網絡通訊技術在水廠濾池自動控制中的應用

摘 要：現場總線技術是計算機網絡通信技術與自動化儀表系統相結合的產物。目前，現場總線技術已經廣泛用于過程自動化、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。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，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。下面以重慶市豐收壩水廠濾池為例探討一下現場總線技術在水廠自動控制方面的應用。

關鍵詞：網絡；濾池；自動控制

豐收壩水廠作為重慶市當年八大民心工程之一，日供水能力達20萬立方米，主要承擔重慶主城西部片區供水。從設計之初一直致力于打造西部最先進的現代化水廠。所以對自動化程度提出了很高要求，并進行了充分考慮，要求自動化系統應達到如下要求：（1）系統具有較高的可靠性。（2）現場實現巡檢制且現場無人進行操作，所有操作都在中控進行。（3）具有自動故障診斷和故障處理功能。（4）具有遠程監控功能和操作功能。（5）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SIEMENS、ROCKWEII）網絡通訊的性能和價格認真比較，且考慮到羅克韋爾的NETLINX開放式網絡架構是實現從車間層到頂層無縫集成的解決方案，能夠讓用戶在任何NETLINX網絡上方便地實現實時控制、系統組態和數據采集。最終我們選擇了羅克韋爾的NETLINX網絡構架。

NETLINX網絡構架由三層網絡即：DeviceNet，ControlNet和EtherNet/IP采用統一的協議組成。

1 EtherNet/IP網絡特點：（1）有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。（2）EtherNet/IP 星形拓撲結構使點對點的連接數可達到128點，實現了控制系統的全分散、全開放、互操作、互換性。（3）EtherNet/IP通過光纖與各個PLC相連，使整個網絡可以進行遠距離傳輸且快速傳送。（4）開放性網絡具有高度的安全性。

2 ControlNet的網絡架構：

ControlNet網是一種實時控制網絡，在單一的物質介質鏈路上提供對時間要求嚴格的I/O以及互鎖數據、通訊數據（包括程序和組態數據的上載/下載）的高速傳送。

3 DeviceNet網絡架構：

DeviceNet網是底層工業設備網絡的經濟的解決方案，是一種實時訪問設備信息的有效方法。它允許用戶直接連接設備到車間級控制器，而無需在每臺設備與I/O模塊之間進行硬接線。這種直接連接性減少了安裝費用和接線時間。

3.1 濾池系統硬件設計

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， 由于現場監控面板的使用，而具有直觀畫面監視功能和操作功能，其結構如圖所示。

如圖所示，單格濾池由六個閥門組成： F1清水氣動調節閥、F2進水閥、F3水沖閥、F4氣沖閥、F5排水閥、F6表洗閥。由一臺羅克韋爾 PLC控制單格濾池的自動過濾和自動反沖洗。濾池就地控制單元是NETLINX 網絡的一個從站，執行單格濾池的控制過程內部數據交換。單格濾池通過ControlNet網絡互連，再通過ControlNet網絡與反沖PLC聯絡進行通訊。

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，使濾池保持在過濾恒水位過濾。當運行周期到或強沖或水頭損失或濁度以達到時，濾池進行自動反沖洗。PLC根據設定的程序先進行氣沖4～5分鐘，然后進行氣水混和沖3～5分鐘，在進行水沖6～7分鐘，最后進行穩定15～20分鐘后沖洗結束。②控制方式和流程的選擇。識別手動、自動集控方式。根據實際情況選擇自動沖洗和手動沖洗流程。③保護功能。當濾池水位高于最高水位時，開大出水閥。給出報警提示并且向中控室進行報警。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、手動、自動控制等）；顯示鼓風機和水泵運行及故障情況；實時顯示水位值及濁度、水頭損失值等。⑥實時操作。包括濾格狀態（全自動/手動方式）選擇；故障復位；在手動方式下對濾池各個閥門進行開關控制。⑦參數設置。可對濾池運行時間、運行水位；濾池水沖時間、氣水混沖時間、氣沖時間、應該進行反沖的條件等，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。

3.2 集控主站硬件設計

3.2.1 監控兩臺風機、三臺反沖泵運行。對鼓風機進行低風量、一般風量的選擇，根據濾池的實際情況對風量設置。

3.2.2 通過ControlNe網絡對10口濾池進行管理，使10口濾池能夠有效地進行反沖，即一旦一口濾池進行反沖時，其它的濾池也達到反沖的條件，濾池集控主站將根據具備反沖條件的先后進行排序以便依次反沖。

3.2.3 實時監控。對10口濾池進行監控，一旦濾池出現任何故障反沖PLC進行吸收并通過EtherNet/IP網絡向中控室報警。

3.2.4 流程的選擇。根據實際情況選擇低風量沖洗和高風量進行沖洗流程。

3.2.5 實時數據的顯示。對濾池的各種有用參數進行讀取然后通過EtherNet/IP網絡向中控監控計算機進行傳送使中控能夠對濾池的各種狀況進行監控和操作功能。

3.2.6 通過EtherNet/IP網絡將數據傳入中控室并通過羅克韋爾RSView SE軟件的監控畫面進行操作和監控顯示。在中控室可以監控現場濾池的各種情況和主站反沖泵房所控制的鼓風機和反沖泵的運行狀況，并且通過在中控室的操作用戶對反沖泵房和濾池進行操作。

3.2.7 故障查詢。可以在單格濾池的現場操作面板觀察濾池的各種情況，也可以在中控室的監控畫面可以滾動式的監察各濾池和鼓風機、反沖泵的運行情況。

3.2.8 參數設置。可以在中控室的監控界面通過操作用戶對濾池的運行時間、水位、各個閥門的開關以及鼓風機、反沖泵的參數等進行設置，只是操作用戶需要通過輸入密碼進入才能設置。

4 系統軟件設計

通過NETLINX的網絡構架把中控監控系統和反沖PLC及各濾池PLC 進行連接使其成為一個完整的體系。

中控監控計算機通過對監控軟件（RSView SE），應用軟件（Logix5000），網絡軟件（ RSLinx）等軟件進行安裝，我們在應用軟件（Logix5000）編制各個生產過程的應用程序，使其能滿足生產的需要，通過網絡軟件（RSLinx）使監控軟件（RSView SE）與應用軟件（Logix5000）建立連接，在監控軟件（RSView SE）上模擬現場工藝的特點做成不同的監控畫面和操作界面，使其在中控監控計算機的界面上不僅可以監控現場設備的各個運行參數，而且也可以對現場的各個設備和參數進行設置、操作。這樣中控室就成為全廠生產的中心。

5 系統運行

羅克韋爾的自動化系統自2005年在豐收壩水廠投入運行以來，一直穩定可靠。濾池水質也有所提高，且運行周期比過去延長50%。既節約了生產用水，工人的勞動強度也得到大幅降低，并且系統的自診斷功能也充分發揮了作用，設備的維護率得到了很大提高。能夠實現無人值守。

6 結束語

這種將網絡通信技術滲透于自動控制儀表的控制系統，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。