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基于PLC的DOS系统在水处理中的应用
xiao_xiao1 发表于 2009/9/14 11:42:45 513 查看 1 回复 [上一主题] [下一主题]
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我国水厂自动化技术经过几十年的发展，其水平和应用范围都得到了很大的提高。由于计算机产品质量的成熟，使水厂自动化进入了安全运行和经济效益显著的阶段。特别是是随着近年来半导体技术、网络技术、软件技术等高新技术的发展，使得PLC技术和现场总线技术都得到迅速提高，并被广泛应用于DCS系统中，使DCS正在向着更加开放，更加标准化，更加产品化的方向发展。目前在水处理自动化领域广泛使用的DCS系统硬件组成形式是PLC+通信系统+工业级微机，以下结合某自来水厂的具体要求进一步探讨基于PLC的DCS系统的功能特点和设计过程。
1 系统功能
在市场经济与信息时代的飞速发展中，企业内部之间以及与外部交换信息的需求不断扩大，现代工业企业对生产的管理要求不断提高，这种要求已不局限于通常意义上的对生产现场状态的监视和控制，同时还要求把现场信息和管理信息结合起来。管理的集中性和控制的分散性这一实际需要推动了DCS系统的发展，其实质是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制，该系统主要实现以下功能：
（1）数据采集功能。各现场级仪表和控制设备完成现场数据采集工作，并通过控制网络实现数据在整个控制系统中的传输和共享。
（2）监视功能。系统各分站及中控室设置上位监控计算机，实时显示现场工艺流程和工况，使操作人员能及日寸获知现场情况。
（3）控制功能。各分站设备通过PLC实现自动控制，使整个系统性能稳定，安全高效。
（4）管理功能。上位监控机提供交互式人机界面，操作人员通过上位监控机可实现对现场设备的控制，完成特定的操作要求，也即实现了设备的管理；同时通过上位机提供的数据查询显示等功能，可了解实时及历史生产情况，并可产生生产报表，实现了整个水厂的生产管理。
2 水厂工艺要求
某水厂供水能力为40万吨／日，主要工艺流程如图1所示：
源水取自距水厂20公里处的江水中，经取水机泵加压后通过源水管道送至水厂进行净水处理。厂区内的生产流程可分为加药、反应和平流沉淀、过滤、送水四个部分，其中加药和滤池两个工艺环节对出水水质的影响非常大，因此其设计是整个水厂自控系统的关键。加药工艺采用源水流量和SCD值前反馈控制方案，既有效地保证混凝效果，使滤前水浊度保持在2—3NTU，又准确计算出投药量，节约投药成本。滤池共有6个滤格，每个滤格采用PID算法控制恒水位过滤，以及根据相关条件触发反冲洗工艺，保证滤后水质。
3 系统网络设计
水厂自动控制系统是一个分布式控制系统，按系统结构进行垂直分解，分为设备层、控制层、信息层，各层既相互独立又相互联系，每一层又可按水平分解成若干子集。设备层中的设备种类繁多，如传感器、驱动器、变送器等，设备层网络通常是一个开放的网络，将底层各厂家的设备直接和车间级控制器相连，实现现场控制功能；控制层实现控制系统的网络化，控制层是一种高速确定性网络，对时间响应有苛刻要求，作为控制器之间和控制器和I／O设备之间的一条高速通信链路。
信息层采用lOOM 环形光纤工业以太网，控制层采用MB+工业控制网，设备层采用开放现场总线协议Modbus，由于系统取水分站与厂区有约2O公里，还需考虑取水分站PLC与厂区系统的无线数据通信问题，无线通信采用MDS数传电台实现。
4 系统硬件实现
系统具体设备选型和硬件实现。各分站独立运行，控制各分站现场设备，并通过网络共享信息。上位机采用Intellution Dynamics自动化软件产品家族中的监控制软件iFix2．6，iFix监控软件功能强大组态灵活，优化系统的管理。服务器数据库管理系统采用Microsoft SQL Server 2000，Microsoft SQL Server 2000是性能优良、安全高效的网络数据库管理系统。PLC控制系统分为3个主站，即取水分站、加药分站和送水分站。取水分站PLC控制4台取水泵组的工作，并通过无线电台与厂区的PLC通信；加药分站分为加氯分站和加矾分站，分别用二套PLC控制加氯系统和加矾系统；送水分站PLC控制4台送水泵组的工作，同时完成与取水分站的无线通信任务和滤池分站的协调控制任务，由于无线通信和控制协调任务的程序运行量并不是很大，考虑系统成本问题并没有另设PLC分站，而是采用送水分站PLC兼负完成此任务的方案；6个滤池分站作为送水分站PLC的子站，控制各滤格的恒水位过滤和反冲洗。
5 结束语
工业自动化控制系统设计是一门综合计算机技术、网络技术、自动控制技术的综合性工程技术，目前系统正向着更加标准化，更加产品化的方向发展。本系统设计紧密结合系统实际要求，又考虑了系统的标准化、可移植性、可伸缩性、可互操作性等，目前整体运行效果良好。其中加药工艺中由于现场混凝效果受多种因素影响，依靠原水流量和SCD值进行投药控制的方案认为还有待改进。