網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在筆架山水廠普通快濾池的應(yīng)用

九十年代中期，國際上興起的現(xiàn)場總線技術(shù)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)與自動(dòng)化儀表系統(tǒng)相結(jié)合的成果。國際電工委員會(huì)（IEC）對現(xiàn)場總線定義為：現(xiàn)場總線是連接工業(yè)現(xiàn)場儀表與設(shè)置在控制室內(nèi)控制設(shè)備的數(shù)字化、串行、雙向、多變量、多節(jié)點(diǎn)的通信網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（Field Control System,FCS）定義為：由各種現(xiàn)場儀表通過互連與控制室內(nèi)人機(jī)界面所組成的系統(tǒng)；一個(gè)全分散、全數(shù)字化、全開放和可互操作的生產(chǎn)過程自動(dòng)控制系統(tǒng)。 目前，現(xiàn)場總線技術(shù)已經(jīng)用于過程自動(dòng)化、制造自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域的現(xiàn)場智能設(shè)備互連通信網(wǎng)絡(luò)中。作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，溝通了生產(chǎn)過程現(xiàn)場與控制設(shè)備之間的聯(lián)系外，還連接著更高控制管理層。因此，它不僅是一個(gè)基層網(wǎng)絡(luò)，而且還可構(gòu)成一種開放式、新型全分布控制系統(tǒng)，即，集智能、傳感、控制、計(jì)算機(jī)、數(shù)字通信技術(shù)于一身的控制系統(tǒng)。正由于這些特點(diǎn)，以現(xiàn)場總線作為技術(shù)支撐的FCS在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域有明顯的優(yōu)勢，如很高的精確性、設(shè)計(jì)組態(tài)簡單、擴(kuò)展安裝方便、易于維護(hù)、節(jié)省軟硬件投資等。它被公認(rèn)為第五代控制系統(tǒng)，成為當(dāng)今工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的必然趨勢。 考慮上述因素， 對筆架山水廠普通快濾池設(shè)計(jì)時(shí)，選用現(xiàn)場總線作為控制系統(tǒng)支撐技術(shù)。基于現(xiàn)場總線的筆架山水廠普通快濾池自動(dòng)控制系統(tǒng)，應(yīng)達(dá)到如下要求： ⑴ 系統(tǒng)具有較高的可靠性。 ⑵ 筆架山水廠普通快濾池設(shè)計(jì)以全自動(dòng)化，無人值守為目標(biāo)。 ⑶ 具有自動(dòng)故障診斷和故障處理功能。 ⑷ 具有遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。 ⑸ 系統(tǒng)具有較強(qiáng)的開放性，能與全廠計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)交換信息。 經(jīng)過對幾家（如MODBUS、PROFIBUS、CCLINK）現(xiàn)場總線的性能和價(jià)格認(rèn)真比較，且考慮到過去使用情況。本系統(tǒng)采用日本三菱PLC的CCLINK總線網(wǎng)絡(luò)作為支撐網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)內(nèi)控制裝置采用三菱A系列PLC和FX系列PLC 兩種，分級(jí)控制著現(xiàn)場及車間設(shè)備運(yùn)行。 CCLINK網(wǎng)絡(luò)特性圖如下： 圖一、CCLINK網(wǎng)絡(luò)特性 CCLINK具有如下特性： 1） 在同行業(yè)中最快的通信速度，在需要高速應(yīng)答時(shí)，可支持傳感器輸入及智能化設(shè)備之間進(jìn)行大量數(shù)據(jù)傳送。在100米距離內(nèi)通信速率達(dá)10MB，1200米距離通信速率也達(dá)156KB。 2） 對分散的PC（Progromme Controller）控制連網(wǎng)后進(jìn)行循環(huán)傳送，即，在主控PC與本地PC之間進(jìn)行N：N的 循環(huán)傳送。實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的全分散、全開放、互操作、互換性。 3） 可連智能設(shè)備，進(jìn)行信息傳送。 除了字?jǐn)?shù)據(jù)的循環(huán)傳送以外，CCLINK 系統(tǒng)還能與智能化設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通 信，這些設(shè)備包括顯示設(shè)備、條形碼讀寫器、測量設(shè)備以及個(gè)人電腦等。 4） 完善的RAS功能。具有自動(dòng)在線恢復(fù)、待機(jī)主控功能、切斷從站功能、確認(rèn)鏈接狀態(tài)功能及測試和診斷功能，系統(tǒng)具有高度可靠性。 5） 多廠商的開放性網(wǎng)絡(luò)具有高度的安全性。 6） 采用雙絞線組成總線網(wǎng)，節(jié)省投資，提高控制性能。 一、 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 1． 就地控制單元硬件設(shè)計(jì) 圖二、濾池就地控制單元硬件結(jié)構(gòu)圖 就地控制單元不僅具有自動(dòng)控制功能， 由于觸摸屏的使用，而具有直觀畫面監(jiān)視功能，其結(jié)構(gòu)如圖二所示。 如圖所示，單格濾池由五個(gè)閥門組成： DF進(jìn)水電磁閥、F1出水閥、F2水沖閥、F3氣沖閥、F4排水閥。由一臺(tái)FX2N PLC控制單格濾池的自動(dòng)過濾和自動(dòng)反沖洗。濾池就地控制單元即CCLINK 網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)從站，執(zhí)行三格濾池的控制過程內(nèi)部數(shù)據(jù)交換。三格濾池通過RS485網(wǎng)絡(luò)互連，這種RS485網(wǎng)絡(luò)速率為192KB、距離為50米、數(shù)據(jù)傳送量不大，但也是N`：N網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)主控PC與從站之間數(shù)據(jù)循環(huán)傳送。通過此網(wǎng)絡(luò)三格濾格的三臺(tái)FX2N PLC與觸摸屏互連。 濾池就地控制單元功能包括： ① 控制單格濾池的自動(dòng)過濾和自動(dòng)反沖洗。自動(dòng)過濾監(jiān)測濾池水位，據(jù)濾池水位的情況及時(shí)調(diào)整出水閥的開度，使濾池保持在過濾水位。當(dāng)運(yùn)行周期到或強(qiáng)沖或水頭損失以達(dá)到時(shí)，濾池進(jìn)行自動(dòng)反沖洗?？刂破鞅O(jiān)測濾池水位到達(dá)低水位，開啟排水閥，開啟氣沖閥、氣沖5分鐘，關(guān)閉氣沖閥；開啟水沖閥、水沖5分鐘、關(guān)閉水沖閥；關(guān)閉排水閥，沖洗結(jié)束。 ② 控制方式和流程的選擇。識(shí)別手動(dòng)、自動(dòng)集控（包括全自動(dòng)及觸摸監(jiān)控）方式。根據(jù)實(shí)際情況選擇氣水沖洗和單純水沖流程。 ③ 保護(hù)功能。當(dāng)濾池水位高于最高水位時(shí)，自動(dòng)停止進(jìn)水，開大出水閥。給出報(bào)警提示。當(dāng)濾池水位高于超高水位時(shí)，除上述操作外，自動(dòng)關(guān)閉出水閥。 ④ 故障檢測和診斷。檢測閥門在規(guī)定時(shí)限內(nèi)是否到位，進(jìn)行檢錯(cuò)分析，為可靠性控制提供依據(jù)。 ⑤ 動(dòng)畫監(jiān)視。以動(dòng)畫形式實(shí)時(shí)顯示濾池各個(gè)閥門開關(guān)狀態(tài)、到位情況、故障發(fā)生情況等；顯示各個(gè)濾格狀態(tài)（包括正常過濾、沖洗、觸摸屏狀態(tài)、手動(dòng)控制等）；顯示風(fēng)機(jī)水泵運(yùn)行及故障情況；實(shí)時(shí)顯示水位值。 ⑥ 實(shí)時(shí)操作。包括濾格狀態(tài)（全自動(dòng)/觸摸監(jiān)控方式）選擇；故障復(fù)位；在觸摸監(jiān)控方式下對濾池各個(gè)閥門進(jìn)行開關(guān)控制。 ⑦ 遠(yuǎn)程操作。在觸摸屏上可執(zhí)行對兩臺(tái)風(fēng)機(jī)及兩臺(tái)反沖泵的直接啟/?？刂?。 2． 集控主站硬件設(shè)計(jì) 集控主站放置于車間的值班室內(nèi)，由A系列PLC 作為主控制器。其硬件結(jié)構(gòu)圖如圖三所示。 圖三、濾池集控主站硬件結(jié)構(gòu)圖 濾池集控主站管理CCLINK網(wǎng)絡(luò)上八個(gè)從站（每個(gè)從站監(jiān)控三個(gè)濾池）共對24個(gè)濾池的1100點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和交換；監(jiān)控兩臺(tái)風(fēng)機(jī)、兩臺(tái)反沖泵運(yùn)行；對關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并上送到廠級(jí)站 。濾池集控主站的功能有： ① 動(dòng)畫監(jiān)視。以動(dòng)畫形式實(shí)時(shí)顯示24格濾池各個(gè)閥門開關(guān)狀態(tài)、到位情況、故障發(fā)生情況等；顯示各個(gè)濾格狀態(tài)（包括正常過濾、沖洗、觸摸屏狀態(tài)、手動(dòng)控制等）；顯示風(fēng)機(jī)水泵運(yùn)行及故障情況；實(shí)時(shí)顯示水位值及1小時(shí)內(nèi)濾格水位變化趨勢。 ② 監(jiān)控兩臺(tái)風(fēng)機(jī)、兩臺(tái)反沖泵運(yùn)行。對風(fēng)機(jī)變頻器進(jìn)行選擇、變頻器頻率設(shè)置。 ③ 實(shí)時(shí)操作。執(zhí)行對濾池進(jìn)行強(qiáng)沖；排水閥、氣沖閥、水沖閥的統(tǒng)一管理（同一時(shí)刻只能打開一個(gè)閥門）。 ④ 流程的選擇。根據(jù)實(shí)際情況選擇氣水沖洗和單純水沖流程。 ⑤ 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的顯示。以數(shù)字和曲線形式實(shí)時(shí)顯示24格濾池的水位及1小時(shí)內(nèi)水位走勢；以數(shù)字和矩形圖形式實(shí)時(shí)顯示24格濾池的運(yùn)行時(shí)間。 ⑥ 歷史數(shù)據(jù)查詢。觸摸屏可存儲(chǔ)三千條記錄（保持三個(gè)月的運(yùn)行參數(shù)不刷新）。記錄包括：24個(gè)濾池沖洗發(fā)生時(shí)間結(jié)束時(shí)間；濾池所處狀態(tài)（全自動(dòng)/觸摸監(jiān)控）；24格濾池各個(gè)閥門故障發(fā)生時(shí)間等。 ⑦ 故障查詢。當(dāng)濾格閥門故障報(bào)警發(fā)生時(shí)，用戶查看具體的故障類型、位置和發(fā)生時(shí)間。 ⑧ 參數(shù)設(shè)置。可對濾池運(yùn)行時(shí)間、運(yùn)行水位；濾池水沖時(shí)間、氣沖時(shí)間；閥門開關(guān)時(shí)限；啟動(dòng)反沖泵臺(tái)數(shù)；風(fēng)機(jī)變頻器選擇等，通過人機(jī)對話方式由技術(shù)人員設(shè)置，此功能只能通過密碼進(jìn)入。 二、 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 1、濾池集控主站軟件設(shè)計(jì) 濾池集控主站其結(jié)構(gòu)圖如下： 圖四、濾池集控主站軟件結(jié)構(gòu)圖 主站軟件包括24格濾池排隊(duì)沖洗、CCLINK網(wǎng)絡(luò)管理、兩臺(tái)風(fēng)機(jī)監(jiān)控、兩臺(tái)反沖泵監(jiān)控、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測、故障診斷報(bào)警、與廠站通信等。 2、濾池就地控制單元軟件設(shè)計(jì) 圖五、濾池就地控制軟件結(jié)構(gòu)圖 濾池就地控制單元包括：單格濾池控制、C網(wǎng)絡(luò)管理（CCLINK網(wǎng)絡(luò)）、R網(wǎng)絡(luò)管理（RS485網(wǎng)絡(luò)）、人機(jī)界面、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、故障診斷、風(fēng)機(jī)及反沖泵監(jiān)控等功能。 單格濾池控制執(zhí)行自動(dòng)過濾監(jiān)測濾池水位，根據(jù)濾池水位的情況及時(shí)調(diào)整出水閥的開度，使濾池保持在過濾水位。當(dāng)運(yùn)行周期到或強(qiáng)沖或水頭損失以達(dá)到時(shí)，濾池進(jìn)行自動(dòng)反沖洗。單格濾池控制軟件流程如圖六所示。 三、 系統(tǒng)運(yùn)行 筆架山水廠普通快濾池系統(tǒng)在投入運(yùn)行五個(gè)月來，一直穩(wěn)定可靠。見圖七及圖八所示濾池車間改造前后濾池控制柜比較。濾池水質(zhì)也有所提高，且運(yùn)行周期比過去延長50%。工人的勞動(dòng)強(qiáng)度得到大幅降低，激發(fā)工人強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)興趣。系統(tǒng)的自診斷功能充分發(fā)揮作用，設(shè)備的維護(hù)率得到了很大提高?；旧夏軐?shí)現(xiàn)無人值守。 四、 結(jié)束語 現(xiàn)場總線技術(shù)，這種網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)滲透于自動(dòng)控制儀表和系統(tǒng)中的結(jié)果。在自動(dòng)控制領(lǐng)域已經(jīng)得到越來越多的應(yīng)用，毋庸置疑，該技術(shù)具有廣大前景。 圖六 單格濾池控制流程圖 圖七 改造前濾池控制柜 圖八 改造后濾池控制柜