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三菱PLC網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在普通快濾池的應(yīng)用
目前，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)已經(jīng)用于過(guò)程自動(dòng)化、制造自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域的現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備互連通信網(wǎng)絡(luò)中。作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，溝通了生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)與控制設(shè)備之間的聯(lián)系外，還連接著更控制管理層。因此，它不僅是一個(gè)基層網(wǎng)絡(luò)，而且還可構(gòu)成一種開(kāi)放式、新型全分布控制系統(tǒng)，即，集智能、傳感、控制、計(jì)算機(jī)、數(shù)字通信技術(shù)于一身的控制系統(tǒng)。正由于這些特點(diǎn)，以現(xiàn)場(chǎng)總線作為技術(shù)支撐的FCS在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域有明顯的優(yōu)勢(shì)，如很的精確性、設(shè)計(jì)組態(tài)簡(jiǎn)單、擴(kuò)展安裝方便、易于維護(hù)、節(jié)省軟硬件投資等。它被公認(rèn)為第五代控制系統(tǒng)，成為當(dāng)今工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的必然趨勢(shì)。
九十年代中期，國(guó)際上興起的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)與自動(dòng)化儀表系統(tǒng)相結(jié)合的成果。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線定義為：現(xiàn)場(chǎng)總線是連接工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)儀表與設(shè)置在控制室內(nèi)控制設(shè)備的數(shù)字化、串行、雙向、多變量、多節(jié)點(diǎn)的通信網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（Field　Control　System,FCS）定義為：由各種現(xiàn)場(chǎng)儀表通過(guò)互連與控制室內(nèi)人機(jī)界面所組成的系統(tǒng)；一個(gè)全分散、全數(shù)字化、全開(kāi)放和可互操作的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)。
　　　考慮上述因素，　對(duì)筆架山水廠普通快濾池設(shè)計(jì)時(shí)，選用現(xiàn)場(chǎng)總線作為控制系統(tǒng)支撐技術(shù)。基于現(xiàn)場(chǎng)總線的筆架山水廠普通快濾池自動(dòng)控制系統(tǒng)，應(yīng)達(dá)到如下要求：
⑴　系統(tǒng)具有較的可靠性。
⑵　筆架山水廠普通快濾池設(shè)計(jì)以全自動(dòng)化，無(wú)人值守為目標(biāo)。
⑶　具有自動(dòng)故障診斷和故障處理功能。
⑷　具有遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。
⑸　系統(tǒng)具有較強(qiáng)的開(kāi)放性，能與全廠計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)交換信息。
　　　經(jīng)過(guò)對(duì)幾家（如MODBUS、PROFIBUS、CCLINK）現(xiàn)場(chǎng)總線的性能和價(jià)格認(rèn)真比較，且考慮到過(guò)去使用情況。本系統(tǒng)采用日本三菱PLC的CCLINK總線網(wǎng)絡(luò)作為支撐網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)內(nèi)控制裝置采用三菱A系列PLC和FX系列PLC　兩種，分級(jí)控制著現(xiàn)場(chǎng)及車(chē)間設(shè)備運(yùn)行。
CCLINK網(wǎng)絡(luò)特性圖如下：
　CCLINK具有如下特性：
1）在同行業(yè)中快的通信速度，在需要速應(yīng)答時(shí)，可支持傳感器輸入及智能化設(shè)備之間進(jìn)行大量數(shù)據(jù)傳送。在100米距離內(nèi)通信速率達(dá)10MB，1200米距離通信速率也達(dá)156KB。
2）對(duì)分散的PC（Progromme　Controller）控制連網(wǎng)后進(jìn)行循環(huán)傳送，即，在主控PC與本地PC之間進(jìn)行N：N的　循環(huán)傳送。實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的全分散、全開(kāi)放、互操作、互換性。
3）可連智能設(shè)備，進(jìn)行信息傳送。
　　　　除了字?jǐn)?shù)據(jù)的循環(huán)傳送以外，CCLINK　系統(tǒng)還能與智能化設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通　　　　　　　　信，這些設(shè)備包括顯示設(shè)備、條形碼讀寫(xiě)器、測(cè)量設(shè)備以及個(gè)人電腦等。
4）完善的RAS功能。具有自動(dòng)在線恢復(fù)、待機(jī)主控功能、切斷從站功能、確認(rèn)鏈接狀態(tài)功能及測(cè)試和診斷功能，系統(tǒng)具有度可靠性。
5）多廠商的開(kāi)放性網(wǎng)絡(luò)具有度的安全性。
6）采用雙絞線組成總線網(wǎng)，節(jié)省投資，提控制性能。
一、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
1．就地控制單元硬件設(shè)計(jì)
就地控制單元不僅具有自動(dòng)控制功能，　由于觸摸屏的使用，而具有直觀畫(huà)面監(jiān)視功能，其結(jié)構(gòu)如圖二所示。
如圖所示，單格濾池由五個(gè)閥門(mén)組成：　DF進(jìn)水電磁閥、F1出水閥、F2水沖閥、F3氣沖閥、F4排水閥。由一臺(tái)FX2N　PLC控制單格濾池的自動(dòng)過(guò)濾和自動(dòng)反沖洗。濾池就地控制單元即CCLINK　網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)從站，執(zhí)行三格濾池的控制過(guò)程內(nèi)部數(shù)據(jù)交換。三格濾池通過(guò)RS485網(wǎng)絡(luò)互連，這種RS485網(wǎng)絡(luò)速率為192KB、距離為50米、數(shù)據(jù)傳送量不大，但也是N`：N網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)主控PC與從站PC之間數(shù)據(jù)循環(huán)傳送。通過(guò)此網(wǎng)絡(luò)三格濾格的三臺(tái)FX2N　PLC與觸摸屏互連。
濾池就地控制單元功能包括：
① 　控制單格濾池的自動(dòng)過(guò)濾和自動(dòng)反沖洗。自動(dòng)過(guò)濾監(jiān)測(cè)濾池水位，據(jù)濾池水位的情況及時(shí)調(diào)整出水閥的開(kāi)度，使濾池保持在過(guò)濾水位。當(dāng)運(yùn)行周期到或強(qiáng)沖或水頭損失以達(dá)到時(shí)，濾池進(jìn)行自動(dòng)反沖洗。控制器監(jiān)測(cè)濾池水位到達(dá)低水位，開(kāi)啟排水閥，開(kāi)啟氣沖閥、氣沖5分鐘，關(guān)閉氣沖閥；開(kāi)啟水沖閥、水沖5分鐘、關(guān)閉水沖閥；關(guān)閉排水閥，沖洗結(jié)束。
② 控制方式和流程的選擇。識(shí)別手動(dòng)、自動(dòng)集控（包括全自動(dòng)及觸摸監(jiān)控）方式。根據(jù)實(shí)際情況選擇氣水沖洗和單純水沖流程。
③ 保護(hù)功能。當(dāng)濾池水位于水位時(shí)，自動(dòng)停止進(jìn)水，開(kāi)大出水閥。給出報(bào)警提示。當(dāng)濾池水位于水位時(shí)，除上述操作外，自動(dòng)關(guān)閉出水閥。
④ 故障檢測(cè)和診斷。檢測(cè)閥門(mén)在規(guī)定時(shí)限內(nèi)是否到位，進(jìn)行檢錯(cuò)分析，為可靠性控制提供依據(jù)。
⑤ 動(dòng)畫(huà)監(jiān)視。以動(dòng)畫(huà)形式實(shí)時(shí)顯示濾池各個(gè)閥門(mén)開(kāi)關(guān)狀態(tài)、到位情況、故障發(fā)生情況等；顯示各個(gè)濾格狀態(tài)（包括正常過(guò)濾、沖洗、觸摸屏狀態(tài)、手動(dòng)控制等）；顯示風(fēng)機(jī)水泵運(yùn)行及故障情況；實(shí)時(shí)顯示水位值。
⑥ 實(shí)時(shí)操作。包括濾格狀態(tài)（全自動(dòng)/觸摸監(jiān)控方式）選擇；故障復(fù)位；在觸摸監(jiān)控方式下對(duì)濾池各個(gè)閥門(mén)進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。
⑦ 遠(yuǎn)程操作。在觸摸屏上可執(zhí)行對(duì)兩臺(tái)風(fēng)機(jī)及兩臺(tái)反沖泵的直接啟/停控制。
2．集控主站硬件設(shè)計(jì)
　　　　集控主站放置于車(chē)間的值班室內(nèi)，由A系列PLC　作為主控制器。其硬件結(jié)構(gòu)圖如圖三所示。　
濾池集控主站管理CCLINK網(wǎng)絡(luò)上八個(gè)從站（每個(gè)從站監(jiān)控三個(gè)濾池）共對(duì)24個(gè)濾池的1100點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和交換；監(jiān)控兩臺(tái)風(fēng)機(jī)、兩臺(tái)反沖泵運(yùn)行；對(duì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并上送到廠級(jí)站　。濾池集控主站的功能有：
① 動(dòng)畫(huà)監(jiān)視。以動(dòng)畫(huà)形式實(shí)時(shí)顯示24格濾池各個(gè)閥門(mén)開(kāi)關(guān)狀態(tài)、到位情況、故障發(fā)生情況等；顯示各個(gè)濾格狀態(tài)（包括正常過(guò)濾、沖洗、觸摸屏狀態(tài)、手動(dòng)控制等）；顯示風(fēng)機(jī)水泵運(yùn)行及故障情況；實(shí)時(shí)顯示水位值及1小時(shí)內(nèi)濾格水位變化趨勢(shì)。
② 監(jiān)控兩臺(tái)風(fēng)機(jī)、兩臺(tái)反沖泵運(yùn)行。對(duì)風(fēng)機(jī)變頻器進(jìn)行選擇、變頻器頻率設(shè)置。
③ 實(shí)時(shí)操作。執(zhí)行對(duì)濾池進(jìn)行強(qiáng)沖；排水閥、氣沖閥、水沖閥的統(tǒng)一管理（同一時(shí)刻只能打開(kāi)一個(gè)閥門(mén)）。
④ 流程的選擇。根據(jù)實(shí)際情況選擇氣水沖洗和單純水沖流程。
⑤ 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的顯示。以數(shù)字和曲線形式實(shí)時(shí)顯示24格濾池的水位及1小時(shí)內(nèi)水位走勢(shì)；以數(shù)字和矩形圖形式實(shí)時(shí)顯示24格濾池的運(yùn)行時(shí)間。
⑥ 歷史數(shù)據(jù)查詢。觸摸屏可存儲(chǔ)三千條記錄（保持三個(gè)月的運(yùn)行參數(shù)不刷新）。記錄包括：24個(gè)濾池沖洗發(fā)生時(shí)間結(jié)束時(shí)間；濾池所處狀態(tài)（全自動(dòng)/觸摸監(jiān)控）；24格濾池各個(gè)閥門(mén)故障發(fā)生時(shí)間等。
⑦ 故障查詢。當(dāng)濾格閥門(mén)故障報(bào)警發(fā)生時(shí)，用戶查看具體的故障類型、位置和發(fā)生時(shí)間。
⑧ 參數(shù)設(shè)置。可對(duì)濾池運(yùn)行時(shí)間、運(yùn)行水位；濾池水沖時(shí)間、氣沖時(shí)間；閥門(mén)開(kāi)關(guān)時(shí)限；啟動(dòng)反沖泵臺(tái)數(shù)；風(fēng)機(jī)變頻器選擇等，通過(guò)人機(jī)對(duì)話方式由技術(shù)人員設(shè)置，此功能只能通過(guò)密碼進(jìn)入。
二、　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
1、濾池集控主站軟件設(shè)計(jì)
　　　　濾池集控主站其結(jié)構(gòu)圖如下：
主站軟件包括24格濾池排隊(duì)沖洗、CCLINK網(wǎng)絡(luò)管理、兩臺(tái)風(fēng)機(jī)監(jiān)控、兩臺(tái)反沖泵監(jiān)控、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、故障診斷報(bào)警、與廠站通信等。　
2、濾池就地控制單元軟件設(shè)計(jì)
濾池就地控制單元包括：?jiǎn)胃駷V池控制、C網(wǎng)絡(luò)管理（CCLINK網(wǎng)絡(luò)）、R網(wǎng)絡(luò)管理（RS485網(wǎng)絡(luò)）、人機(jī)界面、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、故障診斷、風(fēng)機(jī)及反沖泵監(jiān)控等功能。
單格濾池控制執(zhí)行自動(dòng)過(guò)濾監(jiān)測(cè)濾池水位，根據(jù)濾池水位的情況及時(shí)調(diào)整出水閥的開(kāi)度，使濾池保持在過(guò)濾水位。當(dāng)運(yùn)行周期到或強(qiáng)沖或水頭損失以達(dá)到時(shí)，濾池進(jìn)行自動(dòng)反沖洗。單格濾池控制軟件流程如圖六所示。
三、系統(tǒng)運(yùn)行
筆架山水廠普通快濾池系統(tǒng)在投入運(yùn)行五個(gè)月來(lái)，一直穩(wěn)定可靠。見(jiàn)圖七及圖八所示濾池車(chē)間改造前后濾池控制柜比較。濾池水質(zhì)也有所提，且運(yùn)行周期比過(guò)去延長(zhǎng)50%。工人的勞動(dòng)強(qiáng)度得到大幅降低，激發(fā)工人強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)興趣。系統(tǒng)的自診斷功能充分發(fā)揮作用，設(shè)備的維護(hù)率得到了很大提。基本上能實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。
四、結(jié)束語(yǔ)
現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，這種網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)滲透于自動(dòng)控制儀表和系統(tǒng)中的結(jié)果。在自動(dòng)控制領(lǐng)域已經(jīng)得到越來(lái)越多的應(yīng)用，毋庸置疑，該技術(shù)具有廣大前景。