摘要：本文介紹Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)在凈環(huán)水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用。詳細(xì)描述了控制系統(tǒng)的硬件配置、軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)功能，滿足了生產(chǎn)的需要。實(shí)踐證明，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。

關(guān)鍵詞：Profibus-DP硬件軟件功能

Abstract：TheapplicationofProfibus-DPinwatertreatmentcontrolsystemisintroduced,emphaticallydissertatedamethodofS7-300PLCsystemofapplication,hardwareconfiguration、softwareconfigurationandfunction.

Keywords:Profibus-DPhardwaresoftwarefunction

1前言

凈環(huán)水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)是某鋼廠連續(xù)熱鍍鋅及彩涂工程的供水系統(tǒng)。對(duì)水處理進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)控制，是提高水處理效率、降低能耗的關(guān)鍵。采用以PLC為核心的工藝過程自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)所有泵、閥實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控，對(duì)曝氣設(shè)備、排水設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行編程控制。根據(jù)工藝可以實(shí)時(shí)控制冷卻塔風(fēng)機(jī)、水泵、電動(dòng)閥等設(shè)備。使水的流量、溫度滿足工業(yè)用水要求，以達(dá)到自動(dòng)控制水處理過程的目的。

2系統(tǒng)描述

本系統(tǒng)有4個(gè)控制站：凈環(huán)泵站、鍍鋅爐子冷卻回水提升泵站、彩板冷卻回水提升泵站和雨污水泵站。其系統(tǒng)工藝流程圖如圖1所示。

圖1系統(tǒng)工藝流程圖

3控制系統(tǒng)硬件組成

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要部分及其功能分述如下。

圖2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

（1）Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)

PROFIBUS根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)可分為PROFIBUS-DP，PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-PA三個(gè)兼容版本。

PROFIBUS-DP：經(jīng)過優(yōu)化的高速、廉價(jià)的通信連接，專為自動(dòng)控制系統(tǒng)和設(shè)備級(jí)分散I/O之間通信設(shè)計(jì)，使用PROFIBUS-DP模塊可取代價(jià)格昂貴的24V或0～20mA并行信號(hào)線，用于分布式控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸。凈環(huán)泵站、鍍鋅爐子冷卻回水提升泵站、彩板冷卻回水提升泵站和雨污水泵站通過Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)連接，凈環(huán)泵站是2#站，鍍鋅爐子冷卻回水提升泵站是3#站，彩板冷卻回水提升泵站是4#站，雨污水泵站是5#站。

(2)PLC控制系統(tǒng)

根據(jù)裝置工作需要，選用性價(jià)比較高的西門子公司的S7-300系列可編程控制器來構(gòu)建控制系統(tǒng)。凈環(huán)泵站PLC和雨污水泵站PLC中CPU采用CPU315-2DP，并且凈環(huán)泵站PLC帶有兩個(gè)擴(kuò)展機(jī)架，彩板冷卻回水提升泵站PLC和爐子冷卻回水提升泵站PLC中CPU采用CPU313C-2DP。該四套系統(tǒng)之間的通訊方式采用Profibus-DP網(wǎng)連接。PLC系統(tǒng)硬件配置圖如圖3所示。

圖3PLC系統(tǒng)硬件配置圖

（3）監(jiān)控站

監(jiān)控站選用西門子工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和高性能工業(yè)監(jiān)控軟件WinCC（視窗控制中心），完成整個(gè)系統(tǒng)的工藝流程、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的顯示和監(jiān)控、實(shí)現(xiàn)曲線的顯示、歷史數(shù)據(jù)的保存、權(quán)限管理、操作查詢、報(bào)警、打印等功能。其中一個(gè)上位機(jī)用以監(jiān)控凈環(huán)水泵站、鍍鋅爐子冷卻回水提升泵站和彩板冷卻回水提升泵站的生產(chǎn)工藝過程，另一個(gè)用來監(jiān)控雨污水泵站的生產(chǎn)，同時(shí)兩臺(tái)上位機(jī)互為備用，提高系統(tǒng)的可靠性。

(4)儀表系統(tǒng)

儀表系統(tǒng)由變送器、配電器、隔離器、調(diào)節(jié)器和執(zhí)行器等構(gòu)成，主要完成流量、壓力信號(hào)的獲取和閥門的控制執(zhí)行，調(diào)節(jié)器作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的備用控制手段，當(dāng)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，可以變成手動(dòng)方式控制。

4自動(dòng)化軟件設(shè)計(jì)

凈環(huán)水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)的軟件包括上位機(jī)、下位機(jī)設(shè)計(jì)兩部分。

4.1上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是：具有與多臺(tái)下位機(jī)系統(tǒng)通訊的能力，實(shí)時(shí)監(jiān)控多臺(tái)下位機(jī)的工作狀態(tài)，實(shí)時(shí)顯示生產(chǎn)過程中的工作曲線；具有遠(yuǎn)程控制能力；向下位機(jī)采集數(shù)據(jù)，對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、查詢、顯示、打印等。

在一個(gè)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)中，投入運(yùn)行的監(jiān)控組態(tài)軟件是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集處理中心、遠(yuǎn)程監(jiān)視中心和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)中心。處于運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控組態(tài)軟件，與各種控制、檢測(cè)設(shè)備（如PLC、智能儀表等）共同構(gòu)成快速響應(yīng)/控制中心。

選用西門子公司W(wǎng)inCC組態(tài)軟件，它具有控制自動(dòng)化過程的強(qiáng)大功能，是基于個(gè)人計(jì)算機(jī)，同時(shí)具有極高性價(jià)比的SCADA級(jí)的操作監(jiān)控系統(tǒng)。

為保證工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的穩(wěn)定，上位機(jī)采用Windows2000操作系統(tǒng)，編程平臺(tái)為WinCC。上位機(jī)實(shí)現(xiàn)的功能如下：數(shù)字顯示流量、壓力、溫度、液位，顯示各設(shè)備的啟動(dòng)、停止、運(yùn)行、故障等狀態(tài)；啟動(dòng)時(shí)，設(shè)備按鈕為綠色，正常時(shí)為紅色，故障時(shí)畫面顏色閃爍，同時(shí)并用文本方式顯示故障類型，方便故障的排除；能記錄一個(gè)月的故障情況（故障時(shí)刻、故障類型等），方便地進(jìn)行事故分析，通過報(bào)表編輯器，實(shí)現(xiàn)定期或隨機(jī)的相關(guān)信息打印輸出。HMI監(jiān)控畫面如圖4所示。

圖4HMI監(jiān)控畫面

4.2下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

下位機(jī)采用SIEMENS公司開發(fā)的STEP7軟件對(duì)PLC進(jìn)行編程和對(duì)PLC設(shè)備配置進(jìn)行維護(hù)。編制的軟件主要包括信號(hào)獲取處理、信號(hào)控制、故障模塊的設(shè)計(jì)、與上位機(jī)通訊的DB塊的設(shè)計(jì)。

STEP7提供了具有生成標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)出功能塊庫(kù)或FC庫(kù)能力的編程功能,能夠在應(yīng)用程序內(nèi)一再調(diào)用,在本系統(tǒng)中,由于檢測(cè)點(diǎn)多，這種功能得到了廣泛應(yīng)用。FC功能塊的使用節(jié)約了大量的程序空間和故障查詢時(shí)間。降低了程序編寫的復(fù)雜程度，使程序結(jié)構(gòu)更條理清晰。事實(shí)證明，F(xiàn)C功能塊的使用提高了程序的運(yùn)行速度并且更加方便了軟件的移植性和可擴(kuò)展性。

5系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能

4個(gè)泵站分別采用現(xiàn)場(chǎng)、集中兩種操作方式。在集中操作中，又分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種操作方式。

鍍鋅爐子冷卻回水提升泵站和彩板冷卻回水提升泵站凈環(huán)泵站有3臺(tái)水泵和2臺(tái)冷卻塔。其中3臺(tái)泵2用1備，系統(tǒng)需要供水量少時(shí)，開1臺(tái)泵向管網(wǎng)充壓，供水量大時(shí)，開2臺(tái)泵同時(shí)向管網(wǎng)充壓。

彩板冷卻回水提升泵站和鍍鋅爐子冷卻回水提升泵站各有2臺(tái)水泵。這兩個(gè)泵站采用相同的控制方式。其中1#泵和2#泵互為備用。工作泵與備用泵自動(dòng)投入。彩板冷卻集水池和爐子冷卻集水池內(nèi)分別設(shè)有液位監(jiān)測(cè)裝置，用來監(jiān)測(cè)吸水池內(nèi)水位高度。1#和2#泵控制方式：當(dāng)水位h>2.20m時(shí)，電機(jī)啟動(dòng)，把水抽走；當(dāng)水位h<2.20m時(shí),電機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)，熱繼電器動(dòng)作，跳閘以保護(hù)電機(jī)。

雨污水泵站是用來排放雨水、工業(yè)污水。它的水泵分為A組、B組、C組。其中A泵組有2臺(tái)水泵，僅在雨季運(yùn)行。B泵組有2臺(tái)水泵，平時(shí)一臺(tái)為工作泵，另一臺(tái)為備用泵，當(dāng)水位升至-2.15m時(shí)，自動(dòng)打開另一臺(tái)泵，兩臺(tái)泵同時(shí)工作。C泵組有1臺(tái)水泵，平時(shí)不工作，當(dāng)B泵組兩臺(tái)水泵同時(shí)工作，10分鐘內(nèi)水位降小于0.5m時(shí)，手動(dòng)投入C泵組水泵，三臺(tái)小泵同時(shí)運(yùn)行。當(dāng)液位降至-5.20m時(shí)，B泵組、C泵組三臺(tái)電機(jī)，自動(dòng)停止運(yùn)行。

6結(jié)束語(yǔ)

工程實(shí)踐證明,本控制系統(tǒng)采用PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)分布式控制,網(wǎng)絡(luò)速度快、可靠性高、開放性好、抗干擾能力強(qiáng)，給安裝、調(diào)試和設(shè)備維護(hù)帶來方便，提高了生產(chǎn)效率和管理水平。這種網(wǎng)絡(luò)體系具有較高的性能價(jià)格比，并能根據(jù)用戶要求擴(kuò)展至較大的系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

1于慶廣．可編程序控制器原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)．北京：清華大學(xué)出版社，2004

2SIMATICS7-300可編程序控制器系統(tǒng)手冊(cè)．北京：西門子公司，2001

聯(lián)系人：李俠

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李俠女（1979—）工學(xué)學(xué)士從事電氣自動(dòng)化方面的工作