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技術(shù)文章

污水處理廠的自控系統(tǒng)構(gòu)建
污水處理廠的自控系統(tǒng)構(gòu)建
污水處理廠的自控系統(tǒng)是由現(xiàn)場儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號采集控制和人機(jī)界面（監(jiān)控）設(shè)備三部分組成。自控系統(tǒng)的構(gòu)建主要是指三部分系統(tǒng)形式和設(shè)備的選擇。本執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是根據(jù)工藝的要求由工藝專業(yè)確定，預(yù)留自控系統(tǒng)的接口，儀表的選擇將在后面的部分進(jìn)行描述。信號采集控制部分主要包括基本控制系統(tǒng)的選擇以及系統(tǒng)確定后控制設(shè)備和必須通訊網(wǎng)絡(luò)的選擇。人機(jī)界面主要是指中控室和現(xiàn)場值班室監(jiān)視設(shè)備的選擇。
1、 基本系統(tǒng)的選擇
   目前用于污水處理廠自控系統(tǒng)的基本形式主要有三種DCS系統(tǒng)、現(xiàn)場總線系統(tǒng)和基于PC控制的系統(tǒng)。從規(guī)模來看三種系統(tǒng)所適用的規(guī)模是不同。DCS系統(tǒng)和現(xiàn)場總線系統(tǒng)一般適用于控制點(diǎn)比較多而且廠區(qū)規(guī)模比較大的系統(tǒng)，基于PC的控制則用于小型而且控制點(diǎn)比較集中的控制系統(tǒng)。
基于PC的控制系統(tǒng)屬于高度集成的控制系統(tǒng)，其人機(jī)界面和信號采集控制可能都處于同一個(gè)機(jī)器內(nèi)，受機(jī)器性能和容量的限制，本工程廠區(qū)比較大，控制點(diǎn)較多，因此采用基于PC的控制系統(tǒng)是不太合適的。
   DCS系統(tǒng)適用于模擬量多，閉環(huán)控制多的系統(tǒng)。而現(xiàn)場總線系統(tǒng)的主要優(yōu)勢是適用用于控制點(diǎn)相當(dāng)較少而且特別分散的系統(tǒng)。從施工和維護(hù)的角度來看，傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)布線的工作量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于現(xiàn)場總線系統(tǒng)。此外，現(xiàn)場總線系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)相比，還有*為重要的一點(diǎn)是開發(fā)性好，擴(kuò)展方便。
本工程的控制點(diǎn)在700點(diǎn)左右，模擬量只占20％左右，屬于規(guī)模比較小的類型，而且這些控制點(diǎn)是以工藝處理單元為界線分散在廠區(qū)各處，因此本工程采用現(xiàn)場總線作為基本控制系統(tǒng)。
2、通訊網(wǎng)絡(luò)選擇
   現(xiàn)場總線系統(tǒng)*主要的特點(diǎn)就是依賴網(wǎng)絡(luò)通訊，分散控制和信號采集，*大程度的減少布線，節(jié)省安裝和維護(hù)費(fèi)用?，F(xiàn)場總線主要是指從現(xiàn)場控制器或IO模塊到監(jiān)控系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)。目前現(xiàn)場總線，根據(jù)通訊協(xié)議的不同可以分為很多種，比如，ProfiBus、CAN、ControlNet、DeviceNetFFLon總線等。目前現(xiàn)場總線技術(shù)還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各自的功能特點(diǎn)基本一致，因此本工程設(shè)計(jì)時(shí)選用在中小型控制系統(tǒng)應(yīng)用非常廣泛的ProfiBus總線。其在性價(jià)比較高，且在國內(nèi)推廣的時(shí)間長，穩(wěn)定性較高。
   ProfiBus總線有三種形式DP、PA和FMS。PA總線是與智能儀表結(jié)合在一起**性非常高的一種ProfiBus總線形式，造價(jià)比較高，常用于石油化工冶金等行業(yè)；FMS總線適用于大范圍和復(fù)雜的通訊系統(tǒng)，旨在解決通用性通訊任務(wù)，傳速速度中等；DP總線是用于傳感器和執(zhí)行器級的高速數(shù)據(jù)傳速網(wǎng)絡(luò)，不需要智能儀表配合，**性略低于PA總線。本工程是污水處理工程，對通訊**性的要求并不太高，通信的任務(wù)比較簡單，對系統(tǒng)的傳輸速度有一定要求。因此本工程的采用ProfiBUS－DP網(wǎng)絡(luò)，即用西門子S7系列PLC搭建整個(gè)系統(tǒng)。總線采用普通雙絞作為傳輸介質(zhì)，通訊速率可以達(dá)到12MBP。
3、現(xiàn)場站設(shè)備配置的選擇
   對于ProfiBus－DP網(wǎng)絡(luò)來說只是提供了一個(gè)從現(xiàn)場到監(jiān)控層的信息通道，但信號的采集和執(zhí)行命令的下達(dá)仍然需要由控制器和現(xiàn)場的IO模塊組成的站來完成。ProfiBus－DP網(wǎng)絡(luò)是一種主從站的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上*多可以有128個(gè)從站，但只有一個(gè)作為主站，所有的通訊事務(wù)都由主站來管理。主站必須要有控制器（CPU），同時(shí)也可以安裝IO采集模塊。從站有兩種方式：CPU＋I(xiàn)O模塊和通訊模塊＋I(xiàn)O模塊。**種方式每個(gè)從站都由CPU，每個(gè)站的控制事務(wù)都由本站完成，與主站之間的通訊量比較少。**種方式是所有的從站都沒有CPU，所有的控制事務(wù)都由主站CPU來完成，通過總線網(wǎng)絡(luò)把命令結(jié)果傳輸?shù)綇恼就瓿?，從站只是遠(yuǎn)程IO。
前述這兩種從站組成方式各有自己的特點(diǎn)。**種方式，控制比較分散，通訊事務(wù)較小，對網(wǎng)絡(luò)的依賴不強(qiáng)，但每個(gè)站都有CPU，造價(jià)高。**種方式，控制集中，控制事務(wù)對網(wǎng)絡(luò)依賴性強(qiáng)，需要可靠的網(wǎng)絡(luò)來支撐，同時(shí)對主站CPU的性能要求高，在軟件編程和調(diào)試方面具有很大的優(yōu)勢。這兩種方式對工程的現(xiàn)場安裝布線施工影響比較少。
本工程控制點(diǎn)的規(guī)模施工調(diào)試工期比較短，選用了性價(jià)比比較高的**種方式作為從站的組成方式即由西門子IM153通訊模塊和S7300系列IO模塊組成，主戰(zhàn)CPU選用S7 315-2DP系列。污水處理廠的自控系統(tǒng)構(gòu)建
4、人機(jī)界面設(shè)備的選擇
   人機(jī)界面設(shè)備是直接與操作管理人員進(jìn)行交流的監(jiān)控視備，一般由兩部分組成，即現(xiàn)場監(jiān)視設(shè)備和中控室監(jiān)視設(shè)備。現(xiàn)場監(jiān)視設(shè)備可以是PC機(jī)或是觸摸屏，中控室監(jiān)視設(shè)備一般由工控機(jī)、模擬屏或投影儀等組成。監(jiān)視設(shè)備應(yīng)在兼顧投資的情況下，保證操作管理人員可以對整個(gè)污水處理廠**直觀的監(jiān)視與控制。
   現(xiàn)場監(jiān)視設(shè)備一般在比較重要的單元或控制事務(wù)比較大的從站中設(shè)置，以便操作人員及時(shí)對現(xiàn)場情況進(jìn)行處理。本工程的從站的規(guī)模比較少，廠區(qū)大小從操作距離來看并不大，同時(shí)現(xiàn)場操作間內(nèi)均設(shè)有有線電話，因此可在不設(shè)不設(shè)現(xiàn)場監(jiān)視系統(tǒng)的情況下保證現(xiàn)場與中控室的聯(lián)絡(luò)暢通。
中控室監(jiān)視設(shè)備是全廠的指揮和信息處理中心，其作用不言而喻。中控室監(jiān)視設(shè)備比較傳統(tǒng)的做法是模擬屏加工控機(jī)的方式，這種方式造價(jià)比較高且復(fù)雜。隨著多屏卡功能的不斷完善，現(xiàn)場又出現(xiàn)了工控機(jī)多屏顯示加投影儀的模式。多屏卡的安裝使得一臺工控機(jī)可以同時(shí)拖動(dòng)多臺顯示器，并顯示不同畫面，不同的工段可以同時(shí)顯示，保證了操作人員監(jiān)視的**性。投影儀可以把所需要的任何畫面進(jìn)行放大顯示，也可以供人參觀。**種方式的造價(jià)要遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)做法。本工程選用APPinx一拖四的多屏卡和東芝投影儀一臺。
5、其它
成套設(shè)備的耦合
   本工程中鼓風(fēng)機(jī)為高速離心風(fēng)機(jī)，脫水機(jī)為2000mm帶寬脫水機(jī)，均為大型設(shè)備。這些大型設(shè)備是由許多輔助電動(dòng)部分與主機(jī)共同工作完成鼓風(fēng)機(jī)和脫水機(jī)的正常工作。本工程設(shè)計(jì)要求大型設(shè)備都單獨(dú)配有自己小型的控制器，由供應(yīng)商根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)編制相關(guān)程序并預(yù)留ProfiBus－DP接口，*終成為整個(gè)自控系統(tǒng)的一個(gè)從站。這樣就其它大型設(shè)備自控系統(tǒng)與整個(gè)自控系統(tǒng)無縫連接，減少了不同供應(yīng)商之間任務(wù)的交叉重疊。
監(jiān)控軟件的選擇污水處理廠的自控系統(tǒng)構(gòu)建

   監(jiān)控軟件是人機(jī)交流的橋梁和翻譯，是保證整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)易操作、易維護(hù)*重要的部分。應(yīng)選用成熟、先進(jìn)并應(yīng)用廣泛的知名監(jiān)控軟件，本項(xiàng)目選用力控PCAUTO組態(tài)軟件。
自控控制系統(tǒng)與管理層的銜接
   自控系統(tǒng)操作與污水處理廠管理層的銜接主要是把自動(dòng)控制系統(tǒng)收集到的全廠信息可以順利傳輸?shù)焦芾韺佑?jì)算機(jī)，管理人員可以在線查看污水處理廠的運(yùn)行狀況并調(diào)用相關(guān)的運(yùn)行數(shù)據(jù)。隨著監(jiān)控軟件的供應(yīng)商對INTERNET技術(shù)的不斷應(yīng)用開發(fā)，監(jiān)控軟件都可以通過局域網(wǎng)或INTERNET廣域網(wǎng)進(jìn)行信息發(fā)布，管理層或授權(quán)用戶在任何可以上INTERNET網(wǎng)的地方便可瀏覽運(yùn)行狀況。而所使用MSIE瀏覽器的**性問題已經(jīng)得到解決。
冗余問題
   由于本工程為污水處理廠工程，其**性和可靠性要求并不嚴(yán)格，本設(shè)計(jì)沒有對通訊網(wǎng)絡(luò)和控制器進(jìn)行冗余配置，只對上位工控機(jī)采用了雙機(jī)熱備配置。筆者認(rèn)為在資金允許的情況下，應(yīng)對主控制器進(jìn)行冗余配置。