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現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在水廠(chǎng)自動(dòng)化控制系統中的應用
作者：
時(shí)間：2012-11-16
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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2 水廠(chǎng)自動(dòng)化控制系統
為了實(shí)現水廠(chǎng)的高度自動(dòng)化，實(shí)現各生產(chǎn)現場(chǎng)的無(wú)人值守，整個(gè)水廠(chǎng)在正常情況下可以無(wú)人干預運行，在中央控制室即可實(shí)現運行參數的監視及控制。利用先進(jìn)成熟的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)構成水廠(chǎng)的自控網(wǎng)絡(luò )：
（1）采用10/100兆工業(yè)以太網(wǎng)作為主網(wǎng)絡(luò )；
（2）采用光纖網(wǎng)絡(luò )通訊媒體并構成光線(xiàn)環(huán)網(wǎng)，使之具有冗余功能；
（3）采用全雙工的光交換機，構成全雙工光纖以太網(wǎng)環(huán)；
（4）配有以太網(wǎng)通訊模塊的PLC可直接鏈入光纖以太網(wǎng)中，成為以太網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)；
（5）選擇具有智能I/O現場(chǎng)總線(xiàn)通訊功能的PLC作為現場(chǎng)控制器。
由圖2可知，該自控網(wǎng)絡(luò )屬于光纖以太網(wǎng)與現場(chǎng)總線(xiàn)相結合的多層網(wǎng)絡(luò )，主控制層為10/100兆全雙工光纖工業(yè)以太網(wǎng)；網(wǎng)絡(luò )中所有的PLC控制器、PC機和光交換機均遵循TCP/IP協(xié)議。
2.1 水廠(chǎng)控制系統的組成
整個(gè)水廠(chǎng)共設深井站、加藥站、送水站、加壓站四個(gè)PLC子站及一個(gè)中央控制室。各PLC子站及中央控制室皆為高速工業(yè)以太網(wǎng)的節點(diǎn)，它們之間可以通過(guò)以太網(wǎng)交換數據，光纖環(huán)網(wǎng)的冗余功能保證了以太網(wǎng)通訊的可靠性。通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)，中央控制室可以向各PLC站下達控制指令、修改系統運行參數、讀取現場(chǎng)數據等；也可以實(shí)現各PLC站之間的數據傳送。
現場(chǎng)層是PLC的智能I/O現場(chǎng)總線(xiàn)。各PLC站與某些現場(chǎng)設備如高壓電機控制柜的多功能保護器之間以PROFIBUS總線(xiàn)通訊連接；現場(chǎng)的觸摸操作屏之間以MPI通訊連接。通過(guò)下層現場(chǎng)總線(xiàn)，PLC站向連接在總線(xiàn)上的設備發(fā)送控制命令、讀取設備數據。
2.2 中央控制室的系統組成
中央控制室配有監控操作計算機、打印機、UPS等設備，其中監控操作計算機時(shí)中央控制室的主體。所有設備通過(guò)自身安裝的以太網(wǎng)網(wǎng)卡以及一臺光交換機接入工業(yè)以太網(wǎng)與各PLC現場(chǎng)控制站相連。在監控操作計算機上裝有WinCC組態(tài)軟件，在WinCC的基礎上做進(jìn)一步的組態(tài)開(kāi)發(fā)，完成水廠(chǎng)數據的技術(shù)統計和系統的控制，為操作員提供人機界面，用于下達操作和控制指令等。
通過(guò)上述配置，調度人員能及時(shí)掌握為實(shí)現水廠(chǎng)優(yōu)化管理而需要的各管理對象的狀態(tài)和控制參數，并能把所有的數據整理存檔，以便繪制曲線(xiàn)、打印報表和歷史查詢(xún)使用。
2.3 PLC站系統的組成
各PLC站均有一個(gè)電源模塊、一個(gè)CPU模塊、一個(gè)以太網(wǎng)通訊模塊、若干個(gè)模擬量輸入輸出模塊和若干個(gè)數字量輸入輸出模塊組成。
其中電源模塊負責向其它模塊提供直流電源；各輸入輸出模塊同現場(chǎng)設備直接相連；PLC站的數字量輸入模塊采集現場(chǎng)的閥門(mén)狀態(tài)、水位開(kāi)關(guān)狀態(tài)、設備運行與否等信號；數字量輸出模塊將PLC的控制命令開(kāi)閥門(mén)、關(guān)閥門(mén)、啟動(dòng)設備、停止設備等信號送到現場(chǎng)設備；模擬量輸入模塊采集電機軸承溫度、原水濁度、出水濁度、液位信息等等；模擬量輸出模塊控制變頻器輸出頻率等。
CPU模塊的NPI接口同現場(chǎng)的觸摸操作屏相連，構成MPI連接，操作人員可以通過(guò)現場(chǎng)的觸摸操作屏監控設備的運行。CPU模塊的接口同現場(chǎng)的PLC從站及高壓電機柜的多功能保護器相連構成總線(xiàn)。CPU通過(guò)總線(xiàn)獲得各水泵電機的運行數據并發(fā)送控制指令。
以太網(wǎng)通訊模塊通過(guò)光交換模塊使PLC站接入工業(yè)以太網(wǎng)，實(shí)現各PLC站及中央控制室間的數據通訊，使得中央控制室可以監控現場(chǎng)設備的運行及各PLC站之間的聯(lián)控。
3 控制系統軟件設計思想
控制系統軟件設計采用模塊化設計方法進(jìn)行，根據控制系統功能，將程序分為如下幾個(gè)模塊：信息采集模塊和顯示模塊，主要負擔顯示信息和切換控制系統功能的任務(wù)；通訊模塊，主要負擔主從機間信息交換任務(wù)；控制模塊和打印模塊，主要負擔信息、報表等的打印。串行通訊程序由上位機通訊程序和下位機通訊程序組成。上下位機通訊程序密切配合、協(xié)調一致，共同完成兩者之間的通訊。
4 結束語(yǔ)
現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)和工業(yè)以太網(wǎng)通訊技術(shù)的發(fā)展和成熟給工業(yè)控制領(lǐng)域帶來(lái)了巨大變革，基于現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的水廠(chǎng)自動(dòng)化控制系統在開(kāi)放性、分散性、可靠性和安全性等方面有很大進(jìn)步。
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