基于PLC的DOS系統(tǒng)在水處理中的應(yīng)用

摘 要：目前在水處理自動(dòng)化領(lǐng)域廣泛使用的DCS系統(tǒng)硬件組成形式是PLC+通信系統(tǒng)+工業(yè)級(jí)微機(jī)，以下結(jié)合某自來(lái)水廠的具體要求進(jìn)一步探討基于PLC的DCS系統(tǒng)的功能特點(diǎn)和設(shè)計(jì)過(guò)程。
關(guān)鍵詞：PLC；DCS系統(tǒng)；水處理自動(dòng)化
我國(guó)水廠自動(dòng)化技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，其水平和應(yīng)用范圍都得到了很大的提高。由于計(jì)算機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量的成熟，使水廠自動(dòng)化進(jìn)入了安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益顯著的階段。特別是是隨著近年來(lái)半導(dǎo)體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展，使得PLC技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)都得到迅速提高，并被廣泛應(yīng)用于DCS系統(tǒng)中，使DCS正在向著更加開(kāi)放，更加標(biāo)準(zhǔn)化，更加產(chǎn)品化的方向發(fā)展。目前在水處理自動(dòng)化領(lǐng)域廣泛使用的DCS系統(tǒng)硬件組成形式是PLC+通信系統(tǒng)+工業(yè)級(jí)微機(jī)，以下結(jié)合某自來(lái)水廠的具體要求進(jìn)一步探討基于PLC的DCS系統(tǒng)的功能特點(diǎn)和設(shè)計(jì)過(guò)程。
1 系統(tǒng)功能
在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)與信息時(shí)代的飛速發(fā)展中，企業(yè)內(nèi)部之間以及與外部交換信息的需求不斷擴(kuò)大，現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)對(duì)生產(chǎn)的管理要求不斷提高，這種要求已不局限于通常意義上的對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)的監(jiān)視和控制，同時(shí)還要求把現(xiàn)場(chǎng)信息和管理信息結(jié)合起來(lái)。管理的集中性和控制的分散性這一實(shí)際需要推動(dòng)了DCS系統(tǒng)的發(fā)展，其實(shí)質(zhì)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制，該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：
（1）數(shù)據(jù)采集功能。各現(xiàn)場(chǎng)級(jí)儀表和控制設(shè)備完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集工作，并通過(guò)控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在整個(gè)控制系統(tǒng)中的傳輸和共享。
（2）監(jiān)視功能。系統(tǒng)各分站及中控室設(shè)置上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)，實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)工藝流程和工況，使操作人員能及日寸獲知現(xiàn)場(chǎng)情況。
（3）控制功能。各分站設(shè)備通過(guò)PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，使整個(gè)系統(tǒng)性能穩(wěn)定，安全高效。
（4）管理功能。上位監(jiān)控機(jī)提供交互式人機(jī)界面，操作人員通過(guò)上位監(jiān)控機(jī)可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制，完成特定的操作要求，也即實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的管理；同時(shí)通過(guò)上位機(jī)提供的數(shù)據(jù)查詢顯示等功能，可了解實(shí)時(shí)及歷史生產(chǎn)情況，并可產(chǎn)生生產(chǎn)報(bào)表，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)水廠的生產(chǎn)管理。
2 水廠工藝要求
某水廠供水能力為40萬(wàn)噸／日，主要工藝流程如圖1所示：

源水取自距水廠20公里處的江水中，經(jīng)取水機(jī)泵加壓后通過(guò)源水管道送至水廠進(jìn)行凈水處理。廠區(qū)內(nèi)的生產(chǎn)流程可分為加藥、反應(yīng)和平流沉淀、過(guò)濾、送水四個(gè)部分，其中加藥和濾池兩個(gè)工藝環(huán)節(jié)對(duì)出水水質(zhì)的影響非常大，因此其設(shè)計(jì)是整個(gè)水廠自控系統(tǒng)的關(guān)鍵。加藥工藝采用源水流量和SCD值前反饋控制方案，既有效地保證混凝效果，使濾前水濁度保持在2—3NTU，又準(zhǔn)確計(jì)算出投藥量，節(jié)約投藥成本。濾池共有6個(gè)濾格，每個(gè)濾格采用PID算法控制恒水位過(guò)濾，以及根據(jù)相關(guān)條件觸發(fā)反沖洗工藝，保證濾后水質(zhì)。
3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)
水廠自動(dòng)控制系統(tǒng)是一個(gè)分布式控制系統(tǒng)，按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行垂直分解，分為設(shè)備層、控制層、信息層，各層既相互獨(dú)立又相互聯(lián)系，每一層又可按水平分解成若干子集。設(shè)備層中的設(shè)備種類繁多，如傳感器、驅(qū)動(dòng)器、變送器等，設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)通常是一個(gè)開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)，將底層各廠家的設(shè)備直接和車(chē)間級(jí)控制器相連，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制功能；控制層實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化，控制層是一種高速確定性網(wǎng)絡(luò)，對(duì)時(shí)間響應(yīng)有苛刻要求，作為控制器之間和控制器和I／O設(shè)備之間的一條高速通信鏈路。
信息層采用lOOM 環(huán)形光纖工業(yè)以太網(wǎng)，控制層采用MB+工業(yè)控制網(wǎng)，設(shè)備層采用開(kāi)放現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議Modbus，由于系統(tǒng)取水分站與廠區(qū)有約2O公里，還需考慮取水分站PLC與廠區(qū)系統(tǒng)的無(wú)線數(shù)據(jù)通信問(wèn)題，無(wú)線通信采用MDS數(shù)傳電臺(tái)實(shí)現(xiàn)。
4 系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)
系統(tǒng)具體設(shè)備選型和硬件實(shí)現(xiàn)。各分站獨(dú)立運(yùn)行，控制各分站現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)共享信息。上位機(jī)采用Intellution Dynamics自動(dòng)化軟件產(chǎn)品家族中的監(jiān)控制軟件iFix2．6，iFix監(jiān)控軟件功能強(qiáng)大組態(tài)靈活，優(yōu)化系統(tǒng)的管理。服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)采用Microsoft SQL Server 2000，Microsoft SQL Server 2000是性能優(yōu)良、安全高效的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。PLC控制系統(tǒng)分為3個(gè)主站，即取水分站、加藥分站和送水分站。取水分站PLC控制4臺(tái)取水泵組的工作，并通過(guò)無(wú)線電臺(tái)與廠區(qū)的PLC通信；加藥分站分為加氯分站和加礬分站，分別用二套PLC控制加氯系統(tǒng)和加礬系統(tǒng)；送水分站PLC控制4臺(tái)送水泵組的工作，同時(shí)完成與取水分站的無(wú)線通信任務(wù)和濾池分站的協(xié)調(diào)控制任務(wù)，由于無(wú)線通信和控制協(xié)調(diào)任務(wù)的程序運(yùn)行量并不是很大，考慮系統(tǒng)成本問(wèn)題并沒(méi)有另設(shè)PLC分站，而是采用送水分站PLC兼負(fù)完成此任務(wù)的方案；6個(gè)濾池分站作為送水分站PLC的子站，控制各濾格的恒水位過(guò)濾和反沖洗。
5 結(jié)束語(yǔ)
工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一門(mén)綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的綜合性工程技術(shù)，目前系統(tǒng)正向著更加標(biāo)準(zhǔn)化，更加產(chǎn)品化的方向發(fā)展。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)緊密結(jié)合系統(tǒng)實(shí)際要求，又考慮了系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、可移植性、可伸縮性、可互操作性等，目前整體運(yùn)行效果良好。其中加藥工藝中由于現(xiàn)場(chǎng)混凝效果受多種因素影響，依靠原水流量和SCD值進(jìn)行投藥控制的方案認(rèn)為還有待改進(jìn)。
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