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伺服電機

歐姆龍自動化網(wǎng)絡在水處理行業(yè)中的應用技術

發(fā)布日期：2022-04-27 點擊率：85 品牌：歐姆龍_Omron

    可編程序控制器（簡稱PLC）自從1969年由美國數(shù)字設備公司(DEC)發(fā)明問世以來，在這短短的三十幾年的時間里，取得了翻天覆地的變化和發(fā)展。對于自動化技術的發(fā)展，PLC是功不可沒的。如今的PLC可以按照要求實現(xiàn)大部分工藝流程的精確和快速的自動化控制。隨著由PLC和計算機構成的工廠自動化網(wǎng)絡有了質的飛躍后，在大型系統(tǒng)、工藝相當復雜、控制要求高的場合中，原先用DCS系統(tǒng)的，也漸漸被PLC及其網(wǎng)絡所取代。在這種情況下，PLC網(wǎng)絡在水處理行業(yè)被越來越廣泛地采納和使用。

  水處理行業(yè)主要分為凈水處理和污水處理兩大部分。凈水廠控制系統(tǒng)通常分為水廠調度系統(tǒng)、加藥間（加氯間）PLC控制站、濾站PLC控制站、送水泵房PLC控制站等。各個控制站相對獨立工作，通過有線網(wǎng)絡進行通訊，將所有的數(shù)據(jù)信息送到水廠調度室進行處理，或將一部分數(shù)據(jù)通過調度系統(tǒng)以無線（或有線）通訊的方式送到城市的調度中心。對于污水處理來說，要根據(jù)污水水源地狀況來確定污水處理的工藝流程，由于污水處理工藝的不同而自控系統(tǒng)應用PLC的要求也有所不同。一般講，整個污水處理廠都有總控室和多個現(xiàn)場控制站，站與站之間通過控制器層網(wǎng)絡或信息層網(wǎng)絡相連，然后全部連接到總控室，總控室的多臺計算機、工作站和圖形站都用信息層網(wǎng)絡連接，這樣和現(xiàn)場控制站構成了集中管理，分散控制，高速數(shù)據(jù)交換的工廠級自動化網(wǎng)絡。PLC自控系統(tǒng)是水處理廠的控制核心部分，對其合理的選型和設計，對污水廠能否高效、自動化的運行非常重要。然而，PLC網(wǎng)絡又是其中的重中之重，網(wǎng)絡的好壞直接影響到污水廠的正常運行。

  在全世界范圍內，歐姆龍一直是世界五大PLC生產(chǎn)商之一。歐姆龍PLC在水處理行業(yè)中主要使用CS1D/CS1或 CJ1系列。而由這些PLC組成的歐姆龍網(wǎng)絡主要有三層：工業(yè)以太網(wǎng)，Controller Link網(wǎng)和DeviceNet現(xiàn)場總線。這三層網(wǎng)絡已經(jīng)被廣泛地運用在此行業(yè)中。下面主要以長沙市第一污水處理廠一期擴建工程項目為例，具體討論歐姆龍自動化網(wǎng)絡在水處理行業(yè)中的應用技術。

1. 概述

  長沙市第一污水處理廠一期擴建工程占地范圍為：東至長撈公路，南臨瀏陽河，西臨馬廠管區(qū)，北接金霞開發(fā)區(qū)。用地面積10.61公頃，位于現(xiàn)有第一污水處理廠內及西北側。一期擴建工程規(guī)模為18萬噸/日，其中包括：(1) 將現(xiàn)有第一污水處理廠3×104m3/d的二級處理部分完善成帶厭氧段的A/O工藝。(2) 在現(xiàn)有3×104m3/d處理的基礎上，另擴建15×104m3/d的帶厭氧段的氧化溝二級處理能力，使第一污水處理廠的2010年規(guī)模達到18×104m3/d。一期擴建工程包括兩部分，即污水收集管網(wǎng)及泵站部分和污水處理廠廠區(qū)部分。其中廠區(qū)部分工程內容包括：對長沙市第一污水處理廠內的污水處理、污泥處理設施及配套的附屬設施改建和擴建。經(jīng)污水處理廠處理后的水排入瀏陽河后再匯入湘江。

2．工藝流程

長沙市第一污水處理廠一期擴建工程工藝流程圖如圖2所示。

3. 歐姆龍PLC和觸摸屏的選擇

  現(xiàn)場控制站、分控站和遠程現(xiàn)場站的PLC采用目前OMRON公司最新產(chǎn)品CS1機型。OMRON PLC產(chǎn)品貨源充足、中文資料豐富、備品備件方便，技術服務方便、國內維修便利等特點。CS1機型有以下特點：

●  高速RISC的CPU（32位）

  ●  程序容量：60K，數(shù)據(jù)容量：128K，程序存儲器帶保護開關，鋰電池保護程序，快閃存儲保護數(shù)據(jù)
 
  ●  最大IO點數(shù)： 5120點（不包括內部繼電器位）
 
  ●  電源電壓范圍：85～132VAC或170～264VAC
 
  ●  基本指令處理速度：≤0.04?s
 
  ●  特殊指令處理速度：≤0.12?s

  ●  CPU帶RS-232C(可達115.2Kbps)端口，通過串行通信設備，每套PLC上最多能提供34個（RS232/422/485）通信口，通信速率可達38.4KBPS，用于連接現(xiàn)場儀表、外圍通信設備和觸摸屏（PT）

  ●  對于每個串行通信口，具備自定義協(xié)議的通訊功能－協(xié)議宏功能（Protocol Macro），能與非本公司產(chǎn)品進行數(shù)據(jù)交換,便于和現(xiàn)場智能儀表相連

  ●  支持E_mail功能，能以事件觸發(fā)、定時觸發(fā)及故障觸發(fā)方式由PLC向上位機發(fā)送電子郵件

  ●  具有電源出錯履歷、電源中斷時間壓棧、電源中斷計數(shù)等電源維護功能
 
  ●  支持以太網(wǎng)(Ethernet)、控制網(wǎng)(Controller Link)、設備網(wǎng)（DeviceNet），并支持多網(wǎng)配置
 
  ●  使用最新的編程軟件CX-P和仿真軟件CX-Simulator可以實現(xiàn)離線模擬仿真調試。

  為了便于現(xiàn)場操作，在被控現(xiàn)場配置可編程顯示終端，即觸摸屏。選用的是NT631C。廠區(qū)分控站主站(PLC1、PLC2、PLC3)觸摸屏NT631C特性如下：

  ●  全中文軟件界面，硬件自帶中文漢字庫
? 
  ●  顯示器件：彩色

  ●  有效顯示區(qū)域：10.4”

  ●  顯示分辨率： 640*480點
 
  ●  畫面數(shù)量：≥3000
 
  ●  通訊接口：RS-422A/RS-485口，RS-232C口，打印機口
 
  ●  電源電壓范圍：DC20.4V~DC26.4V
 
  ●  采用32位RISC芯片

  ●  運行時間:  ≥25000小時

4．歐姆龍網(wǎng)絡選擇
 
  歐姆龍不僅提供品種眾多的PLC型號，而且由PLC組成的網(wǎng)絡產(chǎn)品也是非常豐富。歐姆龍主要的網(wǎng)絡有以下幾種：

可將以上的網(wǎng)絡從高到低劃分為三個層次：信息層、控制層和設備層。第一層信息網(wǎng)，包括工業(yè)以太網(wǎng)（Ethernet）和SYSNET，主要負責大量信息的采集和實時監(jiān)控，對現(xiàn)場的PLC、檢測元器件和執(zhí)行機構實行中央集中控制，最新的工業(yè)以太網(wǎng)技術（CIP技術）在商用以太網(wǎng)的基礎上增加了工業(yè)級的實時性，已成為最通用最高速的一種信息網(wǎng)絡。第二層為控制層，包括SYSMAC Link、PC Link和Controller Link，控制層網(wǎng)絡的特點是高速、高可靠，適合PLC與計算機、PLC與PLC及其它設備之間的大量數(shù)據(jù)的高速通訊。最底層網(wǎng)絡為設備層，它們有SYSBUS、SYSBUS/2、CompoBus/D（DeviceNet）、CompoBus/S、ProfiBus-DP、Modbus等，這一層用于PLC與現(xiàn)場設備、遠程I/O端子及現(xiàn)場儀表或智能設備之間的通訊，設備層網(wǎng)絡應是與現(xiàn)場設備連接方便，并能起到省配線的作用，成本低廉。第三層網(wǎng)絡習慣上稱之為現(xiàn)場總線。Ethernet、Controller Link和DeviceNet代表了歐姆龍以上三個層次網(wǎng)絡產(chǎn)品的最新技術。

  根據(jù)對歐姆龍以上網(wǎng)絡系統(tǒng)的分析，結合長沙市第一污水處理廠的工藝控制要求，最終選擇的典型的網(wǎng)絡系統(tǒng)如圖3（以太網(wǎng)結構）所示。

  長沙市第一污水處理廠工程控制系統(tǒng)由中央控制室的上位計算機管理控制系統(tǒng)、三個現(xiàn)場控制站（PLC1～PLC3）和兩個廠外泵站組成。采用由工業(yè)控制計算機及PLC構成的分散集中控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)集控制、數(shù)據(jù)采集功能為一體，完成整個水廠的過程控制、工藝流程顯示、設備運行狀態(tài)的監(jiān)測及故障報警。

  中央控制室設置兩臺SCADA工作站（工控機）為操作站。以流行的SCADA軟件作為系統(tǒng)控制軟件，內部集成VBA，并配置高清晰投影儀和大型馬賽克模擬屏。廠區(qū)內中央控制室和三個現(xiàn)場控制站組成雙環(huán)光纖冗余以太網(wǎng)絡系統(tǒng)，通訊速率主干線及計算機為100Mbps、PLC為10Mbps。中央控制室可調用各現(xiàn)場站的全部運行信息，在中央控制室可控制現(xiàn)場主要設備的啟動和停止。

  本系統(tǒng)中央控制室與現(xiàn)場站PLC之間采用雙環(huán)光纖冗余工業(yè)以太網(wǎng)（Ethernet），其通訊介質為六芯單模光纖(兩用四備、10/125μm，)。

  環(huán)形光纖以太網(wǎng)采用10/100Mbps的通訊方式，即：主干光環(huán)及與計算機連接為100M，與PLC連接為10M。通訊光纖采用直埋式鎧裝防雷設計的六芯單模光纖（10/125μm），聯(lián)接頭為國際標準SC連接頭。

具體做法如下:

  計算機和PLC采用標準的RJ45接口, 然后分別通過RS2-FX-sm模塊將RJ45 

圖3  長沙一污自控系統(tǒng)圖


  方式轉換為200M/100M兼容的光纖環(huán)網(wǎng)方式。RS2-FX-sm提供4個光纖接口（2個輸入，2個輸出）和4個RJ45接口。中央控制室的兩臺計算機與RS2-FX-sm的其中2個RJ45相連。每臺PLC上的冗余以太網(wǎng)模塊與一個RS2-FX-sm相連。
工業(yè)以太網(wǎng)特性如下：

  ˙支持TCP/IP，UDP/IP標準協(xié)議，可與其他以太網(wǎng)設備，工作站、個人電腦及其他生產(chǎn)商提供的以太網(wǎng)產(chǎn)品通信。

  ˙支持FINS通信，可使用FINS GATEWAY功能使以太網(wǎng)與工業(yè)控制網(wǎng)絡通信，協(xié)議為開放型。

  ˙有Socket服務功能，使用UDP或TCP協(xié)議傳送數(shù)據(jù)。

  ˙自帶FTP服務功能，從而使工作站或個人電腦能通過FTP客戶功能對PLC進行數(shù)據(jù)讀寫，而無需PLC上編程。

  ˙帶有E-mail功能，能向mail server發(fā)送用戶自定義信息，故障信息，狀態(tài)信息等，帶RAS功能，支持遠程數(shù)據(jù)訪問<

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