網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在水廠普通快濾池的應(yīng)用
時間:2008-06-30 10:35:00來源:fenghy
導(dǎo)語:?現(xiàn)場總線技術(shù)已經(jīng)用于過程自動化、制造自動化、樓宇自動化等領(lǐng)域的現(xiàn)場智能設(shè)備互連通信網(wǎng)絡(luò)中。
九十年代中期,國際上興起的現(xiàn)場總線技術(shù)是計算機網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)與自動化儀表系統(tǒng)相結(jié)合的成果。國際電工委員會(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)點的通信網(wǎng)絡(luò)?,F(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)人機界面所組成的系統(tǒng);一個全分散、全數(shù)字化、全開放和可互操作的生產(chǎn)過程自動控制系統(tǒng)。
目前,現(xiàn)場總線技術(shù)已經(jīng)用于過程自動化、制造自動化、樓宇自動化等領(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、計算機、數(shù)字通信技術(shù)于一身的控制系統(tǒng)。正由于這些特點,以現(xiàn)場總線作為技術(shù)支撐的FCS在工業(yè)自動化領(lǐng)域有明顯的優(yōu)勢,如很高的精確性、設(shè)計組態(tài)簡單、擴展安裝方便、易于維護、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)計時,選用現(xiàn)場總線作為控制系統(tǒng)支撐技術(shù)?;诂F(xiàn)場總線的筆架山水廠普通快濾池自動控制系統(tǒng),應(yīng)達到如下要求:
?、拧∠到y(tǒng)具有較高的可靠性。
?、啤」P架山水廠普通快濾池設(shè)計以全自動化,無人值守為目標(biāo)。
?、恰【哂凶詣庸收显\斷和故障處理功能。
?、取【哂羞h程監(jiān)控功能。
?、伞∠到y(tǒng)具有較強的開放性,能與全廠計算機控制系統(tǒng)實時交換信息。
經(jīng)過對幾家(如MODBUS、PROFIBUS、CCLINK)現(xiàn)場總線的性能和價格認(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,分級控制著現(xiàn)場及車間設(shè)備運行。
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,可支持傳感器輸入及智能化設(shè)備之間進行大量數(shù)據(jù)傳送。在100米距離內(nèi)通信速率達10MB,1200米距離通信速率也達156KB。
2) 對分散的PC(Progromme Controller)控制連網(wǎng)后進行循環(huán)傳送,即,在主控PC與本地PC之間進行N:N的 循環(huán)傳送。實現(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)備以及個人電腦等。
4) 完善的RAS功能。具有自動在線恢復(fù)、待機主控功能、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
1. 就地控制單元硬件設(shè)計
就地控制單元不僅具有自動控制功能, 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,單格濾池由五個閥門組成: DF進水電磁閥、F1出水閥、F2水沖閥、F3氣沖閥、F4排水閥。由一臺FX2N PLC控制單格濾池的自動過濾和自動反沖洗。濾池就地控制單元即CCLINK 網(wǎng)絡(luò)的一個從站,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),可實現(xiàn)主控PC與從站PC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FX2N PLC與觸摸屏互連。
濾池就地控制單元功能包括:
?、? 控制單格濾池的自動過濾和自動反沖洗。自動過濾監(jiān)測濾池水位,據(jù)濾池水位的情況及時調(diào)整出水閥的開度,使濾池保持在過濾水位。當(dāng)運行周期到或強沖或水頭損失以達到時,濾池進行自動反沖洗??刂破鞅O(jiān)測濾池水位到達低水位,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。識別手動、自動集控(包括全自動及觸摸監(jiān)控)方式。根據(jù)實際情況選擇氣水沖洗和單純水沖流程。
③ 保護功能。當(dāng)濾池水位高于最高水位時,自動停止進水,開大出水閥。給出報警提示。當(dāng)濾池水位高于超高水位時,除上述操作外,自動關(guān)閉出水閥。
?、?故障檢測和診斷。檢測閥門在規(guī)定時限內(nèi)是否到位,進行檢錯分析,為可靠性控制提供依據(jù)。
?、?動畫監(jiān)視。以動畫形式實時顯示濾池各個閥門開關(guān)狀態(tài)、到位情況、故障發(fā)生情況等;顯示各個濾格狀態(tài)(包括正常過濾、沖洗、觸摸屏狀態(tài)、手動控制等);顯示風(fēng)機水泵運行及故障情況;實時顯示水位值。
⑥ 實時操作。包括濾格狀態(tài)(全自動/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閥門進行開關(guān)控制。
?、?遠程操作。在觸摸屏上可執(zhí)行對兩臺風(fēng)機及兩臺反沖泵的直接啟/??刂啤?
2. 集控主站硬件設(shè)計
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。
濾池集控主站管理CCLINK網(wǎng)絡(luò)上八個從站(每個從站監(jiān)控三個濾池)共對24個濾池的1100點數(shù)據(jù)進行處理和交換;監(jiān)控兩臺風(fēng)機、兩臺反沖泵運行;對關(guān)鍵數(shù)據(jù)進行處理并上送到廠級站 。濾池集控主站的功能有:
① 動畫監(jiān)視。以動畫形式實時顯示24格濾池各個閥門開關(guān)狀態(tài)、到位情況、故障發(fā)生情況等;顯示各個濾格狀態(tài)(包括正常過濾、沖洗、觸摸屏狀態(tài)、手動控制等);顯示風(fēng)機水泵運行及故障情況;實時顯示水位值及1小時內(nèi)濾格水位變化趨勢。
?、?監(jiān)控兩臺風(fēng)機、兩臺反沖泵運行。對風(fēng)機變頻器進行選擇、變頻器頻率設(shè)置。
③ 實時操作。執(zhí)行對濾池進行強沖;排水閥、氣沖閥、水沖閥的統(tǒng)一管理(同一時刻只能打開一個閥門)。
④ 流程的選擇。根據(jù)實際情況選擇氣水沖洗和單純水沖流程。
?、?實時數(shù)據(jù)的顯示。以數(shù)字和曲線形式實時顯示24格濾池的水位及1小時內(nèi)水位走勢;以數(shù)字和矩形圖形式實時顯示24格濾池的運行時間。
?、?歷史數(shù)據(jù)查詢。觸摸屏可存儲三千條記錄(保持三個月的運行參數(shù)不刷新)。記錄包括:24個濾池沖洗發(fā)生時間結(jié)束時間;濾池所處狀態(tài)(全自動/觸摸監(jiān)控);24格濾池各個閥門故障發(fā)生時間等。
?、?故障查詢。當(dāng)濾格閥門故障報警發(fā)生時,用戶查看具體的故障類型、位置和發(fā)生時間。
⑧ 參數(shù)設(shè)置??蓪V池運行時間、運行水位;濾池水沖時間、氣沖時間;閥門開關(guān)時限;啟動反沖泵臺數(shù);風(fēng)機變頻器選擇等,通過人機對話方式由技術(shù)人員設(shè)置,此功能只能通過密碼進入。
二、 系統(tǒng)軟件設(shè)計
1、濾池集控主站軟件設(shè)計
濾池集控主站其結(jié)構(gòu)圖如下:
主站軟件包括24格濾池排隊沖洗、CCLINK網(wǎng)絡(luò)管理、兩臺風(fēng)機監(jiān)控、兩臺反沖泵監(jiān)控、實時數(shù)據(jù)監(jiān)測、故障診斷報警、與廠站通信等。
2、濾池就地控制單元軟件設(shè)計
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))、人機界面、實時數(shù)據(jù)、故障診斷、風(fēng)機及反沖泵監(jiān)控等功能。
單格濾池控制執(zhí)行自動過濾監(jiān)測濾池水位,根據(jù)濾池水位的情況及時調(diào)整出水閥的開度,使濾池保持在過濾水位。當(dāng)運行周期到或強沖或水頭損失以達到時,濾池進行自動反沖洗。單格濾池控制軟件流程如圖六所示。
三、 系統(tǒng)運行
筆架山水廠普通快濾池系統(tǒng)在投入運行五個月來,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,且運行周期比過去延長50%。工人的勞動強度得到大幅降低,激發(fā)工人強烈的學(xué)習(xí)興趣。系統(tǒng)的自診斷功能充分發(fā)揮作用,設(shè)備的維護率得到了很大提高?;旧夏軐崿F(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)滲透于自動控制儀表和系統(tǒng)中的結(jié)果。在自動控制領(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。
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