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論文導(dǎo)讀：應(yīng)用PLC 技術(shù)、變頻技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過(guò)SIEMENS 公司的CP340模塊將分散的工業(yè)設(shè)備組合成強(qiáng)大的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)過(guò)程精確控制、智能診斷、實(shí)時(shí)監(jiān)控和生產(chǎn)的高效管理。本文以污水站為例，介紹了控制系統(tǒng)硬件、軟件設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：PLC變頻調(diào)速，精確控制

　　1. 引言
　　火力發(fā)電廠工業(yè)廢水水量大，污水種類(lèi)較多，水質(zhì)差別較大，為了最大程度實(shí)現(xiàn)廢水的重復(fù)利用和節(jié)約廢水處理成本，火力發(fā)電廠工業(yè)廢水處理系統(tǒng)一般實(shí)行清污分流處理。采用PLC將分散的工業(yè)設(shè)備組合起來(lái)形成智能工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了污水處理的精確控制、智能診斷和實(shí)時(shí)監(jiān)控。
　　2. 現(xiàn)代化污水處理系統(tǒng)的基本要求
　　2.1 遠(yuǎn)程采集與集中監(jiān)控
　　工業(yè)污水處理設(shè)備分布于不同的車(chē)間或區(qū)域，使得控制系統(tǒng)I/O點(diǎn)特別分散。為減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度和實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守自動(dòng)化監(jiān)控，就需要控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程采集和設(shè)備的集中監(jiān)控�？刂坪诵脑O(shè)備對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行本地或遠(yuǎn)程的自動(dòng)控制，并對(duì)工藝流程進(jìn)行全面、
　　實(shí)時(shí)的監(jiān)控顯示，為生產(chǎn)、調(diào)度和管理提供必要的數(shù)據(jù)。
　　2.2 控制核心高度集成化、模塊化
　　控制系統(tǒng)高度集成化、模塊化，系統(tǒng)能夠滿足數(shù)據(jù)采集與傳輸、邏輯運(yùn)算，數(shù)據(jù)處理的要求。污水處理大部分是對(duì)輸水泵和配水泵的邏輯控制，閉環(huán)控制只用在出水壓力控制上，而邏輯控制是可編程序控制器PLC的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域。PLC不僅能夠采集開(kāi)關(guān)量信號(hào)、完成邏輯控制，其強(qiáng)大的模塊化設(shè)計(jì)還可以擴(kuò)展模擬量采集模塊、通信模塊完成不同數(shù)據(jù)的采集和保證數(shù)據(jù)的及時(shí)傳輸，另外PLC兼容性高、抗干擾能力強(qiáng)、功能擴(kuò)展簡(jiǎn)單，因此使PLC成為目前工業(yè)控制系統(tǒng)的首選控制器。
　　2.3 自我診斷、報(bào)表生成、自我恢復(fù)等智能化功能通過(guò)對(duì)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集進(jìn)行分析處理，判斷系統(tǒng)運(yùn)行情況，記錄系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。當(dāng)系
　　統(tǒng)根據(jù)采集數(shù)據(jù)分析判斷設(shè)備故障時(shí)，控制器自動(dòng)運(yùn)行保護(hù)程序，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)并生成報(bào)表。當(dāng)技術(shù)人員排除現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備故障后，控制器根據(jù)操作人員操作信號(hào)，自動(dòng)恢復(fù)系統(tǒng)運(yùn)行。目前先進(jìn)的控制系統(tǒng)可以根據(jù)系統(tǒng)故障級(jí)別和分類(lèi)，將故障信息分類(lèi)發(fā)送到各個(gè)部門(mén)。
　　2.4 可靠、高速的傳輸介質(zhì)
　　分布式智能控制系統(tǒng)的基本條件是具有可靠、高速的傳輸介質(zhì)。傳輸介質(zhì)目前有屏蔽雙絞線、光纖、無(wú)線電臺(tái)、工業(yè)以太網(wǎng)等形式。隨著各種儀表的智能化，大多數(shù)智能儀表都帶有通信接口和控制器連接，采用通信的方式，通過(guò)傳輸介質(zhì)一次性采集多組數(shù)據(jù)成為智能儀
　　表的發(fā)展方向。
　　3. 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
　　污水處理站環(huán)境惡劣，操作和維護(hù)人員應(yīng)在中控室完成對(duì)整個(gè)污水站監(jiān)控，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)及時(shí)維護(hù)。污水站控制系統(tǒng)由PLC、變頻器、壓力傳感器及上位機(jī)組成。本系統(tǒng)的控制核心為SIEMENS S7-300，硬件主要由電源、CPU、數(shù)字量輸入輸出、模擬量輸入、通信單元等模塊組成�？刂葡到y(tǒng)主要完成數(shù)字、模擬信號(hào)采集，邏輯分析和控制，數(shù)字、模擬信號(hào)輸出，數(shù)據(jù)通信控制等功能。變頻器根據(jù)管網(wǎng)壓力結(jié)合自帶PID功能對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，保持管網(wǎng)壓力恒定�？刂葡到y(tǒng)及污水處理狀態(tài)采集到PLC中，通過(guò)WINCC在工業(yè)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)顯示。
　　4. 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
　　程序的編制采用模塊化結(jié)構(gòu)，針對(duì)污水處理的特點(diǎn)，把程序設(shè)計(jì)為電機(jī)控制子程序、參數(shù)采集程序、系統(tǒng)報(bào)警子程序和安全保護(hù)程序等。主程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示，控制系統(tǒng)核心為電機(jī)控制程序。由于本系統(tǒng)設(shè)備比較集中，主控制采用SIEMENS公司S7-300控制器，因此系統(tǒng)采用SIEMENS通信模塊CP340將污水處理各個(gè)單獨(dú)的設(shè)備組成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。CP340通信處理是Siemens公司提供的串行通信的低成本解決方案，它可以在SimaticS7-300和ET200M機(jī)架中使用，是Siemens公司PLC與其他智能終端進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的橋梁。系統(tǒng)通信子程序是軟件中的重要部分，對(duì)變頻器和反應(yīng)池的檢測(cè)和控制、故障代碼采集都采用通信的方式，一根通信電纜一次性采集、傳輸多組數(shù)據(jù)，減少電氣連線和信號(hào)干擾，已成為智能儀表的發(fā)展方向。該通信模塊提供了三種不同形式的傳輸接口：①、RS232C，②、20mA(TTY),③、RS422／RS48但每個(gè)CP340只提供一種接口形式。該模塊可以實(shí)現(xiàn)三種通信協(xié)議ASC II碼，3964（R）和打印機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)集成在STEP 7中的參數(shù)化工具可進(jìn)行簡(jiǎn)單的參數(shù)化，其設(shè)置主要包括通信方式（波特率、數(shù)據(jù)位數(shù)、停止位數(shù)和奇偶校驗(yàn)）、接收幀結(jié)束方式、接口方式等，編程人員要關(guān)注的是根據(jù)智能儀表的通信協(xié)議編寫(xiě)程序。CP340使用自由口模式與這些設(shè)備進(jìn)行信息互換。自由口通信是通過(guò)用戶程序控制通信口的操作模式。利用自由口模式，可以實(shí)現(xiàn)通信連接多種智能設(shè)備。STEP 7中的功能塊FB2(P_RCV)和FB3（P_SEND）是系統(tǒng)自帶的專(zhuān)為CP340提供的通信功能塊，利用STEP7自帶的功能塊可以減少編程時(shí)間降低編程難度。采用CP340主從站、半雙工的通信方式時(shí)，通信子程序應(yīng)考慮：①、采用半雙工的通信方式，在每個(gè)時(shí)刻總線上只能有一個(gè)站處于接收或發(fā)送狀態(tài)。由于主、從站的工作方式為主站主動(dòng)、從站完全被動(dòng)，所以在程序中當(dāng)主站成功發(fā)送完控制命令后，應(yīng)該給予從站足夠的時(shí)間反應(yīng)主站命令。②、對(duì)每次接收的數(shù)據(jù)都應(yīng)該進(jìn)行校驗(yàn)，保證接收的數(shù)據(jù)的正確性從而避免系統(tǒng)發(fā)生誤動(dòng)作。③、當(dāng)診斷系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤立即置位標(biāo)識(shí)位，給出相應(yīng)的報(bào)警信息，并且根據(jù)報(bào)警信息自動(dòng)對(duì)該報(bào)警信息給予分類(lèi)，對(duì)重故障作停車(chē)檢修。設(shè)備故障時(shí)，對(duì)此設(shè)備停車(chē)并且屏蔽此設(shè)備，程序?qū)⒉辉僭L問(wèn)該設(shè)備，這樣可以大大節(jié)省由于多次重復(fù)對(duì)故障設(shè)備通信所帶來(lái)的程序執(zhí)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。④、每次發(fā)送新信息前，確保接收緩沖器中的內(nèi)容取走，并且應(yīng)對(duì)接收緩沖區(qū)和接收緩沖區(qū)清零。CP340與各智能設(shè)備通信程序流程如圖2所示。電動(dòng)機(jī)控制程序依據(jù)管網(wǎng)實(shí)際壓力值，自動(dòng)切換電機(jī)（即變頻器頻率出現(xiàn)工頻或者最低PI調(diào)節(jié)頻率時(shí)）。因此采集的管網(wǎng)壓力值的可靠性尤為重要，壓力取自管網(wǎng)的壓力傳感器，其傳輸線較長(zhǎng)，并且經(jīng)過(guò)干擾較大的變頻器等設(shè)備，所以在使用雙絞屏蔽線的基礎(chǔ)上必須經(jīng)過(guò)軟件濾波等處理。精確判斷管網(wǎng)壓力，大大減少了切換泵的次數(shù)，且采用了變頻器不僅提高了系統(tǒng)的安全性也克服了電機(jī)起動(dòng)時(shí)的大電流沖擊。系統(tǒng)報(bào)警子程序是對(duì)系統(tǒng)所有的告警信號(hào)處理程序，例如電源故障、蓄水池水位超限、電動(dòng)機(jī)溫度超溫、變頻器故障和PLC模塊故障等。由于選用了具有中斷能力的數(shù)字量和模擬量輸入模塊，所以當(dāng)硬件檢測(cè)到現(xiàn)場(chǎng)故障信號(hào)時(shí)，便自動(dòng)執(zhí)行硬件中斷處理程序塊（OB40），對(duì)故障進(jìn)行判別并按故障級(jí)別作相應(yīng)處理。
　　　　5. 污水站系統(tǒng)特點(diǎn)
　　（1）可靠的控制策略。遠(yuǎn)程自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程手動(dòng)控制、就地控制三種控制方式保證系統(tǒng)安全啟停。變頻器、電機(jī)等設(shè)備都具有獨(dú)立的控制且能夠相互備用，即可以在自動(dòng)方式下實(shí)現(xiàn)任意組合的連鎖控制，又能在手動(dòng)方式下獨(dú)立控制。
　�。�2）形象的監(jiān)控見(jiàn)面，強(qiáng)大的報(bào)表功能。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)顯示污水處理工藝流程圖、設(shè)備運(yùn)行情況、運(yùn)行趨勢(shì)圖、故障報(bào)警畫(huà)面等。操作人員通過(guò)這些畫(huà)面可以全面的了解污水處理運(yùn)行情況，方便對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作。大大降低操作人員工作強(qiáng)度。
　　6. 結(jié)束語(yǔ)
　　基于PLC、變頻器等設(shè)備組成的污水處理工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，很好的滿足了現(xiàn)代化污水處理需求。采用Siemens公司的S7-300系列控制器網(wǎng)絡(luò)功能實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集與集中監(jiān)控功能，大大降低了污水處理成本，目前該系統(tǒng)運(yùn)行效果良好。

參考文獻(xiàn)
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