現(xiàn)場總線在污水處理廠控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
1 引言
隨著計算機(jī)、控制、通信、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的發(fā)展,作為工業(yè)控制數(shù)字化、智能化與網(wǎng)絡(luò)化典型代表的現(xiàn)場總線(fieldbus)技術(shù)發(fā)展迅速、影響巨大,引起了工程技術(shù)界的普遍應(yīng)用。fieldbus技術(shù)使計算機(jī)控制系統(tǒng)逐步從集散控制系統(tǒng)(distributed control system dcs)走向以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的分布式現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(fieldbus control system,fcs),被視為工業(yè)自動化領(lǐng)域具有革命性的新技術(shù)?,F(xiàn)場總線是當(dāng)今自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點。本文以實際日處理量為5萬m3的污水處理廠自動化項目為例,詳細(xì)說明了modbus和profibus兩種現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在污水處理廠的應(yīng)用。
2 污水處理工藝
污水處理主要通過生物處理來完成,本污水處理采用奧貝爾氧化溝工藝,具體流程如圖1所示。
圖1 奧貝爾氧化溝工藝流程圖
以上設(shè)備均有現(xiàn)場手動和遠(yuǎn)程控制方式選擇,當(dāng)選擇遠(yuǎn)程自動方式時,其所有動作均由plc完成。通過上位機(jī)(監(jiān)控計算機(jī))可實4現(xiàn)全廠設(shè)備的監(jiān)視和控制。
3 現(xiàn)場總線與系統(tǒng)監(jiān)控
3.1 控制系統(tǒng)總體
污水處理廠二期自動控制系統(tǒng)采用法國施耐德公司的quantum系列plc做主站,集成profibus dp、modbus 、ethernet網(wǎng)絡(luò)形成一個完善的控制系統(tǒng),完成整個工廠凈化流程的控制、監(jiān)視及各開關(guān)量、模擬量的采集和報警。
根據(jù)污水處理工藝,控制系統(tǒng)由二級網(wǎng)絡(luò)組成,管理級計算機(jī)通過以太網(wǎng)和plc進(jìn)行互聯(lián)和通訊;兩臺dell臺式機(jī)為監(jiān)控計算機(jī),它們互為冗余和備份;plc通過profibus網(wǎng)絡(luò)與各子站進(jìn)行通訊,完成凈化廠各功能塊數(shù)據(jù)的采集、監(jiān)視和控制;plc同時通過cpu自帶的modbus接口與軟起動器、變頻器和pm500多功能電表組成modbus網(wǎng)絡(luò)。
監(jiān)控軟件采用美國wonderware公司intouch 9.0版本。編程軟件為concept v2.5 xl;profibus網(wǎng)絡(luò)組態(tài)軟件為sycon,包括:監(jiān)控層(中控室):完成操作、監(jiān)視、報表、報警及與外網(wǎng)的通訊。網(wǎng)絡(luò)集成層:本系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)集成層采用quantum plc集成ethernet、profibus、modbus網(wǎng)絡(luò)。設(shè)備控制層:profibus、modbus網(wǎng)絡(luò),與現(xiàn)場設(shè)備、儀表、輸入/輸出點(i/o)的連接。系統(tǒng)構(gòu)成示意圖參見圖2。
圖2 監(jiān)控計算機(jī)及plc網(wǎng)絡(luò)圖
3.2 modbus網(wǎng)絡(luò)原理設(shè)計
modbus是工業(yè)控制器的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中的一種,使用主—從技術(shù)。主設(shè)備可單獨和從設(shè)備通信,也能以廣播方式和所有從設(shè)備通信,如果單獨通信,從設(shè)備返回一消息作為回應(yīng),如果是以廣播方式查詢的,則不作任何回應(yīng)。
modbus協(xié)議建立了主設(shè)備查詢的格式:設(shè)備(或廣播)地址、功能代碼、所有要發(fā)送的數(shù)據(jù)、一錯誤檢測域。從設(shè)備回應(yīng)消息也由modbus協(xié)議構(gòu)成,包括確認(rèn)要行動的域、任何要返回的數(shù)據(jù)、和一錯誤檢測域。如果在消息接收過程中發(fā)生一錯誤,或從設(shè)備不能執(zhí)行其命令,從設(shè)備將建立一錯誤消息并把它作為回應(yīng)發(fā)送出去。設(shè)定的參數(shù)為19200波特率、無奇偶校驗、停止為1、協(xié)議為rtu(遠(yuǎn)程終端設(shè)備)。
該項目自控系統(tǒng)的modbus網(wǎng)絡(luò)上共有20個站:以quantum系列的cpu-11303為主站;19個從站包括13個施耐德的軟起動器、2個施耐德的變頻器、4個施耐德的綜合電表pm500以組成自控系統(tǒng)的modbus網(wǎng)絡(luò)。主站plc發(fā)出查詢的要求,19個從站將主要設(shè)備的主要電氣參數(shù)如電流、電壓、力矩、頻率、功率因素、有功功率、無功功率等信息傳送到plc,并定期刷新后一再傳送。監(jiān)控計算機(jī)通過modbus以太網(wǎng)通信程序讀取plc的信息,并傳送到intouch監(jiān)控軟件。modbus網(wǎng)絡(luò)在本自控系統(tǒng)中主要起監(jiān)視而沒有起控制的作用。modbus網(wǎng)絡(luò)的安裝和調(diào)試,本系統(tǒng)采用modscan軟件。
3.3 modbus工程施工關(guān)鍵
(1)通訊介質(zhì)采用超五類屏蔽雙絞線,主要是考慮rj45接頭的連接。我們在實驗時曾用過一般導(dǎo)線,對通訊效果并無影響??梢妋odbus對通訊介質(zhì)并無特殊要求;
?。?)連線應(yīng)盡量短,夠用即可,不僅看起來整齊,而且對于不同設(shè)備間的通訊,盡量短的線總是穩(wěn)定性要好的多;
?。?)導(dǎo)線一定要保證完好無損,接頭一定連接緊固,要反復(fù)測試確認(rèn)。因為在調(diào)試過程中,任何一點的虛接都可能造成通訊的失敗,而且極難查找原因。一個可靠的硬件連接可省去調(diào)試過程中很多不必要的故障和故障查找的步驟;
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