水处理过程微机监控系统的研究

电力18讯：    0　概述
    纯净水是特殊行业至关重要的生产物资,如电厂锅炉用水等。纯净水在水质、水压、流量等方面的要求是非常严格的。目前我国很多水净化的自动化程度还不是很高,对供出的纯净水水质、水压、流量等数据的采集和监测还只是人工的定时巡检,不能实时准确地进行监控,严重影响供水的质量,而且,若出现了质量问题也只能根据人工抄表的数据进行核对,由于存在人为的因素,对及时发现问题和解决问题不利;同时,人工抄表的数据不利于数据的及时汇总和形成报表,不便于管理人员和质量控制人员根据报表进行决策。如果对整个水处理实行全过程微机监控,对各个参数进行24ｈ实时监控,那么有利于形成报表以供决策。综上所述,在水净化系统实行全过程实时监控是很有必要的。

1　微机监控系统的工作原理
    整个微机监控系统的框图如图1所示。微机监控系统须采集和监测的输入信号共计有512个,包括:原水量、纯水量,各个采样点的瞬时流量、电导率、电压、电流、阀的开度、压力、温度、电耗、水位、过载信号、控制反馈信号等,通过各种传感元件、一次仪表或其他方式进入系统。控制输出信号共有192个,包括电机、电磁阀控制、电动阀控制等。
    输入信号从总体上可分为三类:开关量信号、模拟量信号、脉冲信号。开关量信号包括由浮球式水位仪接入的水位信号、由反馈触点接入的控制反馈信号。模拟信号包括由液位传感器接入的液位信号、由电导率表接入的电导率信号;由互感器接入的电压、电流信号;由位置感应器接入的阀度信号等。以上信号均为(4～20ｍＡ)电流信号。脉冲信号包括由脉冲流量计接入的水量信号,由脉冲式电度表接入的电耗信号等。其逻辑"0"电平为1Ｖ以下,逻辑"1"电平为3.5Ｖ～30Ｖ。输出信号包括19台水泵、加药泵的驱运控制,其电机功率范围从0.5ｋＷ～37ｋＷ不等。电磁阀和电动阀门功率都很小。输出信号均以220Ｖ进行控制。
　　现场信号的分布较复杂,相互距离集中在泵房、水池、处理车间等几个工作现场,因此在系统控制方式和策略上要加以考虑。
    在微机监控系统(见图1)中采用一级2台工控机控制,以提高可靠性,采用施耐德公司的Ｑｕａｎｔｕｍ系列可编程序控制器(ＰＬＣ)作为下位控制机,研华公司的ＩＰＣ610Ｐ工控机为主控计算机,监测数据的提取采用Ｍｏｄｉｃｏｎ的数据采集模块,并以Ｍｏｄｂｕｓ方式连接,以提高数据的可靠性和减少布线。主控计算机之间、工控机与ＰＬＣ之间通过以太网连接,操作人员可察看工作情况和查阅报表。

2　系统的硬件设计
    系统的硬件设计与选取直接关系到系统的性能。由于系统对可靠性、抗干扰性等方面的要求较高,本方案在硬件设计中采用的方法和措施主要有:
    1)主控计算机是整个系统的核心,负责收集、处理、显示各个数据监测模块通过Ｍｏｄｂｕｓ网络传过来的数据,并根据处理结果做出相应的控制,在本系统中采用研华ＩＰＣ610Ｐ工业控制计算机,采用ＰⅢ1ＧＣＰＵ,通过2个以太网接口分别与交换机、可编程序控制器及各个模块进行通讯,具有防撞击、防震动、耐高温等特性,其抗干扰性、可靠性都能达到系统要求。
    2)可编程控制器是系统控制的主要部分,接受来自主控计算机的指令,并且通过程序逻辑向外发出控制信号,控制外面的执行机构,同时把执行机构的反馈信号以及另外的输入信号状态传给主计算机,供主控计算机处理。本系统采用Ｑｕａ ｎｔｕｍ系列可编程控制器,其存储器可达512Ｋ字以上,最多可扩展到3个机架,30个Ｉ Ｏ单元,梯形逻辑解算时间为0.3～1.4μｓ,Ｉ Ｏ的刷新时间为0.7ｍｓ,配有1个ＣＰＵ模块,16个Ｉ Ｏ单元,1个以太网通讯模块,其输出均可采用220Ｖ电压,可大大简化控制设计,各个输入输出可加入保险管进行短路保护。
    3)数据监测模块集中进行数据采集和监测,并通过Ｍｏｄｂｕｓ网络传给主控ＣＰＵ,使得控制和线路简单,维修方便。在本系统中采用Ｍｏｄｉｃｏｎ的输入输出模块140ＡＣ系列,它是一种专用的模拟量模块,具有双缆接口的设备,可进行软件配置和校准,采用Ｍｏｄｂｕｓ传输标准,Ｍｏｄｂｕｓ是一个事实上的工业标准主 从协议,现分别介绍如下:
    ａ)简单且安装方便
    ＭｏｄｂｕｓＰｌｕｓ双绞线电缆和Ｍｏｄｂｕｓ连接器系统使安装轻而易举,作为一种自举网络,Ｍｏｄｂ ｕｓＰｌｕｓ是真正的即插即用网络。
    ｂ)Ｍｏｄｂｕｓ跨系列连接
    ＭｏｄｂｕｓＰｌｕｓ使所有Ｍｏｄｉｃｏｎ模块式控制器之间可相互连接,同时可与Ｍｏｄｃｏｎｎｅｃｔ合作伙伴生产的各种产品连接。
    ｃ)高性能
    以可预测的和确定的方式每秒传递20,000位至寄存器,并且包括<