基于PLC的DOS系統在水處理中的應用
摘 要：目前在水處理自動化領域廣泛使用的DCS系統硬件組成形式是PLC+通信系統+工業級微機，以下結合某自來水廠的具體要求進一步探討基于PLC的DCS系統的功能特點和設計過程。
關鍵詞：PLC；DCS系統；水處理自動化
我國水廠自動化技術經過幾十年的發展，其水平和應用范圍都得到了很大的提高。由于計算機產品質量的成熟，使水廠自動化進入了安全運行和經濟效益顯著的階段。特別是是隨著近年來半導體技術、網絡技術、軟件技術等高新技術的發展，使得PLC技術和現場總線技術都得到迅速提高，并被廣泛應用于DCS系統中，使DCS正在向著更加開放，更加標準化，更加產品化的方向發展。目前在水處理自動化領域廣泛使用的DCS系統硬件組成形式是PLC+通信系統+工業級微機，以下結合某自來水廠的具體要求進一步探討基于PLC的DCS系統的功能特點和設計過程。
1 系統功能
在市場經濟與信息時代的飛速發展中，企業內部之間以及與外部交換信息的需求不斷擴大，現代工業企業對生產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生產現場狀態的監視和控制，同時還要求把現場信息和管理信息結合起來。管理的集中性和控制的分散性這一實際需要推動了DCS系統的發展，其實質是利用計算機技術對生產過程進行集中監視、操作、管理和分散控制，該系統主要實現以下功能：
（1）數據采集功能。各現場級儀表和控制設備完成現場數據采集工作，并通過控制網絡實現數據在整個控制系統中的傳輸和共享。
（2）監視功能。系統各分站及中控室設置上位監控計算機，實時顯示現場工藝流程和工況，使操作人員能及日寸獲知現場情況。
（3）控制功能。各分站設備通過PLC實現自動控制，使整個系統性能穩定，安全高效。
（4）管理功能。上位監控機提供交互式人機界面，操作人員通過上位監控機可實現對現場設備的控制，完成特定的操作要求，也即實現了設備的管理；同時通過上位機提供的數據查詢顯示等功能，可了解實時及歷史生產情況，并可產生生產報表，實現了整個水廠的生產管理。
2 水廠工藝要求
某水廠供水能力為40萬噸／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，經取水機泵加壓后通過源水管道送至水廠進行凈水處理。廠區內的生產流程可分為加藥、反應和平流沉淀、過濾、送水四個部分，其中加藥和濾池兩個工藝環節對出水水質的影響非常大，因此其設計是整個水廠自控系統的關鍵。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，又準確計算出投藥量，節約投藥成本。濾池共有6個濾格，每個濾格采用PID算法控制恒水位過濾，以及根據相關條件觸發反沖洗工藝，保證濾后水質。
3 系統網絡設計
水廠自動控制系統是一個分布式控制系統，按系統結構進行垂直分解，分為設備層、控制層、信息層，各層既相互獨立又相互聯系，每一層又可按水平分解成若干子集。設備層中的設備種類繁多，如傳感器、驅動器、變送器等，設備層網絡通常是一個開放的網絡，將底層各廠家的設備直接和車間級控制器相連，實現現場控制功能；控制層實現控制系統的網絡化，控制層是一種高速確定性網絡，對時間響應有苛刻要求，作為控制器之間和控制器和I／O設備之間的一條高速通信鏈路。
信息層采用lOOM 環形光纖工業以太網，控制層采用MB+工業控制網，設備層采用開放現場總線協議Modbus，由于系統取水分站與廠區有約2O公里，還需考慮取水分站PLC與廠區系統的無線數據通信問題，無線通信采用MDS數傳電臺實現。
4 系統硬件實現
系統具體設備選型和硬件實現。各分站獨立運行，控制各分站現場設備，并通過網絡共享信息。上位機采用Intellution Dynamics自動化軟件產品家族中的監控制軟件iFix2．6，iFix監控軟件功能強大組態靈活，優化系統的管理。服務器數據庫管理系統采用Microsoft SQL Server 2000，Microsoft SQL Server 2000是性能優良、安全高效的網絡數據庫管理系統。PLC控制系統分為3個主站，即取水分站、加藥分站和送水分站。取水分站PLC控制4臺取水泵組的工作，并通過無線電臺與廠區的PLC通信；加藥分站分為加氯分站和加礬分站，分別用二套PLC控制加氯系統和加礬系統；送水分站PLC控制4臺送水泵組的工作，同時完成與取水分站的無線通信任務和濾池分站的協調控制任務，由于無線通信和控制協調任務的程序運行量并不是很大，考慮系統成本問題并沒有另設PLC分站，而是采用送水分站PLC兼負完成此任務的方案；6個濾池分站作為送水分站PLC的子站，控制各濾格的恒水位過濾和反沖洗。
5 結束語
工業自動化控制系統設計是一門綜合計算機技術、網絡技術、自動控制技術的綜合性工程技術，目前系統正向著更加標準化，更加產品化的方向發展。本系統設計緊密結合系統實際要求，又考慮了系統的標準化、可移植性、可伸縮性、可互操作性等，目前整體運行效果良好。其中加藥工藝中由于現場混凝效果受多種因素影響，依靠原水流量和SCD值進行投藥控制的方案認為還有待改進。
參考文獻：
[1] 顧戰松陳鐵年編著，可編程控制器原理與應用，國防工業出版社，1996年8月
[2] 陽憲惠主編，工業數據通信與控制網絡，清華大學出版社，2003年1月
[3] 鄭文波編著，控制網絡技術，清華大學出版社施普林格出版社，2001年8月
[4] 王常力廖道文主編，集散型控制系統的設計與應用，清華大學出版社，1993年6月
[5] 邱公偉主編，可編程控制器網絡通信及應用，清華大學出版社，2000年3月
關鍵詞：PLC；DCS系統；水處理自動化
我國水廠自動化技術經過幾十年的發展，其水平和應用范圍都得到了很大的提高。由于計算機產品質量的成熟，使水廠自動化進入了安全運行和經濟效益顯著的階段。特別是是隨著近年來半導體技術、網絡技術、軟件技術等高新技術的發展，使得PLC技術和現場總線技術都得到迅速提高，并被廣泛應用于DCS系統中，使DCS正在向著更加開放，更加標準化，更加產品化的方向發展。目前在水處理自動化領域廣泛使用的DCS系統硬件組成形式是PLC+通信系統+工業級微機，以下結合某自來水廠的具體要求進一步探討基于PLC的DCS系統的功能特點和設計過程。
1 系統功能
在市場經濟與信息時代的飛速發展中，企業內部之間以及與外部交換信息的需求不斷擴大，現代工業企業對生產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生產現場狀態的監視和控制，同時還要求把現場信息和管理信息結合起來。管理的集中性和控制的分散性這一實際需要推動了DCS系統的發展，其實質是利用計算機技術對生產過程進行集中監視、操作、管理和分散控制，該系統主要實現以下功能：
（1）數據采集功能。各現場級儀表和控制設備完成現場數據采集工作，并通過控制網絡實現數據在整個控制系統中的傳輸和共享。
（2）監視功能。系統各分站及中控室設置上位監控計算機，實時顯示現場工藝流程和工況，使操作人員能及日寸獲知現場情況。
（3）控制功能。各分站設備通過PLC實現自動控制，使整個系統性能穩定，安全高效。
（4）管理功能。上位監控機提供交互式人機界面，操作人員通過上位監控機可實現對現場設備的控制，完成特定的操作要求，也即實現了設備的管理；同時通過上位機提供的數據查詢顯示等功能，可了解實時及歷史生產情況，并可產生生產報表，實現了整個水廠的生產管理。
2 水廠工藝要求
某水廠供水能力為40萬噸／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，經取水機泵加壓后通過源水管道送至水廠進行凈水處理。廠區內的生產流程可分為加藥、反應和平流沉淀、過濾、送水四個部分，其中加藥和濾池兩個工藝環節對出水水質的影響非常大，因此其設計是整個水廠自控系統的關鍵。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，又準確計算出投藥量，節約投藥成本。濾池共有6個濾格，每個濾格采用PID算法控制恒水位過濾，以及根據相關條件觸發反沖洗工藝，保證濾后水質。
3 系統網絡設計
水廠自動控制系統是一個分布式控制系統，按系統結構進行垂直分解，分為設備層、控制層、信息層，各層既相互獨立又相互聯系，每一層又可按水平分解成若干子集。設備層中的設備種類繁多，如傳感器、驅動器、變送器等，設備層網絡通常是一個開放的網絡，將底層各廠家的設備直接和車間級控制器相連，實現現場控制功能；控制層實現控制系統的網絡化，控制層是一種高速確定性網絡，對時間響應有苛刻要求，作為控制器之間和控制器和I／O設備之間的一條高速通信鏈路。
信息層采用lOOM 環形光纖工業以太網，控制層采用MB+工業控制網，設備層采用開放現場總線協議Modbus，由于系統取水分站與廠區有約2O公里，還需考慮取水分站PLC與廠區系統的無線數據通信問題，無線通信采用MDS數傳電臺實現。
4 系統硬件實現
系統具體設備選型和硬件實現。各分站獨立運行，控制各分站現場設備，并通過網絡共享信息。上位機采用Intellution Dynamics自動化軟件產品家族中的監控制軟件iFix2．6，iFix監控軟件功能強大組態靈活，優化系統的管理。服務器數據庫管理系統采用Microsoft SQL Server 2000，Microsoft SQL Server 2000是性能優良、安全高效的網絡數據庫管理系統。PLC控制系統分為3個主站，即取水分站、加藥分站和送水分站。取水分站PLC控制4臺取水泵組的工作，并通過無線電臺與廠區的PLC通信；加藥分站分為加氯分站和加礬分站，分別用二套PLC控制加氯系統和加礬系統；送水分站PLC控制4臺送水泵組的工作，同時完成與取水分站的無線通信任務和濾池分站的協調控制任務，由于無線通信和控制協調任務的程序運行量并不是很大，考慮系統成本問題并沒有另設PLC分站，而是采用送水分站PLC兼負完成此任務的方案；6個濾池分站作為送水分站PLC的子站，控制各濾格的恒水位過濾和反沖洗。
5 結束語
工業自動化控制系統設計是一門綜合計算機技術、網絡技術、自動控制技術的綜合性工程技術，目前系統正向著更加標準化，更加產品化的方向發展。本系統設計緊密結合系統實際要求，又考慮了系統的標準化、可移植性、可伸縮性、可互操作性等，目前整體運行效果良好。其中加藥工藝中由于現場混凝效果受多種因素影響，依靠原水流量和SCD值進行投藥控制的方案認為還有待改進。
參考文獻：
[1] 顧戰松陳鐵年編著，可編程控制器原理與應用，國防工業出版社，1996年8月
[2] 陽憲惠主編，工業數據通信與控制網絡，清華大學出版社，2003年1月
[3] 鄭文波編著，控制網絡技術，清華大學出版社施普林格出版社，2001年8月
[4] 王常力廖道文主編，集散型控制系統的設計與應用，清華大學出版社，1993年6月
[5] 邱公偉主編，可編程控制器網絡通信及應用，清華大學出版社，2000年3月
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