施耐德PLC在冷水机组自动化控制中的应用

2020-01-08刘桐玮李志庚齐亚楠

天津科技 2020年7期

刘桐玮，李志庚，齐亚楠

(1. 天津泰达水业有限公司天津300457；2. 天津泰达津联自来水有限公司天津300457)

0 引言

天津某污水厂臭氧制备系统由臭氧发生器、压缩空气系统、液氧罐、板式换热器、冷水机组、PCU 单元、PLC控制系统组成。液氧为发生器提供气源，发生器通过高压电离(或化学、光化学反应)，使氧气分解聚合为臭氧，用于降解市政污水 COD、水体消毒、脱色等处理工艺。

1 系统概述

冷却水系统由补水箱、循环泵、冷水机组等设备组成。冷水机组为循环水降温，低温的冷却水通过循环泵为臭氧发生器内部放电管以及PCU单元中的变压器、电抗器、放电单元提供冷媒。经过热交换后冷却水将热量带回冷水机组，以达到为臭氧相关设备降温的目的，保证臭氧制备系统保持正常的工作温度。

2 系统结构

臭氧冷水机组配备1套Scheider的M238系列PLC(可编程逻辑控制器)，PLC系统由 1个 CPU模块、1个AI模块和1个Modbus TCP/IP网关模块组成。通过控制冷水机组的启停来实现冷却水系统与臭氧制备系统的联动运行。

由于采用的 M238系列 PLC的 CPU模块具备开关量输入输出接口以及485通信接口，因此冷水机与 PLC可通过 2种通信方式实现控制：一是通过硬线控制实现启停、运行、故障等控制命令及状态反馈的发送与接收；二是通过485网络通信实现实时监控机组进出水温度、翅片温度、出口压力、冷媒压力、运行模式、压缩机状态等一系列运行数据。

冷水机组 PLC作为从站与臭氧制备系统 PLC(即主站)通过环型网络实现主从站系统控制。当臭氧制备系统启动后，主站PLC向从站PLC发送启动命令，启动冷水机组；从站PLC则将冷水机组进出水实时温度发送至主站，实现主从站双向通讯控制，保证臭氧制备系统正常运行。

3 具体配置

臭氧冷水机组的控制系统选用 PLC与下位机相结合方式，实现冷水机组的启停控制及各项运行数据的显示。臭氧制备系统主站 PLC与冷水机组从站PLC通过交换机实现基于Modbus TCP/IP网络的数据交流。具体配置步骤如下：

3.1 IP地址设置

臭氧制备系统PLC(主站PLC)：192.168.1.130。

冷水机组 PLC(从站 PLC)(Modbus TCP/IP网关)：192.168.1.131。

冷水机组触摸屏：192.168.1.132。

3.2 485地址设置

冷水机组 485地址：1，无奇偶校验。比特率9600kPs。

冷水机组PLC 1号485地址：2，无奇偶校验。比特率9600kPs。

冷水机组PLC 2号485地址：3，无奇偶校验。比特率9600kPs。

3.3 模块配置

CPU 模块：此模块集成了 2个 485通信端口，8通道开关量输入，8通道开关量输出。1号485通信端口用于连接冷水机组，实现机组运行数据的读取。2号485通信端口用于连接Modbus TCP/IP网关模块，用于冷水机组 PLC(从站)与臭氧制备系统PLC(主站)通过环型网络进行数据交流。开关量输入输出模块用于连接冷水机组外部接线端子，实现PLC与机组硬线控制，保证启停命令、运行状态反馈以及故障报警信息的准确可靠。

AI模块：此模块通道用于冷却水管道补水箱液位计数据上传。通过对补水箱液位的监控，确保冷却水管道内部水量充盈，保证臭氧制备系统正常运行。

Modbus TCP/IP网关模块：M238PLC外部通信采用485协议，使用此网关模块可将M238PLC接入Modbus TCP/IP网络，通过交换机实现与臭氧制备系统主站PLC之间、冷水机组PLC与触摸屏之间的数据交流[1]。通过 IP地址及 485地址的配置，此时，冷水机组 PLC与冷水机、触摸屏及臭氧制备系统主站PLC可由定义的读写数据区进行数据交流，实现PLC间系统联动。

PLC现场触摸屏主要功能有：与冷水机组 PLC进行数据交换通信功能，实时采集冷水机组各项数据信息以及管道补水箱液位。具备联动、单控运行方式切换功能，在与主站 PLC联动运行模式下对冷水机组设备状态进行检测、巡视；在本地单控运行模式下通过点击相应功能按键实现对冷水机组设备启动停止等操作。现场控制单元是站内控制机组运行的最高一级自动控制单元，即使在上级主站 PLC出现故障时，也能保证机组的正常运行和程序控制的各项操作。因此，采用现场级 PLC作为从站对冷水机组进行独立控制，提高了冷水机组运行的可靠性，同时进一步提高了臭氧制备系统的集控程度以及安全运行保障环节[2]。

PLC编程软件采用的是施耐德 SoMachine v4.4版本编程软件，该软件是 M218/M238/M258系列现场级小型 PLC。SoMachine软件是一款开放、高效的专业软件解决方案。它同时集成用于运动控制设备的配置和传送工具，具备符合 IEC 61131—3标准的语言功能，即全面兼容梯形图语言(LD)、结构化文本语言(ST)、功能模块图语言(FBD)、指令表语言(IL)等主流编程语言，该软件还集成现场总线配置程序、专家诊断功能和故障调试功能，以及维护和可视化等多重功能。优势体现：扩展丰富，灵巧应用，高性价比，稳定可靠[3]。

通过对 PLC进行程序编写，可以实现冷水机组与臭氧制备系统的全自动联控启停，当启动臭氧制备系统并选择冷水机组为循环水降温模式后，设定冷却水出水温度值，当机组运行后冷却水升温，命令冷水机进出水阀门开启，冷水机组无故障，则启动冷水机组压缩机，对管道内冷却水进行降温，达到目标温度值后，自行判断启动压缩机时长以保证冷却水温度在设定值范围内，避免温度过高导致臭氧发生器故障停机以及温度过低导致管道结霜，对 PCU单元造成损坏。