現場匯流排在軟水處理控制中的應用

　　多年來，PROFIBUS風靡全球，成功地應用於製造業、樓宇、過程控制和電站自動化，PROFIBUS產品在世界市場上被普遍接受，市場佔有率超過40%，年增長率20%～30%，目前支援PROFIBUS標準的產品超過1500多種，分別來自國際上250多個生產廠家。在世界範圍內已安裝執行的PROFIBUS裝置已超過200萬臺。PROFIBUS是一種國際化、開放式、不依賴於裝置生產商的現場匯流排標準，匯流排存取協議是通過OSI參考模型第二層（資料鏈路層）來實現的，它包括了保證資料可靠性技術及傳輸協議和報文處理。由PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-DP和PROFIBUS-PA組成了PROFIBUS系列。

　　PROFIBUS-FMS主要用於工廠、樓宇自動化的單元級，實現對變數的訪問、程式呼叫、執行控制及事件管理等；PROFIBUS-DP主要用於現場級的高速資料傳輸、解決自動控制系統（如PLC、PC等）通過高速序列匯流排與分散的現場裝置（I/O、驅動器、閥門等）之間的通訊任務。 PROFIBUS-PA是PROFIBUS-DP在保持其通訊協議的條件下，增加了對現場儀表而言優選的傳輸技術，是PROFIBUS-DP向現場的延伸。

　　1系統控制功能

　　1.1軟水處理系統工藝流程

　　軟水處理系統是基於鈉離子交換原理進行工作的，自來水（要求進水壓力在0.2～0.3MPa）經軟水處理器處理後進入軟水箱，經恆壓供水系統送往冷卻迴圈水池、冷凍水池和鍋爐房等。在設定好產水量後，開啟進水開關，軟水處理器按4個過程迴圈工作，如下圖所示：

　　這4個過程的完成是通過對多路閥工作位置的切換來實現的：軟水處理器工作至設定產水量後進入反洗過程，反洗T1時間後進入再生過程；在軟水處理器再生過程中，軟水處理器通過虹吸方式從鹽液箱吸入飽和鹽溶液進行罐內樹脂的再生，經過T2時間再生完成後，進入快速沖洗（正洗）過程，經過T3時間將罐內的沉澱物清除乾淨後，進入下一個工作迴圈。

　　1.2控制功能

　　為了能夠監測裝置的工作狀態和軟水水質的變化情況，保證裝置的穩定執行和軟水的保質供應，實現該裝置的集中監控，提出如下控制功能：

　　採用可靠性高的SIEMENSS7-300PLC進行控制。

　　設定觸控式螢幕作為現場操作面板，實現本地顯示和操作。

　　設定電動閥和液位計進行鹽液箱的液位檢測和控制，以保證鹽液濃度的穩定。

　　實現軟水器出水流量和硬度的線上檢測。

　　實現水質異常的緊急處理。

　　設定多路閥的執行反饋和出水電磁閥的動作反饋，實現工作過程視覺化。

　　增設變頻管道泵和壓力變送器，實現進水壓力的控制。

　　實現軟水水箱液位與軟水處理器的聯鎖控制功能，在水箱滿液位附近時停止或啟動軟水處理器的工作，以保證軟水的穩定供給。

　　實現遠端監控功能。

　　2系統硬體構成

　　2.1PLC系統

　　PLC系統的輸入訊號包括變頻器故障訊號、多路閥位置反饋訊號、出水閥開關反饋訊號、補水閥開關反饋訊號、空氣開關的開關訊號、鹽液箱液位、出水流量、進水壓力等，輸出包括控制變頻器的啟停和工作頻率、多路閥的通斷、出水閥和補水閥的開關。

　　本系統的可編程式控制器（PLC）選用SIEMENSS7-315PLC，該系列PLC自帶2個DP介面，功能強，擴充套件方便，價效比好，完全滿足系統控制要求。該PLC作為PROFIBUS-DP網路主站，處理系統各種資料和工藝動作流程，如接收網路將控制命令控制裝置；將DP從站的資訊採集回來進行處理。

　　2.2彩色觸控式螢幕TP170B

　　為滿足方便現場操作員實時、靈活、準確、安全地控制，系統在控制櫃上設定了1臺西門子TP170B觸控式螢幕作為現場操作面板，通過DP介面和 S7-315相連。不同級別的操作員被授予不同的操作密碼，根據各自的權益進行水處理器的啟停、時間和流量引數的設定。該觸控式螢幕使用方便、靈活實現控制命令的輸入及狀態的監視，且在安裝時不佔用空間，其堅固的防護結構和專業設計能經受現場惡劣環境的考驗。

　　2.3變頻器

　　變頻器採用DANFOSS2800系列，通過DP介面和PLC相連，實現進水的恆壓供給，同時將執行和故障訊號通過DP匯流排傳送給PLC處理。

　　2.4DP/PACoupler及PA從站

　　DP/PACoupler既是S7-315PLC的從站，又是下位PA儀表的主站，所有PA從站（進水壓力、出水流量、出水硬度、液位）訊號均通過PA介面經過DP/PACoupler轉發給PLC處理。

　　2.5操作員站

　　系統在能源管理中心室設定一臺計算機作為操作員站，用於系統管理和遠端監控，不同級別的操作員被授予不同的操作密碼，根據各自的權益對系統進行有效的監控和管理。操作員站與S7-315PLC主站是通過廠區骨幹網（工業以態網）傳輸資料。

　3系統軟體設計

　　3.1上位監控軟體

　　上位機監控軟體採用當今世界通行的工控組態軟體IntellutionIFIX2.6組態而成，該軟體功能強大，基於 MicrosoftWindows介面，具有VBA指令碼編輯功能，程式設計師可利用軟體自帶的專家系統設計，也可利用VBA指令碼編輯功能靈活程式設計。該軟體分為 HMI和SCADA兩部分，HMI具有豐富的圖形庫和繪圖工具，程式設計師可在此基礎上做出豐滿、動感、色彩斑斕的圖形和操作介面；SCADA具有強大的驅動功能，可同時配置八個驅動程式，每個驅動程式可同時配置任意多同系列的硬體裝置。

　　SCADA所具有強大的驅動功能可滿足現場任何驅動需要。

　　監控軟體設計了管理員登入功能、授權密碼管理功能、軟水處理系統監控介面、實時報警功能和系統管理功能。

　　3.2現場操作面板

　　現場操作面板監控軟體採用SIEMENSHMI組態軟體ProToolV5.2中文組態版設計而成。操作員面板是通過自身所帶的MPI/DP介面與PLC交換資料。監控軟體設計了“口令管理”、“系統監控”、“單機監控”、“系統設定”等畫面，另外還設計實時故障報警等功能。在這裡，反洗、再生、正洗時間設定和產水量、進水壓力、PID引數設定全部得到實現，強制再生只需在輕輕一按即可自動判斷實現再生過程。

　　3.3PLC程式

　　如圖2所示，軟水處理系統的裝置控制都是通過PLC完成，PLC軟體實現現場操作員面板和上位機各種控制命令的響應和處理，進行變頻泵、多路閥、出水電磁閥、補水電磁閥的控制；同時採集它們的反饋訊號，經PLC判斷和處理，將各閥的工作狀態、軟水處理器執行的各個階段、出水流量（已處理流量）、鹽水箱液位和進水壓力在現場操作面板和上位機上實時顯示，實現處理過程中故障的自動檢測與報警，使執行和操作人員能及時發現和處理問題，排放不合格水，減少鹽和水的浪費。系統還能夠自動儲存停電前的產水量的設定值和剩餘水量，能在來電後自動投入執行；在進水壓力過低（或停水）時暫停工作，並記憶工作位置和處理流量，在進水壓力正常後自動繼續執行；可根據執行情況選擇單罐執行或組合並聯執行，並可實現各罐獨立操作，互不影響。

　　系統根據工藝需要設計了手動、自動和強制再生3種控制方式，操作員可根據現場情況靈活採用。

　　（1）手動控制

　　系統在手動控制方式下，操作員可在現場或中控室方便、靈活地控制每個閥門的開關，使多路閥執行到工作、反洗、再生和正洗的任何一個位置，同時可實時監視返回的狀態。

　　（2）自動控制

　　系統在自動控制方式下，根據模式設定（時間控制模式、流量控制模式）自動判斷進行系統的控制。在流量控制模式下，在操作員設定了產水量後，按執行按扭，PLC將根據設定的程式，向多路閥和各電磁閥釋出指令，自動完成各個閥門的開關，從而按圖1的流程實現執行、反洗、再生、正洗等各個工作過程。這種模式下，系統採用渦輪流量計進行產水量的計量和處理流程的控制。

　　為了進一步增強系統的可靠性，根據在水壓基本恆定的情況下，時間與流量成線性關係，系統增設了時間控制模式，在流量計出現問題時採用，在該模式下，控制流程同流量控制模式，只需將流量訊號用時間訊號替代即可，這裡不再贅述。

　　（3）強制再生

　　在軟水處理器執行過程中，在發現出水水質不合格而需要罐內樹脂重新再生時，可使用強制再生程式。在這種方式下，按下強制再生按扭後，系統將由工作自動轉為反洗，經過T1時間後轉入再生，再生T2時間後轉入正洗，正洗T3時間後回到工作位置，完成強制再生過程。

　　4.結論

　　系統投運以來，執行結果表明：該系統可靠性高、執行穩定，人機介面好，操作和維修簡單，各項效能指標均達到了預期要求，保障了軟水的穩質和穩定供給。系統遠端監控的實現，提高了工作效率，降低了人工勞動強度，有利於裝置的執行和管理。