引言

隨著控制技術、計算機技術、通訊技術、網(wǎng)絡技術等的飛速發(fā)展，信息交換溝通的領域也在順速的覆蓋從工廠的現(xiàn)場設備層到控制、管理的各個層次，覆蓋從工段、車間、工廠、企業(yè)乃至世界各地的市場?？萍际堑谝簧a(chǎn)力，科學技術的發(fā)展水平?jīng)Q定著一個國家的前途和命運。目前歐美等一些發(fā)達國家自動化的程度已達到相當高的水平。相對而言，目前我國有一大批企業(yè)需要現(xiàn)代化的改造，以適應社會的發(fā)展。其中工業(yè)以太網(wǎng)在自動化控制領域中占有舉足輕重的地位。如果工業(yè)控制網(wǎng)絡采用以太網(wǎng)，可使工業(yè)控制網(wǎng)絡納入計算機網(wǎng)絡技術的發(fā)展主流，但同時也要一定的技術來提高網(wǎng)絡的實時性和可靠性以滿足工業(yè)控制現(xiàn)場的要求。

鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)和人們生活中使用廣泛的設備之一，鍋爐水的處理工作，對確保鍋爐安全、經(jīng)濟運行、節(jié)約燃料有著重要的意義，它是鍋爐運行中的一項重要的技術基礎工作．如果鍋爐給水沒有經(jīng)過水處理或水處理不當，不但會縮短鍋爐的使用壽命、浪費燃料，甚至會造成重大設備事故和人員傷亡。目前鍋爐水處理系統(tǒng)的工藝流程設計中使用最廣泛的是離子交換法(化學處理法)和滲透法(物理處理法)。傳統(tǒng)的水處理過程多為繼電器控制或人工操作，系統(tǒng)故障多，工人勞動強度大，運行成本高，本文介紹的是基于PLC的化學處理法的水處理過程控制系統(tǒng)。

工業(yè)自動控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構的發(fā)展越來越分散化，同時系統(tǒng)越來越復雜，各部的連接也越來越高速化與緊密化。雖然現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在工業(yè)控制領域具有多方面的優(yōu)勢，但是不同的現(xiàn)場總線通訊協(xié)議有很大差異，要實現(xiàn)整個工程的全系統(tǒng)的自動化集成就存在的諸多的問題，因此易于實現(xiàn)工廠全系統(tǒng)自動化集成的工業(yè)控制網(wǎng)絡逐漸成為研究的熱點。以太網(wǎng)由于具有應用的廣泛性和技術的先進性，已經(jīng)逐漸壟斷了商用計算機的通訊領域和過程控制領域中上層的信息管理與通訊，并且有進一步直接應用到工業(yè)現(xiàn)場的趨勢。

1、水處理工藝流程

圖1工藝流程示意圖

化學水處理的方法主要是離子交換法，即利用離子交換樹脂將水中溶鹽的離子吸收．經(jīng)過一定時間的運行以后，離子交換樹脂會失效，這時就需要停止運行將樹脂再生(還原)，以便使樹脂可以重新使用(陽離子交換樹脂失效時，使用酸進行再生；陰離子交換樹脂失效時，使用堿進行再生)。為了保證不問斷的供水，化學水處理車間設有3組離子交換器，輪流進行再生。

系統(tǒng)的示意圖如圖1所示，該系統(tǒng)由三個系列的過濾器、陽床(陽離子交換器)、除CO，器、陰床(陰離子交換器)、除鹽水箱等多臺設備組成，程控系統(tǒng)控制工藝流程中的各個閥門、水泵和風機，根據(jù)運行時間選擇l#系列、2#系列以及3#系列的運行，在工藝模擬圖板上顯示出工藝流程的實際流向，并反映閥門、水泵、風機和加藥泵的運行狀態(tài)。

本污水處理系統(tǒng)分為三級。一級處理是它通過機械處理，如格柵、沉淀或氣浮，去除污水中所含的石塊、砂石和脂肪、油脂等。處理的原理在于通過物理法實現(xiàn)固液分離，將污染物從污水中分離，二級處理是生物處理，污水中的污染物在微生物的作用下被降解和轉化為污泥。其工藝構成多種多樣，可分成活性污泥法、AB法、A/O法、A2／Ｏ法、SBR法、氧化溝法、穩(wěn)定塘法、土地處理法等多種處理方法，本系統(tǒng)采用活性污泥法。三級處理是污水的深度處理，它包括營養(yǎng)物的去除和通過加氯、紫外輻射或臭氧技術對污水進行消毒?？赡芨鶕?jù)處理的目標和水質的不同，有的污水處理過程并不是包含上述所有過程。

2、控制系統(tǒng)設計

根據(jù)運行的要求，控制裝置需控制三個系列的過濾器、陽床、陰床的投運、停運和再生，其運行方式分為1#系列運行、2#系列運行、3#系列運行、1#系列再生、2#系列再生、3#系列再生．三個系列的運行和再生可通過選擇鍵點動或自動進行．點動時按編制的程序進行操作，用點動按鈕進行轉步；自動時，按操作人員發(fā)出的啟動指令，由事先設定的時問自動轉步．3套設備同時在自動控制模式運行時，所有設備均運行產(chǎn)水，每套設備會自動按照預設定的運行水量定期進行再生及運行程序，每套設備在運行過程中PLC會自動比對已經(jīng)運行的水量參數(shù)，當兩套或三套設備的已運行水量比較接近時系統(tǒng)會自動發(fā)出報警，提示設備管理人員調整進水流量防止出現(xiàn)兩套或三套設備同時進入再生狀態(tài)。

每套設備由設定的運行水量以及陰床智能電導率儀的測量值配合決定是否進行再生．正常運行情況下設備由運行轉入再生狀態(tài)是由預設定的運行水量進行控制的，當設備運行至設定的水量終點時，設備會自動由運行狀態(tài)轉入再生狀態(tài)．設備在正常運行狀態(tài)時，當遇到突然停電、停水、純水箱高液位停機、氣動閥進氣低壓等情況下，PLC的內部計量器會自動保持，待重新啟動時，由原保持流量值繼續(xù)計量，保證系統(tǒng)不會在系統(tǒng)停機、停水、停氣錯誤時計量．另外，設備的陰床出水口裝有智能電導率儀，可以防止出現(xiàn)水質超標的現(xiàn)象．當純水水質到達預設的電導率時，電導率儀會自動輸出報警信號，PLC會自動接收信號，并強制觸發(fā)設備由運行狀態(tài)轉入再生狀態(tài)，這樣可以保證不會因為原水水質發(fā)生變化等原因而使出水水質超標。

在某水處理控制過程中，設計并調試通過了由工控機、S7-300PLC組成的工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)，利用iFIX組態(tài)軟件實現(xiàn)了系統(tǒng)的實時監(jiān)控，實時報警，歷史曲線，歷史報表等功能，控制原理如圖2。

圖2控制原理圖

3、控制系統(tǒng)的硬件配置

軟硬件的配置是評價系統(tǒng)優(yōu)劣的一個重要參數(shù)。本系統(tǒng)硬件部分為工控機兩臺（一臺運行，一臺熱備），S7-300PLC一套，交換機一臺，如圖3所示。由于生產(chǎn)過程中需要控制的點比較多，相互距離遠，因此須選用S7-300以上PLC,使用工業(yè)以太網(wǎng)通訊。

下位機采用德國西門子公司的S7—300PLC，主要硬件配置如下：

CPU315—2DP模件1塊

PS307—1E電源模件1塊

SM32232點24V數(shù)字量輸出模塊6塊

SM32132點24V數(shù)字量輸入模塊8塊

SM3318通道模擬量輸入模塊3塊

CP341—1C，帶RS422／RS485接口的通訊模塊1塊

根據(jù)控制的需要，DI量290個，DO量130個，AI量32個，AO量16個，選用QuantumPLC一套。包括一個主站和四個子站。

圖3系統(tǒng)硬件配置

4、人機界面設計

上位機的作用主要是提供一個人機交互界面，使操作人員可以直觀地了解現(xiàn)場各工藝參數(shù)，根據(jù)生產(chǎn)需要發(fā)出相應的控制指令．另外還可以使用大容量存儲器記錄歷史數(shù)據(jù)，管理人員據(jù)此了解一段時間內的生產(chǎn)狀況，為提高生產(chǎn)效率制定新的生產(chǎn)方案提供可靠的依據(jù)．為實現(xiàn)以上功能，組態(tài)軟件是最優(yōu)的選擇．這里使用的組態(tài)軟件為STEP7V5．0及Kingview5．0．它集控制技術、數(shù)據(jù)庫技術、網(wǎng)絡技術、人機界面技術、圖形技術于一身，包含動態(tài)顯示、報警、控件、趨勢、網(wǎng)絡通信等組件，提供了一個友好的用戶界面，只需編寫少量的代碼即可生成高質量的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)構成框圖如圖4所示：

圖4控制系統(tǒng)構成框圖

當前流行的組態(tài)軟件較多，如INTOUCH、iFIX、組態(tài)王、LABview等，選用性價比較高的iFIX。iFIX功能強大，實現(xiàn)控制簡單，便于書寫程序，圖形庫豐富.在設計人機界面中，iFIX與以太網(wǎng)相連接是非常關鍵的一個方面，否則人機界面中的所有監(jiān)控都沒有任何意義。連接的方法為：在啟動iFIX前裝上MBE(ModbusEthernet)驅動軟件，啟動iFIX后雙擊系統(tǒng)配置圖標，就會出現(xiàn)系統(tǒng)配置圖，然后單擊SCADA圖標出現(xiàn)SCADA組態(tài)圖后，點擊I/O驅動器右邊的問號，選擇ModbusEthernetv7.17，單擊確定，回到iFIX編輯界面。如圖5所示為上位機啟動畫面。

圖5上位機啟動畫面

雙擊I/O驅動器，就會出現(xiàn)MBE圖標，再雙擊MBE圖標，就會出現(xiàn)配置IP的界面，這樣就可以設置需要控制的PLC的IP地址。，假如PLC主站的IP地址為：128.128.1.105，就把系統(tǒng)的IP地址設為：128.128.1.105。IP地址設定后，iFIX軟件上與PLC的通訊設置就設定完成。如果與有多個PLC通訊，只需繼續(xù)添加Device即可。

5、PC機與PLC的通訊方式

在用以太網(wǎng)使上位機與PLC通訊時，設置簡單方便，只需把上位PC機和下位PLC只需設置在一個網(wǎng)段內即可，假定上位PC1地址設為128.128.1.64，上位PC2地址設為128.128.1.65，PLC的地址設為128.128.1.105，它們之間就可以相互通訊。擴展也很方便，只需要把新加入的設備設置在此網(wǎng)段內并給它分配一個IP地址即可。

圖6IP地址的設置

6程序設計

化學水處理系統(tǒng)的程序設計，可按照s7300PLC的編程指令要求，編制相應的程序[3]．此控制系統(tǒng)包括1#系列陽床、陰床投運、停運程控，2#系列陽床、陰床投運、停運程控，3#系列陽床、陰床投運、停運程控，1#系列陽床、陰床再生程控，2#系列陽床、陰床再生程控，3#系列陽床、陰床再生程控．下面以1#系列陽床投運程控為例來說明其程序設計．1#系列陽床投運程序流程框圖如圖3所示．當1#系列投運時，同時開啟1#陽床進水閥、頂部排氣閥及運行1#清水泵，進行陽床正洗排氣1分鐘，然后開陽床正洗水閥，關頂部排氣閥，進行正洗3分鐘，之后關陽床正洗水閥，開1#陽床出水閥，并投運l#CO，脫氣風機，這就是陽床的投運程控過程。

6、結論

該系統(tǒng)的設計是以時間順序控制為主，同時加入智能現(xiàn)場分析儀表電導率儀的配合控制，使該化學水處理PLC控制系統(tǒng)具有別的控制器無法比擬的優(yōu)越性。系統(tǒng)現(xiàn)場運行結果表明，該系統(tǒng)控制靈活方便，功能強大，滿足了生產(chǎn)的需要。該系統(tǒng)得到了水處理工程師及儀控工程師的肯定和好評，已在某不銹鋼廠的鍋爐水制備系統(tǒng)中使用．

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