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工業污水處理控制系統以太網的研究

2019-04-01 15:25:59 合肥鴻昇自動化科技有限公司 閱讀

  1 污水處理控制系統分析與設計

  控制要求

  污水處理控制系統的控制要求:污水站集水池設有2臺液下泵,根據集水池的液位自動啟停,兩臺泵輪流先后工作。在啟動液下泵的同時,啟動。污水提升到中間水池后,中間水池有兩臺潛污泵,輪流工作,并可以在一臺泵故障時,啟動另一臺泵。污泥池有兩臺污泥泵,根據浮球閥的狀態自動啟停污泥泵。并可在上位機監測集水池和清水池水位,容器罐、污泥增壓泵及出水管的壓力,出水管的流量。

  灑水系統的控制要求:可在現場控制柜控制噴水和上位機遠程控制操作。遠程控制時可以實現上位機點動控制噴水閥噴水和堆場循環噴水。分為單堆場噴淋和全堆場循環兩種模式:單堆場循環為上位機選定某個堆場噴淋;全堆場循環為根據堆場有無堆料、有無斗輪機懸臂信號和是否選中噴淋的情況對整個堆場進行全堆場循環噴淋一次。

污水處理控制系統.jpg

  2污水處理控制系統設計

  該污水處理和堆場噴灑自動控制系統由1座現場PLC主站,10座遠程I/O子站組成,計算機監控工作站設在中控室內,通過工業以太網連接。在中控室安裝有一套灑水控制工業計算機,運行人—機界面,完成污水處理控制系統和堆場噴灑系統的監控和生產管理。它監視、控制、管理整個污水處理控制系統和堆場噴灑系統的全部生產過程和。

  在該系統中采用100Mbps工業以太網,通過工業以太網光端機,將所有現場控制主站、操作站及所有遠程I/O站等用光纖以太網連接起來。在污水處理控制系統現場控制主站設一套 MODICON QUANTUM系列 PLC,在堆場噴灑系統10個閥門控制箱遠程控制子系統各配一套MODICON MOMENTUM系列PLC作為遠程I/O站。通過光纖工業以太網和現場控制站相連接。監控工業計算機通過以太網連接現場控制PLC主站來實現污水處理控制系統和堆場噴灑自動控制系統與總控制系統的數據通信。因為施耐德公司的ModbusTCP/IP (1998) 是目前工業以太網的事實標準,并使以太網在傳感器級和設備級得到了大量的應用。

  污水處理控制系統設備采用公司生產的TSX Quantum和Momentum系列PLC。以工業控制計算機作為中央操作站(操作站和工程師站)。中央操作站負責設備運行的狀態監控、生產信息處理、打印、系統起停命令發送、回路調節、設定位給定等功能。現場站負責現場I/O信號采集、回路控制、聯鎖順序控制,現場所有的信號通過電纜引到現場站。現場站和操作站通過工業以太網完成它們之間的信息和數據交換,真正體現了分散控制、集中管理的原則。本系統的建立遵循開放性原則,采用結構化體系,并對將來的發展具有完全的兼容性和可擴充性,采用工業以太網結構形式,具有良好的可擴充性和開放性,只要符合工業以大網協議的設備都可以上網,可以極其方便地外掛生產調度管理系統(MIS系統)。

污水處理控制系統.jpg

  3 控制網絡的組成與實現

  3.1通信問題的解決

  在該PLC控制系統中,硬件網絡的組建只是其中一部分,如何解決網絡通信的穩定性和準確性是需要解決的重要問題。

  要實現Quantum PLC與Momentum PLC之間的網絡通信有兩種方式:1 通過組態設置master主站及進行信息交互的Slave從站,并設置讀寫的數據長度的單元地址;2 利用Concept編程軟件中的FBD功能指令,實現對子站的讀寫操作。

  在該系統的控制網絡中,我們采用了集線器499NOH10510作光電轉換。由于集線器是在接收到來自某一端口的消息,再將消息廣播到其它所有的端口。對來自任一端口的每一條消息,集線器都會把它傳遞到其它的各個端口。在消息傳遞方面,集線器是低速低效的,可能會出現消息沖突。顯然,由于集線器的這一個不足,當各個PLC中的信息同時占用某個通信信道時,就會引起信道的消息沖突,而導致網絡通信中斷,這樣整個控制網絡就會處于癱瘓狀態。只有重新啟動整個系統才能使系統恢復正常,但是,由于在控制系統中信息的傳遞是頻繁的,因此如果不解決信息沖突的問題,發生系統控制網絡癱瘓的可能性就時刻存在。

  3.2控制網絡的組建

  該系統控制網絡的硬件組成是:中控室操作站PC一臺,現場控制站Quantum PLC一臺、遠程控制子站Momentum PLC十臺,施耐德MODICON以太網集線器10Mbps 3TP/FL 499NOH10510十一只,工業以太網光纖網絡收發器一只。

  網絡組建方案設計如下:由主站Quantum PLC和子站Momentum PLC通過光纖收發器和以太網集線器499NOH10510組成一個有十一個節點的冗余環形網絡,并通過光纖收發器和499NOH10510集線器實現環形子網與上位機的通信。采用環形網的方式,如果系統中環形光纖發生故障,環形結構將在小于500 ms時間內切換成具有全部傳輸能力的總線結構。所以在其中某個Momentum PLC出現問題時,由于環網的冗余作用而不會影響到整個系統的正常運行,提高了整個系統的穩定性。結構如圖1所示。

  在網絡硬件組建成功之后,使用施耐德公司的Bootp工具對組成環型網絡的各個PLC分配IP地址,該地址要與上位機操作站電腦的IP地址在同一個域段內。



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