淺談現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用

    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。