基于現(xiàn)場總線技術(shù)的水廠水處理網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)
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現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)層傳遞的是實(shí)時數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量少，但實(shí)時性強(qiáng)。所以，現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)選用PROFIBUS。
主控PLC之間可以通過PROFIBUS-FMS互連，同時也與以太網(wǎng)互連，主控PLC與分控PLC控制單元通過PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線相連。各分控PLC可以獨(dú)立工作。采用PROFIBUS-DP能使分控PLC、變頻器、軟啟動器、各種智能傳感器和外圍I/O設(shè)備等同主控PLC或計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)。PROFIBUS-FMS用于現(xiàn)場控制單元網(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)場設(shè)備，如變頻器、軟啟動器等實(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、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，完成對水生產(chǎn)工藝過程的重要工位進(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臺格柵機(jī)，由一臺輸入點(diǎn)數(shù)為32、輸出點(diǎn)數(shù)為16的SIEMENS S7-300PLC來控制，控制方式有自動和手動。在自動方式下，系統(tǒng)根據(jù)PLC中設(shè)定的定時值以及格柵前后水位差來自動控制格柵機(jī)的動作。吸砂機(jī)的工作狀態(tài)也由PLC檢測和控制。沉淀池PLC根據(jù)水濁度高低，設(shè)定吸泥機(jī)運(yùn)行周期時間和運(yùn)行方式，濁度高時，雙程吸泥，運(yùn)行時間長；濁度低時，單程吸泥，運(yùn)行時間短。
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，選用一臺輸入點(diǎn)數(shù)為192、輸出點(diǎn)數(shù)為192的SIEMENS S7-400 PLC來控制。
投藥間有混凝劑加計量泵8臺，助凝劑投加計量泵8臺。每臺計量泵均用一臺交流變頻調(diào)速器驅(qū)動，兩種投加計量均為6臺工作、2臺備用。6臺計量泵對應(yīng)6組反應(yīng)池，一對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)，它是一個大延時強(qiáng)耦合的非線性系統(tǒng)，在技術(shù)上有一定難度。我們設(shè)計了自學(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)改變計量泵的頻率和沖程，以此控制計量泵的頻率和沖程，以此控制計量泵投藥量的大小，控制效果較好。加氯間有7臺真空式V型槽加氯機(jī)，其中4臺負(fù)責(zé)進(jìn)水管處的前加氯，其余3臺加氯機(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臺工作，1臺備用），向2個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、漏氣報警和安全控制等任務(wù)。
３、濾池控制
濾池控制是水廠自動控制系統(tǒng)中最主要的控制環(huán)節(jié)，按其過程可以分為過濾過程控制和反沖過程控制。由于濾池個數(shù)多且每個濾池I/O點(diǎn)數(shù)較少，選用25臺輸入輸出點(diǎn)數(shù)均為16的SIEMENS S7-300 PLC來控制。在過濾過程中，各濾池的PLC能根據(jù)對應(yīng)濾池的水位、阻塞值以及運(yùn)行時間自動調(diào)節(jié)各凈水閥開啟度并使各濾池水位保持恒定。當(dāng)阻塞值或?yàn)V池運(yùn)行時間超設(shè)定值時，濾池PLC向反沖洗PLC發(fā)出反沖洗請求，當(dāng)請求被允許之后，濾池進(jìn)入反沖洗過程。在反中洗過程中，反沖洗PLC需要控制反沖洗水的流量、反沖洗氣的壓力，并與對應(yīng)濾池PLC配合控制反沖洗時間、漂洗時間以及反沖洗過程中有關(guān)閥門的開啟與關(guān)閉。
４、水泵群控制
制作好的凈水要通過水泵輸入到水管道中。出水泵房共有8臺容量大小不等的水泵。系統(tǒng)用了一臺輸入點(diǎn)數(shù)為48、輸出點(diǎn)數(shù)為16的SIEMENS S7-300 PLC來控制。根據(jù)管網(wǎng)壓力和生產(chǎn)調(diào)度的要求系統(tǒng)能自動完成開泵和關(guān)泵過程。由于在開閥或關(guān)閥時，管網(wǎng)壓力會突然變大或變小，為了避免因此而造成的誤動作，系統(tǒng)設(shè)計時，對開閥或關(guān)閥指令進(jìn)行記憶，在一定時間內(nèi)系統(tǒng)自動停止開關(guān)閥門，等到管網(wǎng)壓力穩(wěn)定后自動繼續(xù)開關(guān)閥門。同時，系統(tǒng)對閥門、機(jī)械、電路等多種故障具有監(jiān)控報警功能。
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)是造價低、功能強(qiáng)、結(jié)構(gòu)靈活實(shí)用、可靠性高、安裝調(diào)試簡單且開發(fā)和維護(hù)費(fèi)用低，根據(jù)不同的現(xiàn)場情況與用戶要求，系統(tǒng)可以擴(kuò)展為不同的模式。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)、自動控制系統(tǒng)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的有效無縫集成，從本質(zhì)上完成現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場設(shè)備互連、通信線供電、統(tǒng)一組態(tài)、開放式互連網(wǎng)絡(luò)等功能。
現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)將為工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)的全面自動化和遠(yuǎn)程控制提供強(qiáng)大的基礎(chǔ)。
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