現場總線控制系統在凈水廠普通快濾池的應用
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PROFIBUS-DP基本功能和特性如下:
(1) 遠程離高速通信
支持9.6Kbps到12Mbps的傳輸速率;12Mbps時最大傳輸距離為100m，1.5Mbps時為200m，另外還可以用中繼器延長。
(2) 分布式結構
各主站間令牌傳遞，主站與從站為主-從傳送;每段可有32個站，用連接線可擴展到126個站。
(3) 節省硬件和安裝費用
減少硬件成分(I/O、終端塊、隔離柵);更容易、更快捷和低成本安裝。
(4) 節省工程費用
更容易組態;更容易保養和維修;更容易和更快捷的系統啟動。
(5) 更大的制造靈活性
改進功能;減少故障時間;準確、可靠的診斷數據;可靠的數據傳輸技術。
3 系統硬件設計
3.1 現場控制單元硬件設計
現場控制單元不僅具有自動控制功能，由于觸摸屏的使用，而具有直觀的動態畫面監視功能，其結構如圖2所示:
圖2 濾池就地控制單元硬件結構圖
如圖2所示，單個濾池由6個閥門組成: F1進水閥、F2出水閥、F3反沖洗進水閥、F4反沖洗進氣閥、F5反沖洗排水閥、F6排氣閥。由一臺S7-224 PLC控制單個濾池的自動過濾和自動反沖洗。濾池就地控制單元即PROFIBUS總線的一個從站，執行單個濾池的控制過程內部數據交換。PLC與觸摸屏通過RS-485網絡互連，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
自動過濾監測濾池水位，據濾池水位的情況及時調整出水閥的開度，使濾池保持在恒定水位。當運行周期到或強沖或水頭損失以達到設定值時，濾池進行自動反沖洗。控制器監測濾池水位到達低水位，開啟反沖洗排水閥，開啟反沖洗進氣閥和鼓風機、氣沖5min;開啟反沖洗進水閥和反沖洗泵、氣水混合沖5min;關閉反沖洗進氣閥和鼓風機、水沖5min;關閉反沖洗進水閥和反沖洗泵，關閉排水閥，反沖洗結束。
(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控)方式。根據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，全開出水閥，等待水位下降。
(4) 故障檢測和診斷
檢測閥門在規定時限內是否到位，進行檢錯分析，為可靠性控制提供依據。
(5) 動畫監視
以動畫形式實時顯示濾池各個閥門開關狀態、到位情況、故障發生情況等;顯示各個濾格狀態(包括正常過濾、反沖洗、觸摸屏狀態、手動控制等);顯示風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(全自動/觸摸監控方式)選擇;故障復位;在觸摸監控方式下對濾池各個閥門進行開關控制。
(7) 遠程操作
在觸摸屏上可執行對兩臺風機及兩臺反沖泵的直接啟、停控制。
3.2 集控主站硬件設計
集控主站置于凈水車間的控制室內，由S7-300 PLC 作為主控制器。其硬件結構圖如圖3所示:
圖3 濾池集控主站硬件結構圖
濾池集控主站管理PROFIBUS總線上8個從站(每個從站監控1個濾池)共對8個濾池的400點數據進行處理和交換;監控2臺風機、2臺反沖洗泵運行;對關鍵數據進行處理并上送到水廠控制中心。濾池集控主站的功能有:
(1) 動畫監視
以動畫形式實時顯示8個濾池各個閥門開關狀態、到位情況、故障發生情況等;顯示各個濾池狀態(包括正常過濾、反沖洗、觸摸屏狀態、手自動控制等);顯示風機水泵運行及故障情況;實時顯示水位值及2小時內濾格水位變化趨勢。
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