水廠(chǎng)全分布式管控一體化網(wǎng)絡(luò )前端測控系統的設計與實(shí)現

摘要：目前，國內大多數自來(lái)水廠(chǎng)采用的是一種基于PLC的集散式(DCS，Distributed Control System)控制模式。文中介紹的是基于現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)(FCS，Fieldbus Control System)的管控一體化網(wǎng)絡(luò )前端測控系統的設計與實(shí)現，是一種真正意義上的全分布式管控一體化網(wǎng)絡(luò )的前端配置方案。
關(guān)鍵詞：現場(chǎng)總線(xiàn)；管控一體化網(wǎng)絡(luò )；LonWorks；全分布式

針對水廠(chǎng)的生產(chǎn)流程，文中所講到的全分布式管控一體化網(wǎng)絡(luò )采用的是一種混合網(wǎng)絡(luò )拓撲結構?，F場(chǎng)設備由智能節點(diǎn)通過(guò)雙絞線(xiàn)連接到LonWarkes總線(xiàn)網(wǎng)段上，總線(xiàn)網(wǎng)段再通過(guò)網(wǎng)絡(luò )接口設備連接到Internet／Intranet上，實(shí)現水廠(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò )與信息網(wǎng)絡(luò )一體化?？傮w結構如圖1所示，上位機負責監控整個(gè)水廠(chǎng)現場(chǎng)生產(chǎn)情況，實(shí)現現場(chǎng)數據處理、信息存儲、報警、遠程控制等功能；網(wǎng)絡(luò )適配器PCNSS負責數據的上傳下
達，可把控制網(wǎng)絡(luò )的數據上傳到上位機，也可以把上位機的控制命令下發(fā)到控制網(wǎng)絡(luò )。也可以使用i．Lon100把上位機和前端現場(chǎng)控制網(wǎng)連接起來(lái)。i．Lon100既可以作為高性能的網(wǎng)絡(luò )接口，又可以作為底層節點(diǎn)開(kāi)發(fā)工具。另外，i．Lon100還提供進(jìn)程分配、數據記錄、信號傳送、信號檢測及報警等功能，既是路由器又是符合工業(yè)標準的Web服務(wù)器，可把LonWorks網(wǎng)絡(luò )上的智能設備連接起來(lái)，供Internet上的用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)。這里，通過(guò)組態(tài)軟件CentruyStar及服務(wù)器LNS DDEServer／iLon100構建上層監控平臺，實(shí)現控制與管理的集成以及遠程監控。底層通過(guò)LON網(wǎng)連接各智能節點(diǎn)、變送器、執行機構，實(shí)現現場(chǎng)數據(如液位、溫度、壓力、流量等)采集與控制；遠程計算機通過(guò)Internet實(shí)現現場(chǎng)組態(tài)畫(huà)面的Web頁(yè)發(fā)布，授權用戶(hù)可通過(guò)瀏覽器在線(xiàn)瀏覽監控。

1 前端測控系統的設計與實(shí)現
如圖1所示，在底層，也就是前端測控現場(chǎng)，通過(guò)LonWorks中的LonMaker組建底層控制網(wǎng)LON(Local Operation Network)，利用NodeBu ilder編寫(xiě)智能節點(diǎn)應用程序，以網(wǎng)絡(luò )變量實(shí)現LON網(wǎng)絡(luò )上的通信。圖中使用LON通用智能節點(diǎn)與各測試設備和控制裝置連接，向上與i．Lon 100連接。

智能節點(diǎn)使用的是一種基于LonWorks控制網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的HLC-1回路控制器，它不僅能實(shí)現數據采集與處理，完成控制等功能，還提供通信接口，以公共協(xié)議進(jìn)行通信，內設12位A／D轉換器，可對4路模擬信號進(jìn)行轉換，輸入信號0～5 V或4～20 mA，即4通道模擬信號輸入；內設12位D／A轉換器，可對2路數字量信號進(jìn)行轉換，輸出信號0～5 V或4～20 mA、即2通道模擬量輸出；另外還有2通道數字量(觸點(diǎn)或電平)輸入及2通道開(kāi)關(guān)量輸出；還能實(shí)現2通道變量實(shí)現PID調節。在安裝完成后，HLC-1回路控制器不僅可以實(shí)時(shí)接收上位機的控制命令，實(shí)現對前端執行機構的控制，還可脫離上層管理系統，自行完成數據采集處理及前端設備運行調控。
在前端，根據受控對象的不同選用的設備有可編程控制器(PLC)、FRENIC5000G／P11S變頻器、網(wǎng)絡(luò )適配器等?？删幊炭刂破?，比如S7-200 CPU224XP CN，本身就具有很強的編程控制能力，因此可順利完成前端的監控功能。網(wǎng)絡(luò )適配器選用的是PCLTA-10，可插在PC機的擴展槽上，作為一個(gè)特殊的智能接口設備，既能與所有和總線(xiàn)掛接的現場(chǎng)智能節點(diǎn)進(jìn)行對等雙向通信，又能快速實(shí)現復雜的數據處理和高級監控功能，在PC機與現場(chǎng)智能節點(diǎn)之間起到“上傳下達”的紐帶作用。
前端變送器與執行機構的選用，是基于水廠(chǎng)生產(chǎn)控制流程。所要采集的數據有液位、pH值、溫度、壓力、流量、余氯和泥土界面等。因此所使用的測試儀和變送器有超聲液位計、pH測量?jì)x、溫度變送器、壓力變送器、電磁流量計、余氯分析儀、泥土界面儀、濁度儀、漏氯報警儀等。采用的控制有電機變頻調速、加氯與投藥泵計量、電磁閥開(kāi)啟度控制等?，F場(chǎng)執行裝置有調頻電機、電磁閥、繼電器等。系統運行時(shí)，整體構成閉環(huán)控制系統，自動(dòng)運行，自動(dòng)調節。管理人員也可從監控計算機發(fā)出指令，控制前端執行機構。