淺談現場總線控制系統在水處理系統中的應用

現場總線是指安裝在制造或過程區域的現場裝置與控制室內的自動裝置之間的數字式、串行、多點通信的數據總線。簡單說，現場總線就是以數字通信替代了傳統4-20mA模擬信號及普通開關量信號的傳輸。

　　現場總線的技術基礎是一種全數字化、雙向、多站的通信系統，是應用于各種計算機控制領域的工業總線，因現場總線潛在著巨大的商機，世界范圍內的各大公司投入相當大的人力、物力、財力來進行開發研究。當今現場總線技術一直是國際上各大公司激烈競爭的領域，由于現場總線技術的不斷創新，過程控制系統由第四代的DCS發展至今的FCS（Fieldbus Control System）系統，已被稱為第五代過程控制系統。而FCS和DCS的真正區別在于其現場總線技術。現場總線技術以數字信號取代模擬信號，在3C（Computer計算機、CONtrol控制、Commcenication通信）技術的基礎上，大量現場檢測與控制信息就地采集、就地處理、就地使用，許多控制功能從控制室移至現場設備。由于國際上各大公司在現場總線技術這一領域的競爭，仍未形成一個統一的標準，目前，在現場總線網絡互聯都是遵守OSI參考模型。

　　現場總線的特點：現場控制設備具有通信功能，便于構成工廠底層控制網絡。通信標準的公開、一致，使系統具備開放性，設備間具有互可操作性。功能塊與結構的規范化使相同功能的設備間具有互換性。控制功能下放到現場，使控制系統結構具備高度的分散性。

　　現場總線的優點：現場總線使自控設備與系統步入了信息網絡的行列，為其應用開拓了更為廣闊的領域；一對雙絞線上可掛接多個控制設備， 便于節省安裝費用；節省維護開銷；提高了系統的可靠性；為用戶提供了更為靈活的系統集成主動權。

　　隨著火力發電廠單機容量的不斷增大，系統越來越復雜性，出于機組安全性和使用壽命的考慮，對水汽品質的要求越來越嚴。實現化學水處理設備的自動化，是當今電廠化學水處理技術發展的必然趨勢，其安全性及可靠性更是至關重要。

2 化學水處理程控系統的硬件組成

　　系統的硬件構成整個系統由一臺上位機和兩臺下位機構成兩級集散控制系統。在系統機內安裝一塊pc can總線板構成上位機，該卡通過can總線與下位機進行通信。下位機采用std總線驅動方式，由cpu主板、32路光電隔離輸入板、32路光電隔離輸出板、16路12位ａ/ｄ數據采集卡、4路12位ｄ/ａ轉換卡構成。

3 化學水處理程控系統的軟件實現

　　系統上位機軟件開發平臺選用vc++6.0。整個系統軟件設計采用模塊化結構，該方案配置體現了分散控制系統的優點—即控制功能分散、操作管理集中。控制功能分散意味著系統實時響應快和系統危險分散，操作管理集中便于集中管理，方案配置還具有冗余特性。

3.1 上位機監控程序設計

　　本監控系統是以微軟公司的windows98/nt/2000為工作平臺基于vc++6.0開發出來的。操作人員可向下位機發出各種控制命令，同時將生產過程中各種信息數據采集過來，反映在屏幕上的各種畫面中，使操作人員一目了然。整個系統軟件的設計分為人機界面的設計、數據庫的建立、實時監控部分、上下位機通信、歷史數據查詢打印以及報警項目等六部分。

　　（1） 人機界面的設計

　　本系統提供了精美的顯示屏幕、漢字菜單、加速鍵、按鈕等標準的窗口界面對象，對一些重要參數的輸入提供了漢字提示的填表式輸入對話框，這樣就減少了輸入錯誤。

　　（2） 數據庫的建立

　　本系統采用access數據庫，所以在建立數據庫應用程序之前，首先要使用odbc登錄一個確定的數據庫文件。登錄以后就可以在程序中對數據庫進行讀寫操作。

　　（3） 實時監視工藝流程

　　將整個工藝流程在監控畫面上反映出來，該畫面以虛擬儀表的方式實時顯示現場的信息，具有直觀、動態、實時的效果。畫面上標有系統所有控件，在有模擬量輸入的控件（如陰床電導值、定時器所余時間）旁顯示即時值，供用戶監控。還可對現場儀表進行參數設置。　　（4） 通信軟件的設計

　　可靠的通信是集散控制系統的命脈。為符合軟件開發的模塊化、結構化以及系統通信的實時性要求，利用windows的動態鏈接庫技術開發了上、下位機間的通信軟件。為提高通信的可靠性，防止數據丟失，在上、下位機之間開始數據傳送前，均采用握手信號設置。上位機發送特征字符，下位機檢測、接受并回送同一字符，并由上位機進行檢測，只有在應答信號正確時才開始數據傳送，其流程圖如圖1所示。

圖1 上、下位機數據通訊流程圖

　　軟件編制如下：
　　do｛//查詢can總線狀態（1為空閑，0為忙）
　　ret=can_inquiry_trans（ ）；｝
　　while（ret==0）；
　　ret=can_ptrans（（byte）address,sznumber,（lp -byte）szdata）；
　　if（ret==0）
　　｛messagebox（“數據下裝錯誤！”，“數據下裝”，mb_ok|mb_iconstop）；
　　return;｝
　　do｛//查詢有無下位機返回的數據（1為有數據，0為無
　　//數據）
　　ret=can _inquiry_rece（ ）；｝
　　while（ret==0）；
　　ret=can_rece（（lpbyte）＆m_dtype,（ lpbyte）＆m_address,（ lpbyte）＆m_data）；
　　if（（ret==0fxx00）||（ret==0fxxff））
　　｛ messagebox （“無數據包收到或數據包錯誤”，“接收錯誤”mb_ok|mb_iconstop）；
　　return; ｝
　　for（i=0;i4;i++）
　　db[250+ｉ]=m_data[i];
　　if（！（m_data[0]==0x61hm_data[1]==0x61hm_data[2]==m_ptime m_data[3]==m_ptemp））
　　｛ messagebox（“下位機回送特征字符錯誤！”，“特征字符下裝”， mb_ok）；
　　return; ｝
　　messagebox （“下位機回送特征字符正確！”，“在線參數下裝”， mb_ok）；

　　（5） 歷史數據查詢打印

　　查詢部分包括歷史數據的查詢、顯示，曲線的生成、數據統計和報表的生成以及打印。

　　（6） 報警項目

　　在監控畫面上有報警標志，設備故障、無閥位反饋信號或模擬量參數報警信息除控制柜有聲光報警外，上位機畫面上亦有報警信號，同時在配置的報警打印機中即時打印出來供運行人員維修參考。

3.2 下位機軟件設計

　　將控制系統分為四個大的功能塊：整體投運、設備切換、清洗再生和整體停運。

　　（1） 除鹽水箱水位控制在5～10m，當水位低于5m時，自動按流程順序投運一套制水設備；當水位低于3m時，自動投運另一套制水設備。當水位高于10m時，進入設備的整體停運，將所有設備按嚴格的操作順序停運后，一級除鹽設備進行再生。

　　（2） 運行中機械過濾器達到規定過濾時間要切換到下一臺備用機械過濾器。一級除鹽的切換為陽床出水或陰床出水電導>5μs/cm、中的任何一個。混床的切換條件為出水導電度大于0.2qus/cm或。

　　（3） 一級除鹽運行20個周期后要進行大反洗再生，設計為全自動進行。

　　（4） 混床再生過程間隔時間長，故設計為半自動步序進行。

　　機械過濾器設備采用并聯運行布置，運行及清洗操作實行遙控步序操作。混床設備采用并聯運行布置，運行及再生操作實行遙控點操作。

　　一級除鹽設備采用單元連接方式。陽床出口裝有電導表和硅表監督終點，其運行和再生操作采用遙控手動操作。再生設備采用計量箱加噴射器，ctn-1型音頻電磁式酸堿裝置，再生液濃度及中間水箱液位人工調整。

　　各項操作由一個轉換開關控制，可實現設備手動、步操、半自動和全自動四種操作方式，同時也可在監控系統上用軟件實現。

4 結束語

本文將現場總線技術應用于化學水處理程控系統上，保證了整套水處理設備安全、高效、穩定運行。投入運行以來，效果良好，受到用戶的好評。此系統為國內新建火電廠水處理程控系統設計和老火電廠進行水處理技術改造，提供了一種理想解決方案，具有很好的借鑒推廣價值。