基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的水廠水處理網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)
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現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)層傳遞的是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量少，但實(shí)時(shí)性強(qiáng)。所以，現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)選用PROFIBUS。
主控PLC之間可以通過(guò)PROFIBUS-FMS互連，同時(shí)也與以太網(wǎng)互連，主控PLC與分控PLC控制單元通過(guò)PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線相連。各分控PLC可以獨(dú)立工作。采用PROFIBUS-DP能使分控PLC、變頻器、軟啟動(dòng)器、各種智能傳感器和外圍I/O設(shè)備等同主控PLC或計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)。PROFIBUS-FMS用于現(xiàn)場(chǎng)控制單元網(wǎng)絡(luò)的通信任務(wù)。
PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)設(shè)備主要由通信處理器CP（Communication Processor）和網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)組成。通信處理器用于總線網(wǎng)絡(luò)和點(diǎn)到點(diǎn)通信，通RS485接口使系統(tǒng)與其它廠商的總線系統(tǒng)互連，并能使系統(tǒng)中的主要現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，如變頻器、軟啟動(dòng)器等實(shí)現(xiàn)即插即用。另外，該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)還應(yīng)包括工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)，它由工業(yè)攝像機(jī)、鏡頭、云臺(tái)、視頻矩陣切換器、工業(yè)監(jiān)視器、室外解碼器和錄像機(jī)等硬件設(shè)備配以多媒體軟件組成，完成對(duì)水生產(chǎn)工藝過(guò)程的重要工位進(jìn)行監(jiān)視管理。
系統(tǒng)功能描述
基于PROFIBUS設(shè)計(jì)的水處理網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)主要具有如下功能：
１、格柵與排泥控制
格柵間有4臺(tái)格柵機(jī)，由一臺(tái)輸入點(diǎn)數(shù)為32、輸出點(diǎn)數(shù)為16的SIEMENS S7-300PLC來(lái)控制，控制方式有自動(dòng)和手動(dòng)。在自動(dòng)方式下，系統(tǒng)根據(jù)PLC中設(shè)定的定時(shí)值以及格柵前后水位差來(lái)自動(dòng)控制格柵機(jī)的動(dòng)作。吸砂機(jī)的工作狀態(tài)也由PLC檢測(cè)和控制。沉淀池PLC根據(jù)水濁度高低，設(shè)定吸泥機(jī)運(yùn)行周期時(shí)間和運(yùn)行方式，濁度高時(shí)，雙程吸泥，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)；濁度低時(shí)，單程吸泥，運(yùn)行時(shí)間短。
２、投藥加氯控制
投藥/加氯控制系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)較多，選用一臺(tái)輸入點(diǎn)數(shù)為192、輸出點(diǎn)數(shù)為192的SIEMENS S7-400 PLC來(lái)控制。
投藥間有混凝劑加計(jì)量泵8臺(tái)，助凝劑投加計(jì)量泵8臺(tái)。每臺(tái)計(jì)量泵均用一臺(tái)交流變頻調(diào)速器驅(qū)動(dòng)，兩種投加計(jì)量均為6臺(tái)工作、2臺(tái)備用。6臺(tái)計(jì)量泵對(duì)應(yīng)6組反應(yīng)池，一對(duì)一投加混凝劑和助凝劑。投藥控制是水廠水處理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它是一個(gè)大延時(shí)強(qiáng)耦合的非線性系統(tǒng)，在技術(shù)上有一定難度。我們?cè)O(shè)計(jì)了自學(xué)習(xí)模糊控制算法，系統(tǒng)根據(jù)PLC采集的原水溫度、濁度、PH值等參數(shù)的大小，經(jīng)自學(xué)習(xí)模糊控制器調(diào)整后，由PLC控制交流變頻調(diào)速器的工作狀態(tài)改變計(jì)量泵的頻率和沖程，以此控制計(jì)量泵的頻率和沖程，以此控制計(jì)量泵投藥量的大小，控制效果較好。加氯間有7臺(tái)真空式V型槽加氯機(jī)，其中4臺(tái)負(fù)責(zé)進(jìn)水管處的前加氯，其余3臺(tái)加氯機(jī)作為消毒加氯（后加氯）用，消毒加氯采用流量、余氯復(fù)合閉環(huán)控制方式（2臺(tái)工作，1臺(tái)備用），向2個(gè)濾池出水管處加氯消毒。另外，投藥/加氯主控PLC還要擔(dān)負(fù)投藥間的干粉溶解、加氯間的氯氣瓶切換、漏氣報(bào)警和安全控制等任務(wù)。
３、濾池控制
濾池控制是水廠自動(dòng)控制系統(tǒng)中最主要的控制環(huán)節(jié)，按其過(guò)程可以分為過(guò)濾過(guò)程控制和反沖過(guò)程控制。由于濾池個(gè)數(shù)多且每個(gè)濾池I/O點(diǎn)數(shù)較少，選用25臺(tái)輸入輸出點(diǎn)數(shù)均為16的SIEMENS S7-300 PLC來(lái)控制。在過(guò)濾過(guò)程中，各濾池的PLC能根據(jù)對(duì)應(yīng)濾池的水位、阻塞值以及運(yùn)行時(shí)間自動(dòng)調(diào)節(jié)各凈水閥開(kāi)啟度并使各濾池水位保持恒定。當(dāng)阻塞值或?yàn)V池運(yùn)行時(shí)間超設(shè)定值時(shí)，濾池PLC向反沖洗PLC發(fā)出反沖洗請(qǐng)求，當(dāng)請(qǐng)求被允許之后，濾池進(jìn)入反沖洗過(guò)程。在反中洗過(guò)程中，反沖洗PLC需要控制反沖洗水的流量、反沖洗氣的壓力，并與對(duì)應(yīng)濾池PLC配合控制反沖洗時(shí)間、漂洗時(shí)間以及反沖洗過(guò)程中有關(guān)閥門的開(kāi)啟與關(guān)閉。
４、水泵群控制
制作好的凈水要通過(guò)水泵輸入到水管道中。出水泵房共有8臺(tái)容量大小不等的水泵。系統(tǒng)用了一臺(tái)輸入點(diǎn)數(shù)為48、輸出點(diǎn)數(shù)為16的SIEMENS S7-300 PLC來(lái)控制。根據(jù)管網(wǎng)壓力和生產(chǎn)調(diào)度的要求系統(tǒng)能自動(dòng)完成開(kāi)泵和關(guān)泵過(guò)程。由于在開(kāi)閥或關(guān)閥時(shí)，管網(wǎng)壓力會(huì)突然變大或變小，為了避免因此而造成的誤動(dòng)作，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)開(kāi)閥或關(guān)閥指令進(jìn)行記憶，在一定時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)自動(dòng)停止開(kāi)關(guān)閥門，等到管網(wǎng)壓力穩(wěn)定后自動(dòng)繼續(xù)開(kāi)關(guān)閥門。同時(shí)，系統(tǒng)對(duì)閥門、機(jī)械、電路等多種故障具有監(jiān)控報(bào)警功能。
５、其他功能
系統(tǒng)除了具有以上控制功能外，還具有生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度、信息管理與決策支持等管理功能，以及視頻監(jiān)視功能等。
結(jié)論與展望
基于現(xiàn)場(chǎng)總線的水生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)能有產(chǎn)地進(jìn)行工作，與傳統(tǒng)的方法相比，其最大的特點(diǎn)是造價(jià)低、功能強(qiáng)、結(jié)構(gòu)靈活實(shí)用、可靠性高、安裝調(diào)試簡(jiǎn)單且開(kāi)發(fā)和維護(hù)費(fèi)用低，根據(jù)不同的現(xiàn)場(chǎng)情況與用戶要求，系統(tǒng)可以擴(kuò)展為不同的模式?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的有效無(wú)縫集成，從本質(zhì)上完成現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互連、通信線供電、統(tǒng)一組態(tài)、開(kāi)放式互連網(wǎng)絡(luò)等功能。
現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)將為工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)的全面自動(dòng)化和遠(yuǎn)程控制提供強(qiáng)大的基礎(chǔ)。
評(píng)論