淺談現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用
1 引言
現(xiàn)場總線是指安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動裝置之間的數(shù)字式、串行、多點通信的數(shù)據(jù)總線。簡單說,現(xiàn)場總線就是以數(shù)字通信替代了傳統(tǒng)4-20mA模擬信號及普通開關(guān)量信號的傳輸。
現(xiàn)場總線的技術(shù)基礎(chǔ)是一種全數(shù)字化、雙向、多站的通信系統(tǒng),是應(yīng)用于各種計算機控制領(lǐng)域的工業(yè)總線,因現(xiàn)場總線潛在著巨大的商機,世界范圍內(nèi)的各大公司投入相當(dāng)大的人力、物力、財力來進行開發(fā)研究。當(dāng)今現(xiàn)場總線技術(shù)一直是國際上各大公司激烈競爭的領(lǐng)域,由于現(xiàn)場總線技術(shù)的不斷創(chuàng)新,過程控制系統(tǒng)由第四代的DCS發(fā)展至今的FCS(Fieldbus Control System)系統(tǒng),已被稱為第五代過程控制系統(tǒng)。而FCS和DCS的真正區(qū)別在于其現(xiàn)場總線技術(shù)?,F(xiàn)場總線技術(shù)以數(shù)字信號取代模擬信號,在3C(Computer計算機、CONtrol控制、Commcenication通信)技術(shù)的基礎(chǔ)上,大量現(xiàn)場檢測與控制信息就地采集、就地處理、就地使用,許多控制功能從控制室移至現(xiàn)場設(shè)備。由于國際上各大公司在現(xiàn)場總線技術(shù)這一領(lǐng)域的競爭,仍未形成一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),目前,在現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)都是遵守OSI參考模型。
現(xiàn)場總線的特點:現(xiàn)場控制設(shè)備具有通信功能,便于構(gòu)成工廠底層控制網(wǎng)絡(luò)。通信標(biāo)準(zhǔn)的公開、一致,使系統(tǒng)具備開放性,設(shè)備間具有互可操作性。功能塊與結(jié)構(gòu)的規(guī)范化使相同功能的設(shè)備間具有互換性??刂乒δ芟路诺浆F(xiàn)場,使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具備高度的分散性。
現(xiàn)場總線的優(yōu)點:現(xiàn)場總線使自控設(shè)備與系統(tǒng)步入了信息網(wǎng)絡(luò)的行列,為其應(yīng)用開拓了更為廣闊的領(lǐng)域;一對雙絞線上可掛接多個控制設(shè)備, 便于節(jié)省安裝費用;節(jié)省維護開銷;提高了系統(tǒng)的可靠性;為用戶提供了更為靈活的系統(tǒng)集成主動權(quán)。
隨著火力發(fā)電廠單機容量的不斷增大,系統(tǒng)越來越復(fù)雜性,出于機組安全性和使用壽命的考慮,對水汽品質(zhì)的要求越來越嚴(yán)。實現(xiàn)化學(xué)水處理設(shè)備的自動化,是當(dāng)今電廠化學(xué)水處理技術(shù)發(fā)展的必然趨勢,其安全性及可靠性更是至關(guān)重要。
2 化學(xué)水處理程控系統(tǒng)的硬件組成
系統(tǒng)的硬件構(gòu)成整個系統(tǒng)由一臺上位機和兩臺下位機構(gòu)成兩級集散控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)機內(nèi)安裝一塊pc can總線板構(gòu)成上位機,該卡通過can總線與下位機進行通信。下位機采用std總線驅(qū)動方式,由cpu主板、32路光電隔離輸入板、32路光電隔離輸出板、16路12位a/d數(shù)據(jù)采集卡、4路12位d/a轉(zhuǎn)換卡構(gòu)成。
3 化學(xué)水處理程控系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)
系統(tǒng)上位機軟件開發(fā)平臺選用vc++6.0。整個系統(tǒng)軟件設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu),該方案配置體現(xiàn)了分散控制系統(tǒng)的優(yōu)點—即控制功能分散、操作管理集中??刂乒δ芊稚⒁馕吨到y(tǒng)實時響應(yīng)快和系統(tǒng)危險分散,操作管理集中便于集中管理,方案配置還具有冗余特性。
3.1 上位機監(jiān)控程序設(shè)計
本監(jiān)控系統(tǒng)是以微軟公司的windows98/nt/2000為工作平臺基于vc++6.0開發(fā)出來的。操作人員可向下位機發(fā)出各種控制命令,同時將生產(chǎn)過程中各種信息數(shù)據(jù)采集過來,反映在屏幕上的各種畫面中,使操作人員一目了然。整個系統(tǒng)軟件的設(shè)計分為人機界面的設(shè)計、數(shù)據(jù)庫的建立、實時監(jiān)控部分、上下位機通信、歷史數(shù)據(jù)查詢打印以及報警項目等六部分。
?。?) 人機界面的設(shè)計
本系統(tǒng)提供了精美的顯示屏幕、漢字菜單、加速鍵、按鈕等標(biāo)準(zhǔn)的窗口界面對象,對一些重要參數(shù)的輸入提供了漢字提示的填表式輸入對話框,這樣就減少了輸入錯誤。
?。?) 數(shù)據(jù)庫的建立
本系統(tǒng)采用access數(shù)據(jù)庫,所以在建立數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序之前,首先要使用odbc登錄一個確定的數(shù)據(jù)庫文件。登錄以后就可以在程序中對數(shù)據(jù)庫進行讀寫操作。
?。?) 實時監(jiān)視工藝流程
將整個工藝流程在監(jiān)控畫面上反映出來,該畫面以虛擬儀表的方式實時顯示現(xiàn)場的信息,具有直觀、動態(tài)、實時的效果。畫面上標(biāo)有系統(tǒng)所有控件,在有模擬量輸入的控件(如陰床電導(dǎo)值、定時器所余時間)旁顯示即時值,供用戶監(jiān)控。還可對現(xiàn)場儀表進行參數(shù)設(shè)置?! 。?) 通信軟件的設(shè)計
可靠的通信是集散控制系統(tǒng)的命脈。為符合軟件開發(fā)的模塊化、結(jié)構(gòu)化以及系統(tǒng)通信的實時性要求,利用windows的動態(tài)鏈接庫技術(shù)開發(fā)了上、下位機間的通信軟件。為提高通信的可靠性,防止數(shù)據(jù)丟失,在上、下位機之間開始數(shù)據(jù)傳送前,均采用握手信號設(shè)置。上位機發(fā)送特征字符,下位機檢測、接受并回送同一字符,并由上位機進行檢測,只有在應(yīng)答信號正確時才開始數(shù)據(jù)傳送,其流程圖如圖1所示。
圖1 上、下位機數(shù)據(jù)通訊流程圖
軟件編制如下:
do{//查詢can總線狀態(tài)(1為空閑,0為忙)
ret=can_inquiry_trans( );}
while(ret==0);
ret=can_ptrans((byte)address,sznumber,(lp -byte)szdata);
if(ret==0)
?。鹠essagebox(“數(shù)據(jù)下裝錯誤!”,“數(shù)據(jù)下裝”,mb_ok|mb_iconstop);
return;}
do{//查詢有無下位機返回的數(shù)據(jù)(1為有數(shù)據(jù),0為無
//數(shù)據(jù))
ret=can _inquiry_rece( );}
while(ret==0);
ret=can_rece((lpbyte)&m_dtype,( lpbyte)&m_address,( lpbyte)&m_data);
if((ret==0fxx00)||(ret==0fxxff))
{ messagebox (“無數(shù)據(jù)包收到或數(shù)據(jù)包錯誤”,“接收錯誤”mb_ok|mb_iconstop);
return; }
for(i=0;i<4;i++)
db[250+i]=m_data[i];
if(?。╩_data[0]==0x61h&&m_data[1]==0x61h&&m_data[2]==m_ptime&& m_data[3]==m_ptemp))
?。?messagebox(“下位機回送特征字符錯誤!”,“特征字符下裝”, mb_ok);
return; }
messagebox (“下位機回送特征字符正確!”,“在線參數(shù)下裝”, mb_ok);
(5) 歷史數(shù)據(jù)查詢打印
查詢部分包括歷史數(shù)據(jù)的查詢、顯示,曲線的生成、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和報表的生成以及打印。
?。?) 報警項目
在監(jiān)控畫面上有報警標(biāo)志,設(shè)備故障、無閥位反饋信號或模擬量參數(shù)報警信息除控制柜有聲光報警外,上位機畫面上亦有報警信號,同時在配置的報警打印機中即時打印出來供運行人員維修參考。
3.2 下位機軟件設(shè)計
將控制系統(tǒng)分為四個大的功能塊:整體投運、設(shè)備切換、清洗再生和整體停運。
?。?) 除鹽水箱水位控制在5~10m,當(dāng)水位低于5m時,自動按流程順序投運一套制水設(shè)備;當(dāng)水位低于3m時,自動投運另一套制水設(shè)備。當(dāng)水位高于10m時,進入設(shè)備的整體停運,將所有設(shè)備按嚴(yán)格的操作順序停運后,一級除鹽設(shè)備進行再生。
(2) 運行中機械過濾器達到規(guī)定過濾時間要切換到下一臺備用機械過濾器。一級除鹽的切換為陽床出水或陰床出水電導(dǎo)>5μs/cm、中的任何一個?;齑驳那袚Q條件為出水導(dǎo)電度大于0.2qus/cm或。
?。?) 一級除鹽運行20個周期后要進行大反洗再生,設(shè)計為全自動進行。
?。?) 混床再生過程間隔時間長,故設(shè)計為半自動步序進行。
機械過濾器設(shè)備采用并聯(lián)運行布置,運行及清洗操作實行遙控步序操作?;齑苍O(shè)備采用并聯(lián)運行布置,運行及再生操作實行遙控點操作。
一級除鹽設(shè)備采用單元連接方式。陽床出口裝有電導(dǎo)表和硅表監(jiān)督終點,其運行和再生操作采用遙控手動操作。再生設(shè)備采用計量箱加噴射器,ctn-1型音頻電磁式酸堿裝置,再生液濃度及中間水箱液位人工調(diào)整。
各項操作由一個轉(zhuǎn)換開關(guān)控制,可實現(xiàn)設(shè)備手動、步操、半自動和全自動四種操作方式,同時也可在監(jiān)控系統(tǒng)上用軟件實現(xiàn)。
4 結(jié)束語
本文將現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用于化學(xué)水處理程控系統(tǒng)上,保證了整套水處理設(shè)備安全、高效、穩(wěn)定運行。投入運行以來,效果良好,受到用戶的好評。此系統(tǒng)為國內(nèi)新建火電廠水處理程控系統(tǒng)設(shè)計和老火電廠進行水處理技術(shù)改造,提供了一種理想解決方案,具有很好的借鑒推廣價值。