水处理过程微机监控系统的研究

0　概述 纯净水是特殊行业至关重要的生产物资，如电厂锅炉用水等。纯净水在水质、水压、流量等方面的要求是非常严格的。目前我国很多水净化的自动化程度还不是很高，对供出的纯净水水质、水压、流量等数据的采集和监测还只是人工的定时巡检，不能实时准确地进行监控，严重影响供水的质量，而且，若出现了质量问题也只能根据人工抄表的数据进行核对，由于存在人为的因素，对及时发现问题和解决问题不利；同时，人工抄表的数据不利于数据的及时汇总和形成报表，不便于管理人员和质量控制人员根据报表进行决策。如果对整个水处理实行全过程微机监控，对各个参数进行24ｈ实时监控，那么有利于形成报表以供决策。综上所述，在水净化系统实行全过程实时监控是很有必要的。 1　微机监控系统的工作原理 整个微机监控系统的框图如图1所示。微机监控系统须采集和监测的输入信号共计有512个，包括：原水量、纯水量，各个采样点的瞬时流量、电导率、电压、电流、阀的开度、压力、温度、电耗、水位、过载信号、控制反馈信号等，通过各种传感元件、一次仪表或其他方式进入系统。控制输出信号共有192个，包括电机、电磁阀控制、电动阀控制等。 输入信号从总体上可分为三类：开关量信号、模拟量信号、脉冲信号。开关量信号包括由浮球式水位仪接入的水位信号、由反馈触点接入的控制反馈信号。模拟信号包括由液位传感器接入的液位信号、由电导率表接入的电导率信号；由互感器接入的电压、电流信号；由位置感应器接入的阀度信号等。以上信号均为(4～20ｍＡ)电流信号。脉冲信号包括由脉冲流量计接入的水量信号，由脉冲式电度表接入的电耗信号等。其逻辑"0"电平为1Ｖ以下，逻辑"1"电平为3.5Ｖ～30Ｖ。输出信号包括19台水泵、加药泵的驱运控制，其电机功率范围从0.5ｋＷ～37ｋＷ不等。电磁阀和电动阀门功率都很小。输出信号均以220Ｖ进行控制。 　　现场信号的分布较复杂，相互距离集中在泵房、水池、处理车间等几个工作现场，因此在系统控制方式和策略上要加以考虑。 在微机监控系统(见图1)中采用一级2台工控机控制，以提高可靠性，采用施耐德公司的Ｑｕａｎｔｕｍ系列可编程序控制器(ＰＬＣ)作为下位控制机，研华公司的ＩＰＣ610Ｐ工控机为主控计算机，监测数据的提取采用Ｍｏｄｉｃｏｎ的数据采集模块，并以Ｍｏｄｂｕｓ方式连接，以提高数据的可靠性和减少布线。主控计算机之间、工控机与ＰＬＣ之间通过以太网连接，操作人员可察看工作情况和查阅报表。 2　系统的硬件设计 系统的硬件设计与选取直接关系到系统的性能。由于系统对可靠性、抗干扰性等方面的要求较高，本方案在硬件设计中采用的方法和措施主要有： 1)主控计算机是整个系统的核心，负责收集、处理、显示各个数据监测模块通过Ｍｏｄｂｕｓ网络传过来的数据，并根据处理结果做出相应的控制，在本系统中采用研华ＩＰＣ610Ｐ工业控制计算机，采用ＰⅢ1ＧＣＰＵ，通过2个以太网接口分别与交换机、可编程序控制器及各个模块进行通讯，具有防撞击、防震动、耐高温等特性，其抗干扰性、可靠性都能达到系统要求。 2)可编程控制器是系统控制的主要部分，接受来自主控计算机的指令，并且通过程序逻辑向外发出控制信号，控制外面的执行机构，同时把执行机构的反馈信号以及另外的输入信号状态传给主计算机，供主控计算机处理。本系统采用Ｑｕａ ｎｔｕｍ系列可编程控制器，其存储器可达512Ｋ字以上，最多可扩展到3个机架，30个Ｉ Ｏ单元，梯形逻辑解算时间为0.3～1.4μｓ，Ｉ Ｏ的刷新时间为0.7ｍｓ，配有1个ＣＰＵ模块，16个Ｉ Ｏ单元，1个以太网通讯模块，其输出均可采用220Ｖ电压，可大大简化控制设计，各个输入输出可加入保险管进行短路保护。 3)数据监测模块集中进行数据采集和监测，并通过Ｍｏｄｂｕｓ网络传给主控ＣＰＵ，使得控制和线路简单，维修方便。在本系统中采用Ｍｏｄｉｃｏｎ的输入输出模块140ＡＣ系列，它是一种专用的模拟量模块，具有双缆接口的设备，可进行软件配置和校准，采用Ｍｏｄｂｕｓ传输标准，Ｍｏｄｂｕｓ是一个事实上的工业标准主 从协议，现分别介绍如下： ａ)简单且安装方便 ＭｏｄｂｕｓＰｌｕｓ双绞线电缆和Ｍｏｄｂｕｓ连接器系统使安装轻而易举，作为一种自举网络，Ｍｏｄｂ ｕｓＰｌｕｓ是真正的即插即用网络。 ｂ)Ｍｏｄｂｕｓ跨系列连接 ＭｏｄｂｕｓＰｌｕｓ使所有Ｍｏｄｉｃｏｎ模块式控制器之间可相互连接，同时可与Ｍｏｄｃｏｎｎｅｃｔ合作伙伴生产的各种产品连接。 ｃ)高性能 以可预测的和确定的方式每秒传递20，000位至寄存器，并且包括全局数据和对等数据表，使通讯建立和初始化简便易行。 ｄ)维护容易 诊断程序和ＬＥＤ正常 故障状态指示可使现场人员很快修复网络故障。 ｅ)通讯编程容易 无论是简单的984梯形逻辑ＭＳＴＲ指令或Ｃｏｎｃｅｐｔ中的ＩＥＳ1131等功能，均能较容易应用于通讯和综合网络诊断等事件的初始化。主计算机用ＮＥＴＢＩＯＳ可兼容软件库实现ＭｏｄｂｕｓＰｌｕｓ，该库可在主应用程序中调用。每个ＭｏｄｂｕｓＰｌｕｓ主机接口都配有合适的软件库，提供给所有主要的平台和主要的操作系统。其他器件如网络、中继器等使网络的设计与执行更灵活。网络使单个ＭｏｄｂｕｓＰｌｕｓ网络能够连在一起，从而使总的可寻址节点的数超过16，000，000。双绞线中继器可使通讯距离长达1820ｍ左右。 主控计算机与可编程控制器之间采用以太网接口通讯协议，与各个模拟量采集模块之间采用ＭｏｄｂｕｓＰｌｕｓ通讯协议。ＭｏｄｂｕｓＰｌｕｓ协议是特别为满足工业控制要求设计的主 从标准。具有通讯距离长、传送速率高、连线少、连接容易的特点，是工业上使用最广泛的双向有补偿传输线标准。 3　系统的软件设计 系统软件采用组态软件，采用ＧＥ公司的ＩＦ ｉｘ2.6ＣＰｌｕｓＳＣＡＤＡＰＡＣＫ900Ｒ Ｔ工控组态软件，安全能力包括使用跟踪数据输入和报警确认的电子签名、一个可以使ＩＦｉｘ安全特性与操作系统安全特性保持同步的功能强大的工具、报警ＯＤＢＣ服务升级和报警一览对象中新增的报警确认行为；对于ＩＦｉｘ画面，创建画面向导可以无缝地创建多画面配置，或者使用一个已经存在画面的尺寸；新增的数据链接邮戳标记有助于控制数据链接的尺寸和位置；多对象创建模式具有创建特定对象多个实例的能力；基本动画对话框允许在同一位置访问若干个常用的动画专家；ＩｎｆｏＡｇ ｅｎｔ图符可以使画面中包含Ｗｅｂ网页；交叉引用工具可以方便地确定在画面中被使用的标签和使用标签的画面；编辑图符向导和图表组向导作为工具可以下载，目前已经集成在ＩＦｉｘ中；虚拟键盘可以用于触摸屏环境以及使用鼠标输入密码或数据的情况；新增的ＳＭ2模拟驱动器提供用于测试用途的地址矩阵。系统的流程如图2。 系统启动后进行初始化操作，以确保各个部分的正常工作，随后系统启动主线程和各个通讯线程，通讯线程负责与可编程控制信号器的通讯，它实时地将外面的输入信号与各种模拟量传入计算机，同时将计算机的输出命令和输出模拟量传给可编程控制器，去控制外面的执行机构；控制数据采集模块的数据通过以太网实时地传入计算机；主控线程负责将来自可编程和数据采集模块的数据进行处理，然后根据处理结果进行输出控制、数据显示、故障报警，并形成历史曲线和数据报表，供管理人员查阅和参考。 4　运行状况与分析 本系统在电厂的水净化过程系统中投入实际运行，使用以太网进行远程数据采集，运行状况良好，避免了以前的人工抄表、人工控制所带来的一系列问题，提高了劳动生产力，并且为管理人员提供了可靠的数据依据。方案采取的有效措施有： 1)主控计算机在现场条件下应具备可靠接地，要减少干扰； 2)通讯电缆应采用屏蔽线； 3)以太网络过长时应加入中继器，并注意网络终端匹配的选择。 5　小结 1)监控系统的设计应充分考虑系统要求和成本。在本系统中，若各个设备独立地进行数据采集和传输必将引起成本上升，而且可靠性也不易得到保证。 2)要采取合理的控制策略和控制结构。本系统根据现场特点，采用一级控制结构、集散式控制系统和Ｍｏｄｂｕｓ总线方式，性能优良且降低了成本。 3)系统在远程现场控制的安全等方面还需要进一步完善。　　　　 信息来源于：慧聪网