概述

純凈水是特殊行業(yè)至關(guān)重要的生產(chǎn)物資,如電廠鍋爐用水等。純凈水在水質(zhì)、水壓、流量等方面的要求是非常嚴(yán)格的。目前我國很多水凈化的自動化程度還不是很高,對供出的純凈水水質(zhì)、水壓、流量等數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)測還只是人工的定時巡檢,不能實(shí)時準(zhǔn)確地進(jìn)行監(jiān)控,嚴(yán)重影響供水的質(zhì)量,而且,若出現(xiàn)了質(zhì)量問題也只能根據(jù)人工抄表的數(shù)據(jù)進(jìn)行核對,由于存在人為的因素,對及時發(fā)現(xiàn)問題和解決問題不利;同時,人工抄表的數(shù)據(jù)不利于數(shù)據(jù)的及時匯總和形成報表,不便于管理人員和質(zhì)量控制人員根據(jù)報表進(jìn)行決策。如果對整個水處理實(shí)行全過程微機(jī)監(jiān)控,對各個參數(shù)進(jìn)行24ｈ實(shí)時監(jiān)控,那么有利于形成報表以供決策。綜上所述,在水凈化系統(tǒng)實(shí)行全過程實(shí)時監(jiān)控是很有必要的。

1　微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理

整個微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的框圖如圖1所示。微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)須采集和監(jiān)測的輸入信號共計有512個,包括:原水量、純水量,各個采樣點(diǎn)的瞬時流量、電導(dǎo)率、電壓、電流、閥的開度、壓力、溫度、電耗、水位、過載信號、控制反饋信號等,通過各種傳感元件、一次儀表或其他方式進(jìn)入系統(tǒng)�？刂戚敵鲂盘柟灿�192個,包括電機(jī)、電磁閥控制、電動閥控制等。

輸入信號從總體上可分為三類:開關(guān)量信號、模擬量信號、脈沖信號。開關(guān)量信號包括由浮球式水位儀接入的水位信號、由反饋觸點(diǎn)接入的控制反饋信號。模擬信號包括由液位傳感器接入的液位信號、由電導(dǎo)率表接入的電導(dǎo)率信號;由互感器接入的電壓、電流信號;由位置感應(yīng)器接入的閥度信號等。以上信號均為(4～20ｍＡ)電流信號。脈沖信號包括由脈沖流量計接入的水量信號,由脈沖式電度表接入的電耗信號等。其邏輯"0"電平為1Ｖ以下,邏輯"1"電平為3.5Ｖ～30Ｖ。輸出信號包括19臺水泵、加藥泵的驅(qū)運(yùn)控制,其電機(jī)功率范圍從0.5ｋＷ～37ｋＷ不等。電磁閥和電動閥門功率都很小。輸出信號均以220Ｖ進(jìn)行控制。

現(xiàn)場信號的分布較復(fù)雜,相互距離集中在泵房、水池、處理車間等幾個工作現(xiàn)場,因此在系統(tǒng)控制方式和策略上要加以考慮。

在微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)(見圖1)中采用一級2臺工控機(jī)控制,以提高可靠性,采用施耐德公司的Ｑｕａｎｔｕｍ系列可編程序控制器(ＰＬＣ)作為下位控制機(jī),研華公司的ＩＰＣ610Ｐ工控機(jī)為主控計算機(jī),監(jiān)測數(shù)據(jù)的提取采用Ｍｏｄｉｃｏｎ的數(shù)據(jù)采集模塊,并以Ｍｏｄｂｕｓ方式連接,以提高數(shù)據(jù)的可靠性和減少布線。主控計算機(jī)之間、工控機(jī)與ＰＬＣ之間通過以太網(wǎng)連接,操作人員可察看工作情況和查閱報表。

2　系統(tǒng)的硬件設(shè)計

系統(tǒng)的硬件設(shè)計與選取直接關(guān)系到系統(tǒng)的性能。由于系統(tǒng)對可靠性、抗干擾性等方面的要求較高,本方案在硬件設(shè)計中采用的方法和措施主要有:

1)主控計算機(jī)是整個系統(tǒng)的核心,負(fù)責(zé)收集、處理、顯示各個數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊通過Ｍｏｄｂｕｓ網(wǎng)絡(luò)傳過來的數(shù)據(jù),并根據(jù)處理結(jié)果做出相應(yīng)的控制,在本系統(tǒng)中采用研華ＩＰＣ610Ｐ工業(yè)控制計算機(jī),采用ＰⅢ1ＧＣＰＵ,通過2個以太網(wǎng)接口分別與交換機(jī)、可編程序控制器及各個模塊進(jìn)行通訊,具有防撞擊、防震動、耐高溫等特性,其抗干擾性、可靠性都能達(dá)到系統(tǒng)要求。

2)可編程控制器是系統(tǒng)控制的主要部分,接受來自主控計算機(jī)的指令,并且通過程序邏輯向外發(fā)出控制信號,控制外面的執(zhí)行機(jī)構(gòu),同時把執(zhí)行機(jī)構(gòu)的反饋信號以及另外的輸入信號狀態(tài)傳給主計算機(jī),供主控計算機(jī)處理。本系統(tǒng)采用Ｑｕａ ｎｔｕｍ系列可編程控制器,其存儲器可達(dá)512Ｋ字以上,最多可擴(kuò)展到3個機(jī)架,30個Ｉ Ｏ單元,梯形邏輯解算時間為0.3～1.4μｓ,Ｉ Ｏ的刷新時間為0.7ｍｓ,配有1個ＣＰＵ模塊,16個Ｉ Ｏ單元,1個以太網(wǎng)通訊模塊,其輸出均可采用220Ｖ電壓,可大大簡化控制設(shè)計,各個輸入輸出可加入保險管進(jìn)行短路保護(hù)。

3)數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊集中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測,并通過Ｍｏｄｂｕｓ網(wǎng)絡(luò)傳給主控ＣＰＵ,使得控制和線路簡單,維修方便。在本系統(tǒng)中采用Ｍｏｄｉｃｏｎ的輸入輸出模塊140ＡＣ系列,它是一種專用的模擬量模塊,具有雙纜接口的設(shè)備,可進(jìn)行軟件配置和校準(zhǔn),采用Ｍｏｄｂｕｓ傳輸標(biāo)準(zhǔn),Ｍｏｄｂｕｓ是一個事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)主 從協(xié)議,現(xiàn)分別介紹如下:

ａ)簡單且安裝方便

ＭｏｄｂｕｓＰｌｕｓ雙絞線電纜和Ｍｏｄｂｕｓ連接器系統(tǒng)使安裝輕而易舉,作為一種自舉網(wǎng)絡(luò),Ｍｏｄｂ ｕｓＰｌｕｓ是真正的即插即用網(wǎng)絡(luò)。

ｂ)Ｍｏｄｂｕｓ跨系列連接

ＭｏｄｂｕｓＰｌｕｓ使所有Ｍｏｄｉｃｏｎ模塊式控制器之間可相互連接,同時可與Ｍｏｄｃｏｎｎｅｃｔ合作伙伴生產(chǎn)的各種產(chǎn)品連接。

ｃ)高性能

以可預(yù)測的和確定的方式每秒傳遞20,000位至寄存器,并且包括全局?jǐn)?shù)據(jù)和對等數(shù)據(jù)表,使通訊建立和初始化簡便易行。

ｄ)維護(hù)容易

診斷程序和ＬＥＤ正常 故障狀態(tài)指示可使現(xiàn)場人員很快修復(fù)網(wǎng)絡(luò)故障。

ｅ)通訊編程容易

無論是簡單的984梯形邏輯ＭＳＴＲ指令或Ｃｏｎｃｅｐｔ中的ＩＥＳ1131等功能,均能較容易應(yīng)用于通訊和綜合網(wǎng)絡(luò)診斷等事件的初始化。主計算機(jī)用ＮＥＴＢＩＯＳ可兼容軟件庫實(shí)現(xiàn)ＭｏｄｂｕｓＰｌｕｓ,該庫可在主應(yīng)用程序中調(diào)用。每個ＭｏｄｂｕｓＰｌｕｓ主機(jī)接口都配有合適的軟件庫,提供給所有主要的平臺和主要的操作系統(tǒng)。其他器件如網(wǎng)絡(luò)、中繼器等使網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計與執(zhí)行更靈活。網(wǎng)絡(luò)使單個ＭｏｄｂｕｓＰｌｕｓ網(wǎng)絡(luò)能夠連在一起,從而使總的可尋址節(jié)點(diǎn)的數(shù)超過16,000,000。雙絞線中繼器可使通訊距離長達(dá)1820ｍ左右。

主控計算機(jī)與可編程控制器之間采用以太網(wǎng)接口通訊協(xié)議,與各個模擬量采集模塊之間采用ＭｏｄｂｕｓＰｌｕｓ通訊協(xié)議。ＭｏｄｂｕｓＰｌｕｓ協(xié)議是特別為滿足工業(yè)控制要求設(shè)計的主 從標(biāo)準(zhǔn)。具有通訊距離長、傳送速率高、連線少、連接容易的特點(diǎn),是工業(yè)上使用最廣泛的雙向有補(bǔ)償傳輸線標(biāo)準(zhǔn)。

3　系統(tǒng)的軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件采用組態(tài)軟件,采用ＧＥ公司的ＩＦ ｉｘ2.6ＣＰｌｕｓＳＣＡＤＡＰＡＣＫ900Ｒ Ｔ工控組態(tài)軟件,安全能力包括使用跟蹤數(shù)據(jù)輸入和報警確認(rèn)的電子簽名、一個可以使ＩＦｉｘ安全特性與操作系統(tǒng)安全特性保持同步的功能強(qiáng)大的工具、報警ＯＤＢＣ服務(wù)升級和報警一覽對象中新增的報警確認(rèn)行為;對于ＩＦｉｘ畫面,創(chuàng)建畫面向?qū)Э梢詿o縫地創(chuàng)建多畫面配置,或者使用一個已經(jīng)存在畫面的尺寸;新增的數(shù)據(jù)鏈接郵戳標(biāo)記有助于控制數(shù)據(jù)鏈接的尺寸和位置;多對象創(chuàng)建模式具有創(chuàng)建特定對象多個實(shí)例的能力;基本動畫對話框允許在同一位置訪問若干個常用的動畫專家;ＩｎｆｏＡｇ ｅｎｔ圖符可以使畫面中包含Ｗｅｂ網(wǎng)頁;交叉引用工具可以方便地確定在畫面中被使用的標(biāo)簽和使用標(biāo)簽的畫面;編輯圖符向?qū)Ш蛨D表組向?qū)ё鳛楣ぞ呖梢韵螺d,目前已經(jīng)集成在ＩＦｉｘ中;虛擬鍵盤可以用于觸摸屏環(huán)境以及使用鼠標(biāo)輸入密碼或數(shù)據(jù)的情況;新增的ＳＭ2模擬驅(qū)動器提供用于測試用途的地址矩陣。系統(tǒng)的流程如圖2。

系統(tǒng)啟動后進(jìn)行初始化操作,以確保各個部分的正常工作,隨后系統(tǒng)啟動主線程和各個通訊線程,通訊線程負(fù)責(zé)與可編程控制信號器的通訊,它實(shí)時地將外面的輸入信號與各種模擬量傳入計算機(jī),同時將計算機(jī)的輸出命令和輸出模擬量傳給可編程控制器,去控制外面的執(zhí)行機(jī)構(gòu);控制數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)實(shí)時地傳入計算機(jī);主控線程負(fù)責(zé)將來自可編程和數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,然后根據(jù)處理結(jié)果進(jìn)行輸出控制、數(shù)據(jù)顯示、故障報警,并形成歷史曲線和數(shù)據(jù)報表,供管理人員查閱和參考。

4　運(yùn)行狀況與分析

本系統(tǒng)在電廠的水凈化過程系統(tǒng)中投入實(shí)際運(yùn)行,使用以太網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集,運(yùn)行狀況良好,避免了以前的人工抄表、人工控制所帶來的一系列問題,提高了勞動生產(chǎn)力,并且為管理人員提供了可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。方案采取的有效措施有:

1)主控計算機(jī)在現(xiàn)場條件下應(yīng)具備可靠接地,要減少干擾;

2)通訊電纜應(yīng)采用屏蔽線;

3)以太網(wǎng)絡(luò)過長時應(yīng)加入中繼器,并注意網(wǎng)絡(luò)終端匹配的選擇。

5　小結(jié)

1)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)充分考慮系統(tǒng)要求和成本。在本系統(tǒng)中,若各個設(shè)備獨(dú)立地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和傳輸必將引起成本上升,而且可靠性也不易得到保證。

2)要采取合理的控制策略和控制結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場特點(diǎn),采用一級控制結(jié)構(gòu)、集散式控制系統(tǒng)和Ｍｏｄｂｕｓ總線方式,性能優(yōu)良且降低了成本。

3)系統(tǒng)在遠(yuǎn)程現(xiàn)場控制的安全等方面還需要進(jìn)一步完善。

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