【文章內(nèi)容簡介】 發(fā)、編輯、調(diào)試 ； 2） 執(zhí)行應用程序 ； 3） 通過 Profibus 接口對從站的數(shù)據(jù)讀寫 ； 4） 從站遠程參數(shù)化設置 ； 5） 主 /從站故障報警與記錄 ； 6） 圖形監(jiān)控畫面設計、數(shù)據(jù)庫建立等監(jiān)控程序的開發(fā)與調(diào)試 ； 7） 設備組態(tài)、在線圖形監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲與統(tǒng)計、報表等功能。 Soft PLC 是將 PLC 的編程 (IEC1131)及應用程序運行功能，和操作員監(jiān)控站的圖形監(jiān)控開發(fā)、在線監(jiān)控功能集成到一臺堅固式 PC 機上，形成一個 PLC 與監(jiān)控站一體的控制器工作站。 應用 PROFIBUS 構建控制系統(tǒng)應注意的問題 項目是否適于使用現(xiàn)場總線技術 任何一種先進的技術都有一定的適用范 圍，超出這個范圍可能不會產(chǎn)生所期望的結果。當希望應用現(xiàn)場總線技術構建一個系統(tǒng)時，應著重考慮以下幾個問題 : 現(xiàn)場被控設備是否分散這是決定是否使用現(xiàn)場總線技術的關鍵。現(xiàn)場總線技術適合于分散的、具有通信接口的現(xiàn)場受控設備的系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線的優(yōu)勢在于節(jié)省大量的現(xiàn)場布線成本，使系統(tǒng)故障易于診斷與維護。對于具有集中 I/O 的單機控制系統(tǒng)，現(xiàn)場總線技術沒有明顯優(yōu)勢。當然，有些單機控制，在很難有空間用于大量的 I/O 走線時，也可以考慮使用現(xiàn)場總線。 系統(tǒng)對底層設備是否有信息集成要求現(xiàn)場總線技術適合對數(shù)據(jù)集成有較高要求的系統(tǒng)，如需 要建立車間監(jiān)控系統(tǒng)，或需要建立全廠的 CIMS 系統(tǒng)。在底層使用現(xiàn)場總線技術可將大量豐富的設備及生產(chǎn)數(shù)據(jù)集成到管理層，為實現(xiàn)全廠的信息系統(tǒng)提供重要的底層數(shù)據(jù)。 系統(tǒng)對底層設備是否有較高的遠程診斷、故障報警及參數(shù)化要求現(xiàn)場總線技術特別適合用于有遠程操作及監(jiān)控的系統(tǒng)。 系統(tǒng)實時性要求 系統(tǒng)的實時性是指現(xiàn)場設備之間在最壞情況下完成一次數(shù)據(jù)交換，系統(tǒng)所能保證的最小時間。簡言之，就是現(xiàn)場設備的通信數(shù)據(jù)更新速度。如果實際應用問題對系統(tǒng)響應有一定的實時性要求，可根據(jù)具體情況考慮決定是否采用現(xiàn)場總線技術。 采用什么樣的系統(tǒng)結構 用戶確定采用 Profibus 總線技術后，下一個問題就是采用什么樣的系統(tǒng)結構配置。這里主要包括兩點需要考慮 :一是系統(tǒng)的結構形式，一是總線的選型。 在考慮系統(tǒng)的結構形式時，要注意的是 :（ 1） 系統(tǒng)是否分層，分幾層，是否需要車間層監(jiān)控 ； （ 2） 有無從站，有多少，分布如何，從站設備如何連接，現(xiàn)場設備是否有總線接口，可否采用分散式 I/O 連接從站，哪些設備需選用智能型 I/O控制。可以根據(jù)現(xiàn)場設備地理分布進行分組并確定從站個數(shù)及從站功能的劃分 ；（ 3） 有無主站，有多少，如何劃分，如何連接。在考慮總線的 選型時，主要考慮 :（ 1） 根據(jù)系統(tǒng)是離散量控制還是流程控制，確定選用 DP 還是 PA，是否需要考慮本征安全 ； （ 2） 根據(jù)系統(tǒng)對實時性要求及傳輸距離，決定現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)傳輸速率 ； （ 3） 根據(jù)是否需要車間級監(jiān)控和監(jiān)控站，確定是否用 FMS 及連接形式 ；（ 4） 根據(jù)系統(tǒng)的可靠性要求及工程投入資金，決定主站形式及產(chǎn)品。 如何與車 間 或全廠自動化系統(tǒng)連接 要實現(xiàn)與車間自動化系統(tǒng)或全廠自動化系統(tǒng)的連接，設備層數(shù)據(jù)需要進入車間管理層數(shù)據(jù)庫。設備層數(shù)據(jù)首先進入監(jiān)控層的監(jiān)控站，監(jiān)控站的監(jiān)控軟件包具有一個在線監(jiān)控數(shù)據(jù)庫，這個數(shù)據(jù)庫的數(shù) 據(jù)分為兩部分。一是在線數(shù)據(jù)，如設備狀態(tài)、數(shù)值數(shù)據(jù)、報警信息等 。另一類是歷史數(shù)據(jù)，是對在線數(shù)據(jù)進行了一些統(tǒng)計分類后存儲的數(shù)據(jù)，可作為生產(chǎn)數(shù)據(jù)完成日、月、年報表及設備運行記錄報表。這部分歷史數(shù)據(jù)通常需要進入車間級管理數(shù)據(jù)庫。自動化行業(yè)流行的實時監(jiān)控軟件，如 FIX, INTOUCH, CITECT, WINCC 等，都具有 ACCESS, SYBASE 等數(shù)據(jù)庫的接口。工廠管理層數(shù)據(jù)庫通過車間管理層得到設備層數(shù)據(jù)。 5 基于 PROFIBUS 現(xiàn)場總線的水廠自動控制系統(tǒng) 現(xiàn)場總線控制技術因其巨大的技術優(yōu)勢，已在各個領域如機 械、化工、汽車、電力、樓宇等得到廣泛應用。近年來在自來水行業(yè)的應用也越來越普遍，基于現(xiàn)場總線的水廠自動化控制系統(tǒng)，它采用了計算機數(shù)字化通信技術，使水處理工藝過程參數(shù)及設備加入到信息網(wǎng)絡，成為企業(yè)信息網(wǎng)絡的底層，這樣公司級信息溝通的覆蓋范圍便一直延伸到了生產(chǎn)現(xiàn)場。在 CIMS 系統(tǒng)中，現(xiàn)場總線是水廠計算機網(wǎng)絡到現(xiàn)場級設備的通道，是支撐現(xiàn)場級與水廠級信息的技術基礎。 水廠自控系統(tǒng)現(xiàn)場總線結構形式 ` 圖 5 現(xiàn)場總線結構形式 以 PLC 為一類主站， PC 機監(jiān) 控為二類主站連接至 PROFIBUS 總線上，二類主站可完成遠程編程、參數(shù)化及在線監(jiān)控功能等 （如圖 5 所示） 。 PLC 現(xiàn)場設備 A 型 PLC 現(xiàn)場設備 現(xiàn)場設備 現(xiàn)場設備 現(xiàn)場設備 PLC 現(xiàn)場設備 PLC PLCV PROFIBUS PROFIBUS PROFIBUS B 型 C 型 PC PC PC 現(xiàn)場總線 PROFIBUS 控制系統(tǒng)的結構形式配置，需根據(jù)現(xiàn)場設備是否具備 PROFIBUS 接口及系統(tǒng)本身的實際需要來確定，圖 6 為水廠 PROFIBUS 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡結構圖。 圖 6 水廠 PROFIBUS 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡結構圖 選擇該網(wǎng)絡構成形式，其理由如下： （ 1） 水廠處理生產(chǎn)工藝流程的各個環(huán)節(jié)，環(huán)節(jié)與環(huán)節(jié)之間、環(huán)節(jié)內(nèi)部需檢測的參數(shù)與各個現(xiàn)場被控設備之間都相對 比較分散，且項目 (系統(tǒng) )對各個工藝環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)集成有較高的要求，除要達到遠程操作、診斷、監(jiān)控、參數(shù)化功能外，還必須為整個系統(tǒng)提供豐富的現(xiàn)場設備及生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為全公司的信息系統(tǒng)提供重要的底層數(shù)據(jù)。而恰到好處的解決這些問題正是現(xiàn)場總線技術的最大優(yōu)勢。 （ 2） 為確保實際應用項目 (系統(tǒng) )的成功實施，現(xiàn)場總線 PROFIBUS 的一些關鍵性技術能否在水行業(yè)得到正常應用，主要是看它在本行業(yè)是否有應用先例，經(jīng)過調(diào)研，確認 PROFIBUS 不僅在制造、電力等方面，在水行業(yè)也已有成功的應用，且有相當?shù)臉I(yè)績。 PC 一泵房 PLC 加藥房 PLC 濾池房 PLC 二泵房 PLC PC PC PC 行車排泥 PLC 1— PLC 4 行泥閥 PLC 5— PLC 8 行泥閥 PLC 1— PLC 12 PROFIBUS PROFIBUS— DP PROFIBUS— DP PC PC PC 中控室 （ 3） 根據(jù)水處理工藝流程 ，現(xiàn)場總線 PROFIBUS 將 PLC 分為四個工作站，一泵房站、二泵房站、加藥站、濾池站及中心控制室、廠長室，并設置為主站，而加藥和濾池主站則配置為分別帶有 8 個和 12 個智能型 I/O 從站的 PLC。對四個 PLC 工作主站，考慮到系統(tǒng)功能的要求及用戶的需要，每站分別配置了一臺計算機和網(wǎng)卡作監(jiān)控主站。 系統(tǒng)配置及設備選型 系統(tǒng)采用 PROFIBUS 現(xiàn)場總線的典型應用產(chǎn)品， SIEMENS 公司產(chǎn)品。 （ 1） 主站選擇 1） 選擇 S7300 系列的 CPU3152DP 為一類主站，它帶有一個 DP 和一個 MPI 接口，速率為 ， 數(shù)據(jù)傳輸距離 1200M，可連接 I/0 數(shù)目： DI/DO 1024 AI/AO 128 2） 選擇 CP3435 通信處理器，將 PLC 連接到 BROFIBUS 上，數(shù)據(jù)傳輸速率為 ， 。 3） 選擇 PC 機加 BROFIBUS 網(wǎng)卡作過程監(jiān)控的二類主站。 （ 1） 從站選擇 選擇 S7200 系列的 CPU2152DP 為智能型 I/O 從站，最大數(shù)據(jù)傳輸速率為 12M， 本身帶有 14DI/10DO， 亦可擴展到 62DV58DO 或 12AV4AO。 系統(tǒng)控制要求及控制方案的實現(xiàn) 中控室控制 為使水處理工藝各個環(huán)節(jié)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)現(xiàn)場設備在調(diào)度控制中心被實時監(jiān)視控制，廠調(diào)度室和廠長室都配有一臺惠普電腦連接至 PROFIBUS 現(xiàn)場總線上，通過 Wincc 組態(tài)圖形軟件既能監(jiān)視各站點生產(chǎn)狀況，又能控制操作現(xiàn)場設備的各種狀態(tài)，達到非常理想的集中控制功能。 操作系統(tǒng)為 WINDOWS NT WORKSTATION Ver , KERNEL SP4 0監(jiān)控平臺使用美國 Intellution 公司的 FIXMMI 工業(yè)控制軟件，直接嵌入 NT 操作系統(tǒng)內(nèi)部。實現(xiàn)了生產(chǎn)現(xiàn)場的動態(tài)監(jiān)控，調(diào)度主站的上 位機具有監(jiān)視、實時控制、數(shù)據(jù)記錄、報表打印功能。直觀的組態(tài)圖形可以使調(diào)度答理人員監(jiān)視到現(xiàn)場工藝動態(tài)流程 。重要設備的運行狀態(tài)；各工作站的工藝參數(shù)、機電參數(shù)、濾池反沖工藝參數(shù) 。設備的啟停及閥門的動作情況 。實時控制實現(xiàn)了對濾池反沖過程參數(shù)的設定與修改 。包括水位的設定 。報警上、下限的設定。數(shù)據(jù)記錄功能記錄了各測量點 200 天的數(shù)據(jù)，完全滿足了歷史查詢的需要。報表打印可打印過去有效時間的下作日志，也可即時打印，滿足了生產(chǎn)數(shù)據(jù)的存檔。調(diào)度主站操作系統(tǒng)設有操作員權限，即考慮到調(diào)度操作的方便，又有效地防止了關人員的誤操作。 手動、自動控制 為了維護方便、操作靈活對各個 PLC 站點的設備均設置有手動、鍵控和全自動控制方式。一泵房 PLC 通過 PROFIBUS 接受二泵房 PIE 采集的清水池水位，出廠水流量等數(shù)據(jù)，對一泵房機組進行全自動閉環(huán)控制，二泵房則通過網(wǎng)絡根據(jù)調(diào)度室確定的指令及流量、壓力、設備狀況進行自動控制。 濾池控制 濾池控制 PIE 站點，在控制室柜中裝有西門子 CPU 315PLC，在每格濾池操作臺內(nèi)裝有西門子 CPU2152DP PLC，它們之間通過 DP 端口利用屏蔽雙絞線連接在一起，構成 PROFIBUS— DP 總線，其中 S7300 是主站，其它 12 臺 S7200是從站，實現(xiàn)對濾池的全自動反沖洗。 我國于八十年代開始引進法國 DEGREMONT(德利滿 )公司開發(fā)的 V 型濾池， V 型濾池過濾和濾料再生的自動控制是濾池正常生產(chǎn)運行的保障。我們采用了可編程序控制器和工業(yè)電腦 （ PLC+IPC） 組成的實時多任務集散型控制系統(tǒng)，對濾池過濾和反沖洗實行自動控制。其功能是 :實現(xiàn)六套系統(tǒng)恒水過濾 ； 濾池反沖自動化、實現(xiàn)調(diào)度對工藝的實時監(jiān)控。整個控制系統(tǒng)是基于西門子系列可編程控制器對六個濾池控制由兩套 S7300PLC 實現(xiàn)。 S7— 200PLC 控制六個濾池的反沖泵和風機系統(tǒng)，完成對六個濾池反沖的自動控制。 濾池恒水位過程的控制主要通過調(diào)節(jié)濾后水調(diào)節(jié)閥實現(xiàn)水位的恒定，在濾池的相應部位安裝了水位傳感儀、水頭損失傳感器。濾池的過濾就是通過它們測出濾池的水位和水頭損失，將水位值及濾后水閥門的開啟度送入 PLC，經(jīng) PLC 中PID 模塊運算，調(diào)節(jié)濾后水調(diào)節(jié)閥實現(xiàn)水位的恒定，設計中應用 PID 模塊，僅采用比例、積分控制，關閉微分回路，較好的實現(xiàn)了恒水位控制。 一組濾池的反沖洗由 S7 300 來控制。當過濾達到過濾周期或濾池壓差 (水頭 )設定值時，濾池提出反沖洗請求， S7 300 根據(jù)濾池的優(yōu)先秩序，組成一個請求反沖洗隊列。一旦響應某個濾池的請求， PLC 實施反沖洗的整個過程，在一組濾板中，不允許兩個濾池同時進行反沖洗。當一只濾池正在反沖洗時 .其它濾池請求反沖洗的信號則存入公用的 PLC 中，然后再按存儲秩序，對濾池依次進行反沖洗。調(diào)度對濾池的監(jiān)控通過 PROFIBUS 總線通信實現(xiàn)。 濾池反沖洗時， PLC 的控制過程 :打開反沖洗排水閥，當濾池水位下降到洗砂排水槽頂時，關閉濾后水控制閥；啟動鼓風機， 5 秒鐘后，打開濾池反沖洗氣閥，對濾池進行 1 分鐘氣預沖；打開反沖洗水閥，啟動反沖洗水泵 ，進行 7 分鐘的 氣水 同時反沖洗；關閉反沖洗氣閥， 5 秒鐘后，停鼓風機，打開空氣隔膜閥排氣，進行 5 分鐘清水反沖漂洗后，停反沖水泵。 5 秒鐘后，關閉水反沖洗閥，然后關閉反沖洗排水閥，打開待濾水進水閥，濾池恢復過濾。整個反沖洗過程歷時約 25 分鐘。 另外， PLC 還能控制濾池的開啟個數(shù)，它根據(jù)濾池進水流量確定濾池的開啟個數(shù)，按先停先開的原則確定某個濾池的開、停。反沖過程執(zhí)行時間可由監(jiān)控微機改變或 TD200 現(xiàn)場操作。調(diào)度對濾池的監(jiān)控通過 PROFIBUS 總線通信實現(xiàn)。V 型濾池自控部分設計了自動與手動兩種功能，當自動部分出故障時 ，手動也能控制生產(chǎn)，保證了生產(chǎn)的正常進行。 加藥房控制 加礬加氯及行車、反應池排泥站點，在控制室柜中裝有西門子 CPU 315 PLC 為主站，在行車、反應池排泥處裝有 S7200PLC 為從站，共 8 臺，它們之間連成 PROFIBUSDP 總線，使行車排泥按時段進行全自動工作，加礬按流量比例前饋、 SCD 反饋控制，加氯按流量比例、余氯反饋閉環(huán)控制。 6 課題總結 隨著社會生產(chǎn)規(guī)模的擴大、生產(chǎn)水平的提高，電氣控制技術的發(fā)展在不斷前進，本課題正是在適應了電氣控制技術的發(fā)展，并在結合了所研究的水廠的實際需要出發(fā) ，提出了將先進的現(xiàn)場總線技術、以太網(wǎng)技術與傳統(tǒng)的 機械電氣 技術結合起來，使得該系統(tǒng)在滿足該水廠 在 實際生產(chǎn) 中 的各項要求 的 同時還保證了該系統(tǒng)具有了相當?shù)南冗M性。 由于 本人 是初次接觸這樣的課題，所以在系統(tǒng)的設計與開發(fā)中也總有不完善和值得探討的地方。在論文的最后，我小結了幾點，作為課題今后工作和努力的方向 : （ 1） 優(yōu)化下位機的可編程控制器的控制程序，使程序在能滿足整個系統(tǒng)功能需要的基礎上盡量簡單，這樣的程序才具有較強的可讀性。這些是建立在實際現(xiàn)場經(jīng)驗的積累的基礎上的。 （ 2） 進一步熟練掌握工控技術和人機界面技術，對現(xiàn) 有的畫面和人機界面進一步優(yōu)化，使之具有更好的交互性。 （ 3） 進一步學