基于PLC的DOS系统在水处理中的应用0
基于PLC的DOS系统在水处理中的应用
基于PLC的DOS系统在水处理中的应用 2011年12月10日 来源: 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。 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。 参考文献: [1] 顾战松陈铁年编著,可编程控制器原理与应用,国防工业出版社,1996年8月 [2] 阳宪惠主编,工业数据通信与控制网络,清华大学出版社,2003年1月 [3] 郑文波编著,控制网络技术,清华大学出版社施普林格出版社,2001年8月 [4] 王常力廖道文主编,集散型控制系统的设计与应用,清华大学出版社,1993年6月 [5] 邱公伟主编,可编程控制器网络通信及应用,清华大学出版社,2000年3月
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