施耐德PLC在冷水機(jī)組自動(dòng)化控制中的應(yīng)用

劉桐瑋 ，李志庚 ，齊亞楠

(1. 天津泰達(dá)水業(yè)有限公司 天津300457；2. 天津泰達(dá)津聯(lián)自來(lái)水有限公司 天津300457)

0 引 言

天津某污水廠臭氧制備系統(tǒng)由臭氧發(fā)生器、壓縮空氣系統(tǒng)、液氧罐、板式換熱器、冷水機(jī)組、PCU 單元、PLC控制系統(tǒng)組成。液氧為發(fā)生器提供氣源，發(fā)生器通過(guò)高壓電離(或化學(xué)、光化學(xué)反應(yīng))，使氧氣分解聚合為臭氧，用于降解市政污水 COD、水體消毒、脫色等處理工藝。

1 系統(tǒng)概述

冷卻水系統(tǒng)由補(bǔ)水箱、循環(huán)泵、冷水機(jī)組等設(shè)備組成。冷水機(jī)組為循環(huán)水降溫，低溫的冷卻水通過(guò)循環(huán)泵為臭氧發(fā)生器內(nèi)部放電管以及PCU單元中的變壓器、電抗器、放電單元提供冷媒。經(jīng)過(guò)熱交換后冷卻水將熱量帶回冷水機(jī)組，以達(dá)到為臭氧相關(guān)設(shè)備降溫的目的，保證臭氧制備系統(tǒng)保持正常的工作溫度。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

臭氧冷水機(jī)組配備1套Scheider的M238系列PLC(可編程邏輯控制器)，PLC系統(tǒng)由 1個(gè) CPU模塊、1個(gè)AI模塊和1個(gè)Modbus TCP/IP網(wǎng)關(guān)模塊組成。通過(guò)控制冷水機(jī)組的啟停來(lái)實(shí)現(xiàn)冷卻水系統(tǒng)與臭氧制備系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)運(yùn)行。

由于采用的 M238系列 PLC的 CPU模塊具備開(kāi)關(guān)量輸入輸出接口以及485通信接口，因此冷水機(jī)與 PLC可通過(guò) 2種通信方式實(shí)現(xiàn)控制：一是通過(guò)硬線控制實(shí)現(xiàn)啟停、運(yùn)行、故障等控制命令及狀態(tài)反饋的發(fā)送與接收；二是通過(guò)485網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)組進(jìn)出水溫度、翅片溫度、出口壓力、冷媒壓力、運(yùn)行模式、壓縮機(jī)狀態(tài)等一系列運(yùn)行數(shù)據(jù)。

冷水機(jī)組 PLC作為從站與臭氧制備系統(tǒng) PLC(即主站)通過(guò)環(huán)型網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)主從站系統(tǒng)控制。當(dāng)臭氧制備系統(tǒng)啟動(dòng)后，主站PLC向從站PLC發(fā)送啟動(dòng)命令，啟動(dòng)冷水機(jī)組；從站PLC則將冷水機(jī)組進(jìn)出水實(shí)時(shí)溫度發(fā)送至主站，實(shí)現(xiàn)主從站雙向通訊控制，保證臭氧制備系統(tǒng)正常運(yùn)行。

3 具體配置

臭氧冷水機(jī)組的控制系統(tǒng)選用 PLC與下位機(jī)相結(jié)合方式，實(shí)現(xiàn)冷水機(jī)組的啟停控制及各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的顯示。臭氧制備系統(tǒng)主站 PLC與冷水機(jī)組從站PLC通過(guò)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)基于Modbus TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交流。具體配置步驟如下：

3.1 IP地址設(shè)置

臭氧制備系統(tǒng)PLC(主站PLC)：192.168.1.130。

冷水機(jī)組 PLC(從站 PLC)(Modbus TCP/IP網(wǎng)關(guān))：192.168.1.131。

冷水機(jī)組觸摸屏：192.168.1.132。

3.2 485地址設(shè)置

冷水機(jī)組 485地址：1，無(wú)奇偶校驗(yàn)。比特率9600kPs。

冷水機(jī)組PLC 1號(hào)485地址：2，無(wú)奇偶校驗(yàn)。比特率9600kPs。

冷水機(jī)組PLC 2號(hào)485地址：3，無(wú)奇偶校驗(yàn)。比特率9600kPs。

3.3 模塊配置

CPU 模塊：此模塊集成了 2個(gè) 485通信端口，8通道開(kāi)關(guān)量輸入，8通道開(kāi)關(guān)量輸出。1號(hào)485通信端口用于連接冷水機(jī)組，實(shí)現(xiàn)機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)的讀取。2號(hào)485通信端口用于連接Modbus TCP/IP網(wǎng)關(guān)模塊，用于冷水機(jī)組 PLC(從站)與臭氧制備系統(tǒng)PLC(主站)通過(guò)環(huán)型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交流。開(kāi)關(guān)量輸入輸出模塊用于連接冷水機(jī)組外部接線端子，實(shí)現(xiàn)PLC與機(jī)組硬線控制，保證啟停命令、運(yùn)行狀態(tài)反饋以及故障報(bào)警信息的準(zhǔn)確可靠。

AI模塊：此模塊通道用于冷卻水管道補(bǔ)水箱液位計(jì)數(shù)據(jù)上傳。通過(guò)對(duì)補(bǔ)水箱液位的監(jiān)控，確保冷卻水管道內(nèi)部水量充盈，保證臭氧制備系統(tǒng)正常運(yùn)行。

Modbus TCP/IP網(wǎng)關(guān)模塊：M238PLC外部通信采用485協(xié)議，使用此網(wǎng)關(guān)模塊可將M238PLC接入Modbus TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)與臭氧制備系統(tǒng)主站PLC之間、冷水機(jī)組PLC與觸摸屏之間的數(shù)據(jù)交流[1]。通過(guò) IP地址及 485地址的配置，此時(shí)，冷水機(jī)組 PLC與冷水機(jī)、觸摸屏及臭氧制備系統(tǒng)主站PLC可由定義的讀寫數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)交流，實(shí)現(xiàn)PLC間系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。

PLC現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏主要功能有：與冷水機(jī)組 PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換通信功能，實(shí)時(shí)采集冷水機(jī)組各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息以及管道補(bǔ)水箱液位。具備聯(lián)動(dòng)、單控運(yùn)行方式切換功能，在與主站 PLC聯(lián)動(dòng)運(yùn)行模式下對(duì)冷水機(jī)組設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)、巡視；在本地單控運(yùn)行模式下通過(guò)點(diǎn)擊相應(yīng)功能按鍵實(shí)現(xiàn)對(duì)冷水機(jī)組設(shè)備啟動(dòng)停止等操作。現(xiàn)場(chǎng)控制單元是站內(nèi)控制機(jī)組運(yùn)行的最高一級(jí)自動(dòng)控制單元，即使在上級(jí)主站 PLC出現(xiàn)故障時(shí)，也能保證機(jī)組的正常運(yùn)行和程序控制的各項(xiàng)操作。因此，采用現(xiàn)場(chǎng)級(jí) PLC作為從站對(duì)冷水機(jī)組進(jìn)行獨(dú)立控制，提高了冷水機(jī)組運(yùn)行的可靠性，同時(shí)進(jìn)一步提高了臭氧制備系統(tǒng)的集控程度以及安全運(yùn)行保障環(huán)節(jié)[2]。

PLC編程軟件采用的是施耐德 SoMachine v4.4版本編程軟件，該軟件是 M218/M238/M258系列現(xiàn)場(chǎng)級(jí)小型 PLC。SoMachine軟件是一款開(kāi)放、高效的專業(yè)軟件解決方案。它同時(shí)集成用于運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備的配置和傳送工具，具備符合 IEC 61131—3標(biāo)準(zhǔn)的語(yǔ)言功能，即全面兼容梯形圖語(yǔ)言(LD)、結(jié)構(gòu)化文本語(yǔ)言(ST)、功能模塊圖語(yǔ)言(FBD)、指令表語(yǔ)言(IL)等主流編程語(yǔ)言，該軟件還集成現(xiàn)場(chǎng)總線配置程序、專家診斷功能和故障調(diào)試功能，以及維護(hù)和可視化等多重功能。優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)：擴(kuò)展豐富，靈巧應(yīng)用，高性價(jià)比，穩(wěn)定可靠[3]。

通過(guò)對(duì) PLC進(jìn)行程序編寫，可以實(shí)現(xiàn)冷水機(jī)組與臭氧制備系統(tǒng)的全自動(dòng)聯(lián)控啟停，當(dāng)啟動(dòng)臭氧制備系統(tǒng)并選擇冷水機(jī)組為循環(huán)水降溫模式后，設(shè)定冷卻水出水溫度值，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行后冷卻水升溫，命令冷水機(jī)進(jìn)出水閥門開(kāi)啟，冷水機(jī)組無(wú)故障，則啟動(dòng)冷水機(jī)組壓縮機(jī)，對(duì)管道內(nèi)冷卻水進(jìn)行降溫，達(dá)到目標(biāo)溫度值后，自行判斷啟動(dòng)壓縮機(jī)時(shí)長(zhǎng)以保證冷卻水溫度在設(shè)定值范圍內(nèi)，避免溫度過(guò)高導(dǎo)致臭氧發(fā)生器故障停機(jī)以及溫度過(guò)低導(dǎo)致管道結(jié)霜，對(duì) PCU單元造成損壞。

4 結(jié) 論

施耐德M238PLC運(yùn)行安全可靠，CPU模塊具備485通信接口，可與冷水機(jī)組直接進(jìn)行通信。此 PLC的應(yīng)用將冷水機(jī)組運(yùn)行模式智能化，現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏顯示機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)，污水廠運(yùn)行人員可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏直接讀取運(yùn)行數(shù)據(jù)，分析機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)。

PLC在冷水機(jī)組的應(yīng)用充分發(fā)揮了其編程簡(jiǎn)便、控制可靠、24h實(shí)時(shí)運(yùn)行的特點(diǎn)，顯著提高了污水廠臭氧工藝環(huán)節(jié)的智能化，為污水廠安全運(yùn)行提供了可靠保證。