基于分布式IO的次氯酸钠投加控制系统设计

陈剑平

摘要：本文研究分析了在原有氯氣投加控制系统的基础上进行次氯酸钠投加控制系统改造的方法和过程，在分布式IO基础上实现了控制系统的稳定运行。

关键词：控制;分布式IO;硬件组态;PLC

中图分类号：TP273    文献标识码：A    文章编号：1007-9416（2019）02-0000-00

0 引言

目前，众多水厂在消毒工艺上以液氯消毒为主，为降低消毒剂的采购、储存、运输和使用方面的风险，提高消毒效果和安全性，水厂决定对消毒工艺进行升级改造，使用次氯酸钠溶液替代氯气进行投加。次氯酸钠投加控制系统不同于液氯消毒的氯气投加系统，次氯酸钠溶液可与水互溶，不存在跑气泄露的风险，可使用计量泵进行投加，其投加控制系统由PLC控制模块、上位机监控软件winCC、计量泵、电动球阀、液位计、流量计以及投加管道组成。

1 电气控制系统

1.1 控制模式

控制模式分为手动和自动两种，通过模式转换开关切换控制模式。手动模式下，由操作人员在现场控制柜手动控制设备，控制柜面板上的状态指示灯显示设备的运行状态;自动模式下，由操作人员通过上位机监控软件控制设备。

1.2 电气控制电路

本控制系统的被控设备主要有6台变频计量泵和16个电动球阀，其中1-3号泵为双头计量泵，4-6号泵为单头计量泵，由于被控设备数量较多，故将计量泵和电动球阀的控制电路分别安装在两个控制柜中。计量泵控制电路中，计量泵的三相电源线直接接入变频器的输出端;变频器的IO点连接到相应的控制电路，通过继电器控制和反馈变频器的IO状态，利用4-20mA电流信号反馈运行频率;通过4-20mA电流信号控制和反馈冲程的大小。通过开关按钮或PLC模块控制继电器的常开常闭触点实现对电动球阀的开关控制，由电动球阀提供的无源到位触点反馈开、关到位信号[1]。

2 PLC控制系统

2.1 控制模块的选型

原有氯气投加控制系统的PLC控制模块为西门子S7-400，该模块工作稳定且性能仍可满足改造后的系统控制要求，同时原控制系统中的其他设备仍在正常使用，故从节约成本和改造实施难度的角度出发，改造后系统仍使用原有的PLC模块作为控制模块。由于次氯酸钠车间与原加氯车间的位置相距较远，新增的计量泵控制柜和电动球阀控制柜的控制电路和反馈信号因信号衰减问题以及线路数量众多无法远距离连接到原PLC柜，故决定采用分布式IO设计，将原PLC控制模块作为DP主站，选用DP总线模块ET200M和S7-300的IO模块作为远程IO站，即DP从站，通过PROFIBUS总线连接原PLC柜与新增的两个控制柜，连线图如图1所示[2]。

2.2 分布式IO设计

（1）模块的硬件连接。连接PROFIBUS总线（DP总线）的两头与总线连接器（DP头），将DP头分别与ET200M的DP口和原PLC模块中已使用的DP总线最末端连接;拨动模块上的DIP开关设置DP从站地址;将IM153-1模块和其它的IO模块通过连接器安装在控制柜中，连接控制柜中其他控制线路;使用网线连接原PLC与编程笔记本[3]。

（2）硬件组态。根据实际使用的硬件模块配置，通过STEP7编程软件对主站进行硬件组态。在STEP7中打开原有的项目，双击“Hardware”图标打开硬件组态界面，在已有的DP网络线上插入添加ET200M系列的IM153-1模块，然后在从站窗口的空插槽中依次添加所需的IO模块，部分硬件组态界面如图2所示。

（3）参数设置。在新增的IM153-1模块的DP从站属性窗口中设置DP从站地址，并保持与该模块的DIP开关所设置的地址相一致，在所添加的IO模块的属性窗口中设置合适的输入或输出地址，其中AI和AO模块需要单独设置所需的输入或输出通道。在完成所有设置并保存编译之后，点击“下载到模块”将更改的硬件组态下载到原PLC站中，完成分布式IO的硬件组态设置和下载。

2.3 PLC程序设计

为保证PLC程序中所使用的IO地址的唯一确定性，程序的编写设计需在完成硬件连线和硬件组态之后进行。首先根据已连接的IO模块分配建立地址符号表，然后根据所需实现的控制功能，利用功能块FB、功能FC和数据块DB分别编写相应的功能。对于所需控制的功能相似的设备，比如变频计量泵和电动球阀。它们的控制、反馈和拒动报警功能分别用两个FB来实现，它们的数据则分别由对应的DB来存储;在模拟量处理的FC中，变频器频率、冲程大小、液位计和流量计的信号反馈分别使用含有模拟量处理的FB实现，它们对应的DB块则存储各自的数据。PLC程序设计的过程中，所有设备都编写了相应的报警程序，便于上位机监控设备的异常运行情况。

3 上位机监控

水厂使用西门子winCC作为上位机监控软件，在winCC变量中新增变量点，在图形编辑器中新建并在原画面中引用次氯酸钠画面，根据实际设备添加相应的图形并修改属性;在报警列表中新增所添加设备的报警信号，最后保存所有增改的内容。

4 结语

本文介绍了基于分布式IO的次氯酸钠投加控制系统的设计过程，本控制系统已在东莞市第六水厂实施并稳定运行，改造后的控制系统安全可靠性更高，消毒和酸碱度调节效果良好，提高了水厂的安全生产能力，降低了生产成本和维护难度。

参考文献

[1] 郑长山.现场总线与PLC网络通信图解项目化教程[J].北京：电子工业出版社，2016.

[2] 陈忠平.西门子S7-300/400快速入门[J].北京：人民邮电出版社，2012.

[3] 周志敏，纪爱华.快速掌握西门子S7-300/400 PLC工程应用及故障处理[J].北京：化学工业出版社，2013.

Design of Sodium Hypochlorite Dosing Control System Based on Distributed IO

CHEN Jian-ping

（Dongguan Dongjiang Water Co.， Ltd. ， Dongguan Guangdong  523000）

Abstract：This paper studies and analyses the method and process of the transformation of sodium hypochlorite dosing control system based on the original chlorine gas dosing control system， and realizes the stable operation of the control system on the basis of distributed IO.

Key words： control; distributed IO; hardware configuration; PLC