現場總線技術在水廠自動化控制系統中的應用
加入技術交流群
2 水廠自動化控制系統
為了實現水廠的高度自動化，實現各生產現場的無人值守，整個水廠在正常情況下可以無人干預運行，在中央控制室即可實現運行參數的監視及控制。利用先進成熟的網絡技術構成水廠的自控網絡：
（1）采用10/100兆工業以太網作為主網絡；
（2）采用光纖網絡通訊媒體并構成光線環網，使之具有冗余功能；
（3）采用全雙工的光交換機，構成全雙工光纖以太網環；
（4）配有以太網通訊模塊的PLC可直接鏈入光纖以太網中，成為以太網絡節點；
（5）選擇具有智能I/O現場總線通訊功能的PLC作為現場控制器。
由圖2可知，該自控網絡屬于光纖以太網與現場總線相結合的多層網絡，主控制層為10/100兆全雙工光纖工業以太網；網絡中所有的PLC控制器、PC機和光交換機均遵循TCP/IP協議。
2.1 水廠控制系統的組成
整個水廠共設深井站、加藥站、送水站、加壓站四個PLC子站及一個中央控制室。各PLC子站及中央控制室皆為高速工業以太網的節點，它們之間可以通過以太網交換數據，光纖環網的冗余功能保證了以太網通訊的可靠性。通過工業以太網，中央控制室可以向各PLC站下達控制指令、修改系統運行參數、讀取現場數據等；也可以實現各PLC站之間的數據傳送。
現場層是PLC的智能I/O現場總線。各PLC站與某些現場設備如高壓電機控制柜的多功能保護器之間以PROFIBUS總線通訊連接；現場的觸摸操作屏之間以MPI通訊連接。通過下層現場總線，PLC站向連接在總線上的設備發送控制命令、讀取設備數據。
2.2 中央控制室的系統組成
中央控制室配有監控操作計算機、打印機、UPS等設備，其中監控操作計算機時中央控制室的主體。所有設備通過自身安裝的以太網網卡以及一臺光交換機接入工業以太網與各PLC現場控制站相連。在監控操作計算機上裝有WinCC組態軟件，在WinCC的基礎上做進一步的組態開發，完成水廠數據的技術統計和系統的控制，為操作員提供人機界面，用于下達操作和控制指令等。
通過上述配置，調度人員能及時掌握為實現水廠優化管理而需要的各管理對象的狀態和控制參數，并能把所有的數據整理存檔，以便繪制曲線、打印報表和歷史查詢使用。
2.3 PLC站系統的組成
各PLC站均有一個電源模塊、一個CPU模塊、一個以太網通訊模塊、若干個模擬量輸入輸出模塊和若干個數字量輸入輸出模塊組成。
其中電源模塊負責向其它模塊提供直流電源；各輸入輸出模塊同現場設備直接相連；PLC站的數字量輸入模塊采集現場的閥門狀態、水位開關狀態、設備運行與否等信號；數字量輸出模塊將PLC的控制命令開閥門、關閥門、啟動設備、停止設備等信號送到現場設備；模擬量輸入模塊采集電機軸承溫度、原水濁度、出水濁度、液位信息等等；模擬量輸出模塊控制變頻器輸出頻率等。
CPU模塊的NPI接口同現場的觸摸操作屏相連，構成MPI連接，操作人員可以通過現場的觸摸操作屏監控設備的運行。CPU模塊的接口同現場的PLC從站及高壓電機柜的多功能保護器相連構成總線。CPU通過總線獲得各水泵電機的運行數據并發送控制指令。
以太網通訊模塊通過光交換模塊使PLC站接入工業以太網，實現各PLC站及中央控制室間的數據通訊，使得中央控制室可以監控現場設備的運行及各PLC站之間的聯控。
3 控制系統軟件設計思想
控制系統軟件設計采用模塊化設計方法進行，根據控制系統功能，將程序分為如下幾個模塊：信息采集模塊和顯示模塊，主要負擔顯示信息和切換控制系統功能的任務；通訊模塊，主要負擔主從機間信息交換任務；控制模塊和打印模塊，主要負擔信息、報表等的打印。串行通訊程序由上位機通訊程序和下位機通訊程序組成。上下位機通訊程序密切配合、協調一致，共同完成兩者之間的通訊。
4 結束語
現場總線技術和工業以太網通訊技術的發展和成熟給工業控制領域帶來了巨大變革，基于現場總線技術的水廠自動化控制系統在開放性、分散性、可靠性和安全性等方面有很大進步。
評論