)行通信，將消毒系統(tǒng)作為一個(gè)子站整合到水廠原自控系統(tǒng)中。經(jīng)反復(fù)研究后決定采用OPC標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備和子系統(tǒng)的集成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。具體來(lái)說(shuō)，就是通過KEPServerEX平臺(tái)的OPC服務(wù)實(shí)現(xiàn)不同類型PLC系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)讀取和交換，既能在原有RSView32平臺(tái)上監(jiān)控消毒系統(tǒng)運(yùn)行情況，又能將原ControlLogix系統(tǒng)的流量和余氯等數(shù)據(jù)傳遞給消毒系統(tǒng)的SIMATIC S7-200 SMART，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)投加模式下的消毒控制。圖1就是包含消毒系統(tǒng)的水廠控制網(wǎng)絡(luò)示意圖。

需要說(shuō)明的是，除了加藥間操作站外，我們還考慮了中控室的全廠監(jiān)控需要，由于中控室距離消毒系統(tǒng)較遠(yuǎn)，重新敷設(shè)通訊線纜難度大造價(jià)高，因此我們選用一對(duì)無(wú)線路由器搭建網(wǎng)橋進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

1.3 項(xiàng)目實(shí)施

完成硬件連接后，主要工作是在加藥間操作站上進(jìn)行軟件設(shè)置和調(diào)試。

（1）建立OPC服務(wù)

在加藥間操作站搭建KEPServerEX平臺(tái)，通過以太網(wǎng)依次建立Channel和添加Device，成功連接消毒系統(tǒng)的西門子SIMATIC S7-200 SMART，讀取相應(yīng)地址數(shù)據(jù)建立Tag。同樣方法將羅克韋爾ControlLogix系統(tǒng)的流量和余氯數(shù)據(jù)添加進(jìn)來(lái)，從而完成基本的OPC服務(wù)配置。由于消毒系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行時(shí)需要使用原有的ControlLogix系統(tǒng)的流量和余氯等數(shù)據(jù)，所以在KEPServerEX中要使用Data Exchange Client工具，可以便捷的將相應(yīng)地址的數(shù)據(jù)傳入西門子PLC。

（2）上位監(jiān)控系統(tǒng)程序優(yōu)化

在原上位監(jiān)控程序RSView32中添加KEPServerEX平臺(tái)的OPC節(jié)點(diǎn)，在標(biāo)記數(shù)據(jù)庫(kù)中分別添加設(shè)備的相應(yīng)標(biāo)記。然后，繪制圖形并關(guān)聯(lián)相應(yīng)標(biāo)記，形成動(dòng)態(tài)畫面，如圖2所示。根據(jù)需要還可以添加數(shù)據(jù)記錄、趨勢(shì)曲線等，這樣就完成了在加藥間操作站對(duì)消毒系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，同樣方法對(duì)中控室的全廠監(jiān)控畫面進(jìn)行優(yōu)化。

2結(jié)束語(yǔ)

通過KEPServerEX平臺(tái)的OPC服務(wù)實(shí)現(xiàn)了不同類型PLC系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)讀取和交換，解決了不同PLC系統(tǒng)間的通訊協(xié)同問題，為架構(gòu)統(tǒng)一的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)提供了解決方案。經(jīng)過近兩年的檢驗(yàn)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠、操作維護(hù)方便。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉淑明，井新，張先松. PLC在水廠加氯自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].可編程控制器與工廠自動(dòng)化，2009，（6）：62-64，83.

作者簡(jiǎn)介

劉淑明（1977-），男，學(xué)歷：工學(xué)學(xué)士，工程師，現(xiàn)就職單位：煙臺(tái)市福山自來(lái)水有限公司，研究方向：水廠自動(dòng)化研究與應(yīng)用。