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)。現(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。它被公認為第五代控制系統(tǒng)，成為當今工業(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)。基于現(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：

⑴ 系統(tǒng)具有較高的可靠性。

⑵ 筆架山水廠普通快濾池設(shè)計以全自動化，無人值守為目標。

⑶ 具有自動故障診斷和故障處理功能。

⑷ 具有遠程監(jiān)控功能。

⑸ 系統(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。

CC-LINK網(wǎng)絡(luò)特性圖如下：

CC-LINK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。

除了字數(shù)據(jù)的循環(huán)傳送以外，CC-LINK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：

① 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。控制器監(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。

④ 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)。

⑤ 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。

⑦ 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/停控制。

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。

② 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。

⑤ 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。

⑥ 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。

⑦ 故障查詢。當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。可對濾池運行時間、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。基本上能實現(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。