發布日期：2022-04-26 點擊率：140
目前，現場總線技術已經用于過程自動化、制造自動化、樓宇自動化等領域的現場智能設備互連通信網絡中。作為工廠數字通信網絡的基礎，溝通了生產過程現場與控制設備之間的聯系外，還連接著更高控制管理層。因此，它不僅是一個基層網絡，而且還可構成一種開放式、新型全分布控制系統，即，集智能、傳感、控制、計算機、數字通信技術于一身的控制系統。正由于這些特點，以現場總線作為技術支撐的FCS在工業自動化領域有明顯的優勢，如很高的精確性、設計組態簡單、擴展安裝方便、易于維護、節省軟硬件投資等。它被公認為第五代控制系統，成為當今工業自動化發展的必然趨勢。
考慮上述因素， 對筆架山水廠普通快濾池設計時，選用現場總線作為控制系統支撐技術。基于現場總線的筆架山水廠普通快濾池自動控制系統，應達到如下要求：
⑴ 系統具有較高的可靠性。
⑵ 筆架山水廠普通快濾池設計以全自動化，無人值守為目標。
⑶ 具有自動故障診斷和故障處理功能。
⑷ 具有遠程監控功能。
⑸ 系統具有較強的開放性，能與全廠計算機控制系統實時交換信息。
經過對幾家（如MODBUS、PROFIBUS、CCLINK）現場總線的性能和價格認真比較，且考慮到過去使用情況。本系統采用日本三菱PLC的CCLINK總線網絡作為支撐網絡。系統內控制裝置采用三菱A系列PLC和FX系列PLC 兩種，分級控制著現場及車間設備運行。
CC-LINK網絡特性圖如下：
CC-LINK具有如下特性：
1） 在同行業中最快的通信速度，在需要高速應答時，可支持傳感器輸入及智能化設備之間進行大量數據傳送。在100米距離內通信速率達10MB，1200米距離通信速率也達156KB。
2） 對分散的PC（Progromme Controller）控制連網后進行循環傳送，即，在主控PC與本地PC之間進行N：N的 循環傳送。實現了控制系統的全分散、全開放、互操作、互換性。
3） 可連智能設備，進行信息傳送。
除了字數據的循環傳送以外，CC-LINK系統還能與智能化設備進行數據通 信，這些設備包括顯示設備、條形碼讀寫器、測量設備以及個人電腦等。
4） 完善的RAS功能。具有自動在線恢復、待機主控功能、切斷從站功能、確認鏈接狀態功能及測試和診斷功能，系統具有高度可靠性。
5） 多廠商的開放性網絡具有高度的安全性。
6） 采用雙絞線組成總線網，節省投資，提高控制性能。
一、 系統硬件設計
1． 就地控制單元硬件設計
就地控制單元不僅具有自動控制功能， 由于觸摸屏的使用，而具有直觀畫面監視功能，其結構如圖二所示。
如圖所示，單格濾池由五個閥門組成： DF進水電磁閥、F1出水閥、F2水沖閥、F3氣沖閥、F4排水閥。由一臺FX2N PLC控制單格濾池的自動過濾和自動反沖洗。濾池就地控制單元即CCLINK 網絡的一個從站，執行三格濾池的控制過程內部數據交換。三格濾池通過RS485網絡互連，這種RS485網絡速率為192KB、距離為50米、數據傳送量不大，但也是N`：N網絡，可實現主控PC與從站PC之間數據循環傳送。通過此網絡三格濾格的三臺FX2N PLC與觸摸屏互連。
濾池就地控制單元功能包括：
① 控制單格濾池的自動過濾和自動反沖洗。自動過濾監測濾池水位，據濾池水位的情況及時調整出水閥的開度，使濾池保持在過濾水位。當運行周期到或強沖或水頭損失以達到時，濾池進行自動反沖洗。控制器監測濾池水位到達低水位，開啟排水閥，開啟氣沖閥、氣沖5分鐘，關閉氣沖閥；開啟水沖閥、水沖5分鐘、關閉水沖閥；關閉排水閥，沖洗結束。
② 控制方式和流程的選擇。識別手動、自動集控（包括全自動及觸摸監控）方式。根據實際情況選擇氣水沖洗和單純水沖流程。
③ 保護功能。當濾池水位高于最高水位時，自動停止進水，開大出水閥。給出報警提示。當濾池水位高于超高水位時，除上述操作外，自動關閉出水閥。
④ 故障檢測和診斷。檢測閥門在規定時限內是否到位，進行檢錯分析，為可靠性控制提供依據。
⑤ 動畫監視。以動畫形式實時顯示濾池各個閥門開關狀態、到位情況、故障發生情況等；顯示各個濾格狀態（包括正常過濾、沖洗、觸摸屏狀態、手動控制等）；顯示風機水泵運行及故障情況；實時顯示水位值。
⑥ 實時操作。包括濾格狀態（全自動/觸摸監控方式）選擇；故障復位；在觸摸監控方式下對濾池各個閥門進行開關控制。
⑦ 遠程操作。在觸摸屏上可執行對兩臺風機及兩臺反沖泵的直接啟/停控制。
2． 集控主站硬件設計
集控主站放置于車間的值班室內，由A系列PLC 作為主控制器。其硬件結構圖如圖三所示。
濾池集控主站管理CCLINK網絡上八個從站（每個從站監控三個濾池）共對24個濾池的1100點數據進行處理和交換；監控兩臺風機、兩臺反沖泵運行；對關鍵數據進行處理并上送到廠級站 。濾池集控主站的功能有：
① 動畫監視。以動畫形式實時顯示24格濾池各個閥門開關狀態、到位情況、故障發生情況等；顯示各個濾格狀態（包括正常過濾、沖洗、觸摸屏狀態、手動控制等）；顯示風機水泵運行及故障情況；實時顯示水位值及1小時內濾格水位變化趨勢。
② 監控兩臺風機、兩臺反沖泵運行。對風機變頻器進行選擇、變頻器頻率設置。
③ 實時操作。執行對濾池進行強沖；排水閥、氣沖閥、水沖閥的統一管理（同一時刻只能打開一個閥門）。
④ 流程的選擇。根據實際情況選擇氣水沖洗和單純水沖流程。
⑤ 實時數據的顯示。以數字和曲線形式實時顯示24格濾池的水位及1小時內水位走勢；以數字和矩形圖形式實時顯示24格濾池的運行時間。
⑥ 歷史數據查詢。觸摸屏可存儲三千條記錄（保持三個月的運行參數不刷新）。記錄包括：24個濾池沖洗發生時間結束時間；濾池所處狀態（全自動/觸摸監控）；24格濾池各個閥門故障發生時間等。
⑦ 故障查詢。當濾格閥門故障報警發生時，用戶查看具體的故障類型、位置和發生時間。
⑧ 參數設置。可對濾池運行時間、運行水位；濾池水沖時間、氣沖時間；閥門開關時限；啟動反沖泵臺數；風機變頻器選擇等，通過人機對話方式由技術人員設置，此功能只能通過密碼進入。
二、 系統軟件設計
1、濾池集控主站軟件設計
濾池集控主站其結構圖如下：
主站軟件包括24格濾池排隊沖洗、CCLINK網絡管理、兩臺風機監控、兩臺反沖泵監控、實時數據監測、故障診斷報警、與廠站通信等。
2、濾池就地控制單元軟件設計
濾池就地控制單元包括：單格濾池控制、C網絡管理（CCLINK網絡）、R網絡管理（RS485網絡）、人機界面、實時數據、故障診斷、風機及反沖泵監控等功能。
單格濾池控制執行自動過濾監測濾池水位，根據濾池水位的情況及時調整出水閥的開度，使濾池保持在過濾水位。當運行周期到或強沖或水頭損失以達到時，濾池進行自動反沖洗。單格濾池控制軟件流程如圖六所示。
三、 系統運行
筆架山水廠普通快濾池系統在投入運行五個月來，一直穩定可靠。見圖七及圖八所示濾池車間改造前后濾池控制柜比較。濾池水質也有所提高，且運行周期比過去延長50%。工人的勞動強度得到大幅降低，激發工人強烈的學習興趣。系統的自診斷功能充分發揮作用，設備的維護率得到了很大提高。基本上能實現無人值守。
四、 結束語
現場總線技術，這種網絡通信技術滲透于自動控制儀表和系統中的結果。在自動控制領域已經得到越來越多的應用，毋庸置疑，該技術具有廣大前景。
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