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

現(xiàn)場(chǎng)總線是指安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)裝置之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線。簡(jiǎn)單說，現(xiàn)場(chǎng)總線就是以數(shù)字通信替代了傳統(tǒng)4-20mA模擬信號(hào)及普通開關(guān)量信號(hào)的傳輸。

　　現(xiàn)場(chǎng)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(jì)算機(jī)控制領(lǐng)域的工業(yè)總線，因現(xiàn)場(chǎng)總線潛在著巨大的商機(jī)，世界范圍內(nèi)的各大公司投入相當(dāng)大的人力、物力、財(cái)力來進(jìn)行開發(fā)研究。當(dāng)今現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)一直是國際上各大公司激烈競(jìng)爭(zhēng)的領(lǐng)域，由于現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)總線技術(shù)。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)以數(shù)字信號(hào)取代模擬信號(hào)，在3C（Computer計(jì)算機(jī)、CONtrol控制、Commcenication通信）技術(shù)的基礎(chǔ)上，大量現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)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(chǎng)設(shè)備。由于國際上各大公司在現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)這一領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)，仍未形成一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，目前，在現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)都是遵守OSI參考模型。

　　現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)：現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)，使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具備高度的分散性。

　　現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)：現(xiàn)場(chǎng)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(duì)雙絞線上可掛接多個(gè)控制設(shè)備， 便于節(jié)省安裝費(fèi)用；節(jié)省維護(hù)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(dòng)權(quán)。

　　隨著火力發(fā)電廠單機(jī)容量的不斷增大，系統(tǒng)越來越復(fù)雜性，出于機(jī)組安全性和使用壽命的考慮，對(duì)水汽品質(zhì)的要求越來越嚴(yán)。實(shí)現(xiàn)化學(xué)水處理設(shè)備的自動(dòng)化，是當(dāng)今電廠化學(xué)水處理技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，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(gè)系統(tǒng)由一臺(tái)上位機(jī)和兩臺(tái)下位機(jī)構(gòu)成兩級(jí)集散控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)機(jī)內(nèi)安裝一塊pc can總線板構(gòu)成上位機(jī)，該卡通過can總線與下位機(jī)進(jìn)行通信。下位機(jī)采用std總線驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)

　　系統(tǒng)上位機(jī)軟件開發(fā)平臺(tái)選用vc++6.0。整個(gè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)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(diǎn)—即控制功能分散、操作管理集中。控制功能分散意味著系統(tǒng)實(shí)時(shí)響應(yīng)快和系統(tǒng)危險(xiǎn)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(jī)監(jiān)控程序設(shè)計(jì)

　　本監(jiān)控系統(tǒng)是以微軟公司的windows98/nt/2000為工作平臺(tái)基于vc++6.0開發(fā)出來的。操作人員可向下位機(jī)發(fā)出各種控制命令，同時(shí)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(gè)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)分為人機(jī)界面的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫的建立、實(shí)時(shí)監(jiān)控部分、上下位機(jī)通信、歷史數(shù)據(jù)查詢打印以及報(bào)警項(xiàng)目等六部分。

　?。?） 人機(jī)界面的設(shè)計(jì)

　　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(duì)象，對(duì)一些重要參數(shù)的輸入提供了漢字提示的填表式輸入對(duì)話框，這樣就減少了輸入錯(cuò)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(gè)確定的數(shù)據(jù)庫文件。登錄以后就可以在程序中對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行讀寫操作。

　?。?） 實(shí)時(shí)監(jiān)視工藝流程

　　將整個(gè)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(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)的信息，具有直觀、動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)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(shí)器所余時(shí)間）旁顯示即時(shí)值，供用戶監(jiān)控。還可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。　?。?） 通信軟件的設(shè)計(jì)

　　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(shí)時(shí)性要求，利用windows的動(dòng)態(tài)鏈接庫技術(shù)開發(fā)了上、下位機(jī)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(jī)之間開始數(shù)據(jù)傳送前，均采用握手信號(hào)設(shè)置。上位機(jī)發(fā)送特征字符，下位機(jī)檢測(cè)、接受并回送同一字符，并由上位機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，只有在應(yīng)答信號(hào)正確時(shí)才開始數(shù)據(jù)傳送，其流程圖如圖1所示。

圖1 上、下位機(jī)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）
　　｛messagebox（“數(shù)據(jù)下裝錯(cuò)誤！”，“數(shù)據(jù)下裝”，mb_ok|mb_iconstop）；
　　return;｝
　　do｛//查詢有無下位機(jī)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(cuò)誤”，“接收錯(cuò)誤”mb_ok|mb_iconstop）；
　　return; ｝
　　for（i=0;i4;i++）
　　db[250+ｉ]=m_data[i];
　　if（！（m_data[0]==0x61hm_data[1]==0x61hm_data[2]==m_ptime m_data[3]==m_ptemp））
　?。?messagebox（“下位機(jī)回送特征字符錯(cuò)誤！”，“特征字符下裝”， mb_ok）；
　　return; ｝
　　messagebox （“下位機(jī)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(jì)和報(bào)表的生成以及打印。

　?。?） 報(bào)警項(xiàng)目

　　在監(jiān)控畫面上有報(bào)警標(biāo)志，設(shè)備故障、無閥位反饋信號(hào)或模擬量參數(shù)報(bào)警信息除控制柜有聲光報(bào)警外，上位機(jī)畫面上亦有報(bào)警信號(hào)，同時(shí)在配置的報(bào)警打印機(jī)中即時(shí)打印出來供運(yùn)行人員維修參考。

3.2 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

　　將控制系統(tǒng)分為四個(gè)大的功能塊：整體投運(yùn)、設(shè)備切換、清洗再生和整體停運(yùn)。

　?。?） 除鹽水箱水位控制在5～10m，當(dāng)水位低于5m時(shí)，自動(dòng)按流程順序投運(yùn)一套制水設(shè)備；當(dāng)水位低于3m時(shí)，自動(dòng)投運(yùn)另一套制水設(shè)備。當(dāng)水位高于10m時(shí)，進(jìn)入設(shè)備的整體停運(yùn)，將所有設(shè)備按嚴(yán)格的操作順序停運(yùn)后，一級(jí)除鹽設(shè)備進(jìn)行再生。

　　（2） 運(yùn)行中機(jī)械過濾器達(dá)到規(guī)定過濾時(shí)間要切換到下一臺(tái)備用機(jī)械過濾器。一級(jí)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(gè)。混床的切換條件為出水導(dǎo)電度大于0.2qus/cm或。

　?。?） 一級(jí)除鹽運(yùn)行20個(gè)周期后要進(jìn)行大反洗再生，設(shè)計(jì)為全自動(dòng)進(jìn)行。

　?。?） 混床再生過程間隔時(shí)間長(zhǎng)，故設(shè)計(jì)為半自動(dòng)步序進(jìn)行。

　　機(jī)械過濾器設(shè)備采用并聯(lián)運(yùn)行布置，運(yùn)行及清洗操作實(shí)行遙控步序操作?；齑苍O(shè)備采用并聯(lián)運(yùn)行布置，運(yùn)行及再生操作實(shí)行遙控點(diǎn)操作。

　　一級(jí)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(diǎn)，其運(yùn)行和再生操作采用遙控手動(dòng)操作。再生設(shè)備采用計(jì)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(xiàng)操作由一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)控制，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備手動(dòng)、步操、半自動(dòng)和全自動(dòng)四種操作方式，同時(shí)也可在監(jiān)控系統(tǒng)上用軟件實(shí)現(xiàn)。

4 結(jié)束語

本文將現(xiàn)場(chǎng)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(yùn)行。投入運(yùn)行以來，效果良好，受到用戶的好評(píng)。此系統(tǒng)為國內(nèi)新建火電廠水處理程控系統(tǒng)設(shè)計(jì)和老火電廠進(jìn)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(jià)值。