Profibus 在软水处理系统中的应用

结合软水处理系统智能化控制的具体工程项目，利用先进成熟的PROFIBUS现场总线技术和设备构建了PLC分布式控制系统，系统成功地解决了软水处理中的智能化控制问题，提高了软水处理设备的运行效率和管理水平，系统的稳定运行再次证明了现场总线技术的安全性、可靠性和先进性。 多年来，PROFIBUS 风靡全球，成功地应用于制造业、楼宇、过程控制和电站自动化，PROFIBUS 产品在世界市场上被普遍接受，市场占有率超过40%，年增长率为20%～30%，目前支持PROFIBUS 标准的产品超过1500多种，分别来自国际上250多个生产厂家。在世界范围内已安装运行的PROFIBUS设备已超过200万台。PROFIBUS是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准，总线存取协议是通过OSI参考模型第二层（数据链路层）来实现的，它包括了保证数据可靠性技术及传输协议和报文处理。由P R O F I B U S - F M S 、PROFIBUS-DP 和PROFIBUS-PA组成了P R O F I B U S 系列。PROFIBUS-FMS 主要用于工厂、楼宇自动化的单元级，实现对变量的访问、程序调用、运行控制及事件管理等；PROFIBUS-DP 主要用于现场级的高速数据传输、解决自动控制系统（如PLC、PC 等）通过高速串行总线与分散的现场设备(I/O、驱动器、阀门等)之间的通信任务。PROFIBUS-PA 是PROFIBUS-DP 在保持其通讯协议的条件下，增加了对现场仪表而言优选的传输技术， 是PROFIBUS-DP 向现场的延伸。 在许多企业，软水处理系统是锅炉运行不可缺少的重要组成部分，水质处理的好坏直接影响锅炉的寿命和安全。充分利用先进成熟的PROFIBUS 现场总线技术实现软水处理系统的自动控制，是生产和信息化管理的必然途径。 系统控制功能 1. 软水处理系统工艺流程 软水处理系统是基于钠离子交换原理进行工作的，自来水（要求进水压力在0.2～0.3 MPa）经软水处理器处理后进入软水箱，经恒压供水系统送往冷却循环水池、冷冻水池和锅炉房等。在设定好产水量后，打开进水开关，软水处理器按四个过程循环工作。 2. 控制功能 为了能够监测设备的工作状态和软水水质的变化情况，保证设备的稳定运行和软水的保质供应，实现该设备的集中监控，提出如下控制功能： (1) 采用可靠性高的SIEMENS S7-300PLC 进行控制。 (2) 设置触摸屏作为现场操作面板，实现本地显示和操作。 (3) 设置电动阀和液位计进行盐液箱的液位检测和控制，以保证盐液浓度的稳定。 (4) 实现软水器出水流量和硬度的在线检测。 (5) 实现水质异常的紧急处理。 (6) 设置多路阀的运行反馈和出水电磁阀的动作反馈，实现工作过程可视化。 (7) 增设变频管道泵和压力变送器，实现进水压力的控制。 (8) 实现软水水箱液位与软水处理器的联锁控制功能，在水箱满液位附近时停止或启动软水处理器的工作，以保证软水的稳定供给。 (9) 实现远程监控功能。 系统硬件构成 1. PLC 系统 PLC 系统的输入信号包括：变频器故障信号、多路阀位置反馈信号、出水阀开关反馈信号、补水阀开关反馈信号、空气开关的开关信号，以及盐液箱液位、出水流量、进水压力等，输出包括控制变频器的起停和工作频率、多路阀的通断、出水阀和补水阀的开关。 本系统的可编程序控制器（PLC ）选用S I E M E N S S 7 -315PLC，该系列PLC自带2个DP接口，功能强、扩展方便、性价比好，完全满足系统控制要求。该PLC 作为PROFIBUS-DP 网络主站，处理系统各种数据和工艺流程，如接收网络将控制命令控制设备；将DP 从站的信息采集回来进行处理。 2. 彩色触摸屏TP170B 为满足方便现场操作员实时、灵活、准确、安全地控制，系统在控制柜上设置了一台西门子TP170B 触摸屏作为现场操作面板，通过DP 接口和S7-315 相连。不同级别的操作员被授予不同的操作密码，根据各自的权益进行水处理器的起停、时间和流量参数的设定。该触摸屏使用方便、灵活实现控制命令的输入及状态的监视，且在安装时不占用空间，其坚固的防护结构和专业设计能经受现场恶劣环境的考验。 3. 变频器 变频器采用DANFOSS2800系列，通过DP 接口和PLC 相连，实现进水的恒压供给，同时将运行和故障信号通过DP 总线传送给PLC 处理。 4. DP/PA Coupler 及PA 从站 DP/PA Coupler 既是S7-315PLC的从站，又是下位PA仪表的主站，所有PA从站（进水压力、出水流量、出水硬度、液位）信号均通过P A 接口经过D P / P A Coupler 转发给PLC 处理。 5. 操作员站 系统在能源管理中心室设置了一台计算机作为操作员站，它用于系统管理和远程监控。不同级别的操作员被授予不同的操作密码，可根据各自的权益对系统进行有效的监控和管理。操作员站与S7-315PLC 主站是通过厂区骨干网（工业以太网）传输数据。 系统软件设计 1. 上位监控软件 上位机监控软件采用当今世界通行的工控组态软件Intellution IFIX 2.6 组态而成，该软件功能强大，基于Microsoft Windows 界面，具有VBA 脚本编辑功能，程序员可利用软件自带的专家系统设计，也可利用VBA 脚本编辑功能灵活编程。该软件分为H M I 和SCADA两部分，HMI具有丰富的图形库和绘图工具，程序员可在此基础上做出丰满、动感、色彩斑斓的图形和操作界面；SCADA 具有强大的驱动功能，可同时配置8 个驱动程序，每个驱动程序可同时配置任意多同系列的硬件设备。SCADA所具有的强大的驱动功能可满足现场任何驱动需要。 监控软件设计了管理员登录功能、授权密码管理功能、软水处理系统监控界面、实时报警功能，以及系统管理功能。 2. 现场操作面板 现场操作面板监控软件采用SIEMENS HMI 组态软件ProTool V5.2中文组态版设计而成。操作员面板是通过自身所带的MPI/DP 接口与PLC 交换数据。监控软件设计了“口令管理”、“系统监控”、“单机监控”、“系统设定”等画面，另外还设计了实时故障报警等功能。在这里，反洗、再生、正洗时间设定和产水量、进水压力、PID参数设定全部得到实现，强制再生只需轻轻一按即可自动判断实现再生过程。 3. PLC 程序 软水处理系统的设备控制都是通过PLC 完成，PLC 软件实现现场操作员面板和上位机各种控制命令的响应和处理，进行变频泵、多路阀、出水电磁阀、补水电磁阀的控制；同时采集它们的反馈信号，经PLC判断和处理，将各阀的工作状态、软水处理器运行的各个阶段、出水流量（已处理流量）、盐水箱液位和进水压力在现场操作面板和上位机上实时显示，实现处理过程中故障的自动检测与报警，使运行和操作人员能及时地发现问题并妥善地处理问题，排放不合格水，减少盐和水的浪费。系统还能够自动储存停电前的产水量的设定值和剩余水量，能在来电后自动投入运行；在进水压力过低（或停水）时暂停工作，并记忆工作位置和处理流量，在进水压力正常后自动继续运行；可根据运行情况选择单罐运行或组合并联运行，并可实现各罐独立操作，互不影响。 系统根据工艺需要设计了手动、自动和强制再生3 种控制方式，操作员可根据现场情况灵活采用。 (1) 手动控制 系统在手动控制方式下，操作员可在现场或中控室方便、灵活地控制每个阀门的开关，使多路阀运行到工作、反洗、再生和正洗的任何一个位置，同时可实时监视返回的状态。 (2) 自动控制 系统在自动控制方式下，根据模式设定（时间控制模式、流量控制模式）自动判断进行系统的控制。在流量控制模式下，在操作员设定了产水量后，按运行按扭，PLC 将根据设定的程序，向多路阀和各电磁阀发布指令，自动完成各个阀门的开关，从而按图1的流程实现运行、反洗、再生、正洗等各个工作流程。这种模式下，系统采用涡轮流量计进行产水量的计量和处理流程的控制。 为了进一步增强系统的可靠性，可以根据在水压基本恒定的情况下，时间与流量成线性关系，系统增设了时间控制模式，在流量计出现问题时即可采用。在该模式下，控制流程同流量控制模式，只需将流量信号用时间信号替代即可。 (3) 强制再生软水处理器运行过程中，发现出水水质不合格而需要罐内树脂重新再生时，可使用强制再生程序。在这种方式下，按下强制再生按扭后，系统将由工作自动转为反洗，经过T1时间后转入再生，再生T2时间后转入正洗，正洗T3 时间后回到工作位置，完成强制再生过程。 系统投运以来，运行结果表明：该系统可靠性高、运行稳定，人机界面好，操作和维修简单，各项性能指标均达到了预期要求，保障了软水的质量和稳定供给。系统远程监控的实现，提高了工作效率，降低了人工劳动强度，有利于设备的运行和管理。