基于現場總線技術的水廠水處理網絡控制系統(tǒng)
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現場控制網絡層傳遞的是實時數據，數據量少，但實時性強。所以，現場控制網絡選用PROFIBUS。
主控PLC之間可以通過PROFIBUS-FMS互連，同時也與以太網互連，主控PLC與分控PLC控制單元通過PROFIBUS-DP現場總線相連。各分控PLC可以獨立工作。采用PROFIBUS-DP能使分控PLC、變頻器、軟啟動器、各種智能傳感器和外圍I/O設備等同主控PLC或計算機聯網。PROFIBUS-FMS用于現場控制單元網絡的通信任務。
PROFIBUS網絡設備主要由通信處理器CP（Communication Processor）和網絡介質組成。通信處理器用于總線網絡和點到點通信，通RS485接口使系統(tǒng)與其它廠商的總線系統(tǒng)互連，并能使系統(tǒng)中的主要現場設備，如變頻器、軟啟動器等實現即插即用。另外，該網絡結構還應包括工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)，它由工業(yè)攝像機、鏡頭、云臺、視頻矩陣切換器、工業(yè)監(jiān)視器、室外解碼器和錄像機等硬件設備配以多媒體軟件組成，完成對水生產工藝過程的重要工位進行監(jiān)視管理。
系統(tǒng)功能描述
基于PROFIBUS設計的水處理網絡控制系統(tǒng)主要具有如下功能：
１、格柵與排泥控制
格柵間有4臺格柵機，由一臺輸入點數為32、輸出點數為16的SIEMENS S7-300PLC來控制，控制方式有自動和手動。在自動方式下，系統(tǒng)根據PLC中設定的定時值以及格柵前后水位差來自動控制格柵機的動作。吸砂機的工作狀態(tài)也由PLC檢測和控制。沉淀池PLC根據水濁度高低，設定吸泥機運行周期時間和運行方式，濁度高時，雙程吸泥，運行時間長；濁度低時，單程吸泥，運行時間短。
２、投藥加氯控制
投藥/加氯控制系統(tǒng)的輸入輸出點數較多，選用一臺輸入點數為192、輸出點數為192的SIEMENS S7-400 PLC來控制。
投藥間有混凝劑加計量泵8臺，助凝劑投加計量泵8臺。每臺計量泵均用一臺交流變頻調速器驅動，兩種投加計量均為6臺工作、2臺備用。6臺計量泵對應6組反應池，一對一投加混凝劑和助凝劑。投藥控制是水廠水處理的關鍵環(huán)節(jié)，它是一個大延時強耦合的非線性系統(tǒng)，在技術上有一定難度。我們設計了自學習模糊控制算法，系統(tǒng)根據PLC采集的原水溫度、濁度、PH值等參數的大小，經自學習模糊控制器調整后，由PLC控制交流變頻調速器的工作狀態(tài)改變計量泵的頻率和沖程，以此控制計量泵的頻率和沖程，以此控制計量泵投藥量的大小，控制效果較好。加氯間有7臺真空式V型槽加氯機，其中4臺負責進水管處的前加氯，其余3臺加氯機作為消毒加氯（后加氯）用，消毒加氯采用流量、余氯復合閉環(huán)控制方式（2臺工作，1臺備用），向2個濾池出水管處加氯消毒。另外，投藥/加氯主控PLC還要擔負投藥間的干粉溶解、加氯間的氯氣瓶切換、漏氣報警和安全控制等任務。
３、濾池控制
濾池控制是水廠自動控制系統(tǒng)中最主要的控制環(huán)節(jié)，按其過程可以分為過濾過程控制和反沖過程控制。由于濾池個數多且每個濾池I/O點數較少，選用25臺輸入輸出點數均為16的SIEMENS S7-300 PLC來控制。在過濾過程中，各濾池的PLC能根據對應濾池的水位、阻塞值以及運行時間自動調節(jié)各凈水閥開啟度并使各濾池水位保持恒定。當阻塞值或濾池運行時間超設定值時，濾池PLC向反沖洗PLC發(fā)出反沖洗請求，當請求被允許之后，濾池進入反沖洗過程。在反中洗過程中，反沖洗PLC需要控制反沖洗水的流量、反沖洗氣的壓力，并與對應濾池PLC配合控制反沖洗時間、漂洗時間以及反沖洗過程中有關閥門的開啟與關閉。
４、水泵群控制
制作好的凈水要通過水泵輸入到水管道中。出水泵房共有8臺容量大小不等的水泵。系統(tǒng)用了一臺輸入點數為48、輸出點數為16的SIEMENS S7-300 PLC來控制。根據管網壓力和生產調度的要求系統(tǒng)能自動完成開泵和關泵過程。由于在開閥或關閥時，管網壓力會突然變大或變小，為了避免因此而造成的誤動作，系統(tǒng)設計時，對開閥或關閥指令進行記憶，在一定時間內系統(tǒng)自動停止開關閥門，等到管網壓力穩(wěn)定后自動繼續(xù)開關閥門。同時，系統(tǒng)對閥門、機械、電路等多種故障具有監(jiān)控報警功能。
５、其他功能
系統(tǒng)除了具有以上控制功能外，還具有生產計劃與調度、信息管理與決策支持等管理功能，以及視頻監(jiān)視功能等。
結論與展望
基于現場總線的水生產網絡控制系統(tǒng)能有產地進行工作，與傳統(tǒng)的方法相比，其最大的特點是造價低、功能強、結構靈活實用、可靠性高、安裝調試簡單且開發(fā)和維護費用低，根據不同的現場情況與用戶要求，系統(tǒng)可以擴展為不同的模式?，F場總線控制系統(tǒng)實現了現場通信網絡、自動控制系統(tǒng)和計算機網絡的有效無縫集成，從本質上完成現場通信網絡、現場設備互連、通信線供電、統(tǒng)一組態(tài)、開放式互連網絡等功能。
現場總線控制系統(tǒng)將為工業(yè)企業(yè)生產的全面自動化和遠程控制提供強大的基礎。
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