⑴ 信息层:
信息层以网络交换机为中心,通讯协议为TCP/IP,系统架构为Internet/Intranet,网络系统对内通信网数据吞吐率100Mbps。
其中信息层硬件部分主要为中控室的生产管理计算机站、服务器,化验室计算机站及配套网络传输线路、设备组成,完成系统的数据采集、监测、控制、通信、显示及生产管理调度等功能。软件系统主要由基于组态软件开发的江南污水厂生产过程控制、运行监控、调度系统以及生产管理(水质监测、生产数据和系统故障报警信息)信息系统等组成。 该体系结构实现了对江南水厂生产管理系统软硬件资源的整合和充分利用,使系统具有更高的兼容性、开放性和安全性。
⑵ 控制层:
控制层以施耐德 Unity平台为控制核心,将分布在各工艺段之间的施耐德 Unity PLC和中央监控计算机通过网络相连,实现控制信号的高速传输。施耐德 Unity PLC自动监测重要设备的运行状态和工艺参数变化,并对设备进行自动控制。控制层硬件设备主要为施耐德Unity系列PLC()、操作员面板(XBTG5230)、工业以太网交换机(499NOS17100)
在这里我们要特别提一下控制层的网络。控制层的网络体系采用TCP/IP网络以及环形拓扑结构,以光纤为通信介质,通过以太网环网交换机构成带宽为100Mbps的工业以太网。该网络结构为自愈环网,其应用层采用开放的通讯协议。当环网发生一个光纤断点时,网络仍能够正常工作。作为全厂的控制主干网,工业以太网光纤环网能在任何节点接入设备,而不需要更改从前的站号和配置,充分考虑了今后扩展的方便性。在出现故障时,在线增加或删除任意一个节点,都不会影响到其他设备的运行和通讯。
根据工艺流程,全厂共设4套施耐德Unity PLC控制站:
LCS1控制站---总变电所控制站
主要控制粗格栅、进水泵房、转鼓格栅的设备。LCS1控制站的触摸屏通过RJ45连接到该站的交换机上。另外,LCS1控制站通过DP网和鼓风机设备厂家配套的PLC进行通讯;通过MB网和沉砂系统PLC、1#除臭系统PLC进行通讯。
LCS11控制站---鼓风机房控制站
主要控制鼓风机房的设备。LCS11控制站为LCS1控制站的远程I/O站。本控制站的触摸屏通过光纤介质连接到LCS1控制站的交换机上。
LCS2控制站---脱水机房控制站
主要控制脱水机房的设备。本控制站的触摸屏通过光纤介质连接到LCS1控制站的交换机上。
LCS3控制站---出水井分变电室控制站
主要控制出水泵房、回流污泥房、剩余污泥泵房、二沉池的设备。本控制站的触摸屏通过光纤介质连接到LCS1控制站的交换机上。
LCS4控制站---污泥泵房变电室控制站
主要控制曝气池的设备。本控制站的触摸屏通过光纤介质连接到LCS1控制站的交换机上。
另外,LCS4控制站通过MB网和紫外消毒PLC、2#除臭系统PLC进行通讯。
(3 )设备层:
我们利用施耐德UNITY PLC的MB口,采用MB网络通讯协议对MCC柜的各智能变送器进行多点通讯。这种不用传统I/O模块而直接采用总线电缆连接的通讯方式,在实现现场离散设备和可编程逻辑控制器(PLC)之间的数据数字化传输的同时,将成本费用减少到小,这种用于低层设备的低成本、高效率信息集成模式,已经逐渐成为控制领域的主流。
四、调试体会:
通过亲身经历,我们认为施耐德UNITY确实是新一代自动化平台上的硬件和软件产品:新软件的使用可以大大地减少开发项目的时间,新硬件的使用可以大大地提高系统处理的速度,基于开发平台和协同工具,施耐德UNITY使得设计、制造、维护的自动化水平达到前所未有的高度,从而大大提高了生产效率。下面是我在实践过程中的小体会:
1、施耐德UNITY PLC具有超强的处理能力、超大存储空间,并提供全面开放的通讯解决方案。其中,我们使用的兼容了RS 232/485 Modbus/ASCII端口、USB端口、MB+ 端口、USB 终端口、Ethernet TCP/IP 端口,在实现多种网络的同时,大限度节约了成本。另外,提供了一个数显操作屏我们不仅能监视CPU状态,而且对重要参数进行操作,这样极大程度地方便了调试及维护。
2、施耐德UNITY PRO软件界面友好、操作简洁、使用方便。通过施耐德UNITY PRO软件可以编写多任务;可以通过多种调试语言形式编写程序(不同调试语言可以在同一程序中混用);可以使用标准或自建的语句块,以满足控制需要;可以根据要求建立各种类型的人性化变量;在IP和MB+通讯过程中,提供两种通讯编写方式;在不需要其它辅助软件的情况下,提供模拟通讯功能以测试程序;可以编制内部画面,并能模拟监控程序;提供多种诊断功能等。这些功能使我们在调试、维护过程中极大程度地提高了效率。同时这些软件功能同其它软件相比也具有性。
3、为了使基于施耐德UNITY平台的控制系统能够在高速的情况下稳定运行,在选型中一定要选择施耐德公司的产品或施耐德公司授权设备,一定不能贪图便宜选用没有经过施耐德公司认证的第三方产品。
4、在选择基于施耐德UNITY平台的支持DP的主模块时,须选择PROSOFT公司的第三方模块PTQ DPM MV1。另外在配置PROSOFT模块CONFIG软件时,须注意配置的文件、从站地址、传输数据类型、数量必须和西门子从站一致。
5、调试前期,由于施耐德UNITY控制系统不支持MB的主站通讯模式,这样我们就无法做到在不加网桥的情况下,通过内置MB口对智能变送器进行通讯。在施纳德公司大力的帮助下,我们对施耐德UNITY控制系统进行软、硬件全面升级,使施耐德UNITY的MB口支持232(点对点)通讯,然后通过添加232-485通讯转换模块方式,终实现和智能变送器进行MB协议多点(485)通讯的功能。
五、结束语:
在江南水厂项目论证和实施过程中,我们发现施耐德公司新推出并推崇的施耐德UNITY系统具有高可靠性、高稳定性、以及灵活的可扩展功能、强大透明和对复杂环境及处理要求的适应性,为水厂的少人值守管理模式,提供了良好的技术支持。目前该系统正在调试中,预计年底正式投运,投运后,该厂将能承接相关企业委托的污水处理业务。从而获得可观的经济效益,更重要的是:根治了污水对城市的污染问题,将取得显著的社会效益。通过江南水厂污水处理自动控制系统项目的实施,我们认为,施耐德电气公司的UNITY系列产品以其zhuoyue的品质和性能可以为水处理行业提供一个完整的、全面的解决方案:即构造一个基于技术支撑的,由软、硬件组成的系统。从底层的智能变送器到控制层的PLC和作为工厂神经中枢的控制网络及现场总线系统,以及辅助操作员进行数据采集、处理和分析的软件与终端,可以充分满足水处理自动化领域用户对系统数据采集、组态和控制的需求。
1 概述
首钢迁安有限公司7000立方米高炉鼓风机自动控制系统已于2004年9月顺利试车成功,现已正式投产,为高炉供风。该鼓风机是由原首钢动力厂4#风机搬迁建成。为了提高整个控制系统的稳定性,控制系统选用了性能稳定,功能完善的SCHNEIDER公司系列PLC,CPU采用双机热备形式,PLC本地站与远程站之间采用了双缆连接的方式。系统还配备了以态网模块和工业交换机,可以通过光缆与其他岗位进行通讯。由于设计的改进,使得整个系统的性能到了全面的优化,稳定性,安全性,经济性较以前都有了全面的提高。自从投产以来,系统工作状态非常稳定,有力的保障了生产。
2 PLC双机热备技术的主要特点
2.1 双机热备系统具有非常高的可靠性
双机热备系统具有非常高的可靠性,体现在以下几个方面:
1) 控制系统为冗余的双CPU设计,运行时一主一备,并通过高速光缆连接;
2) 控制系统为冗余的双通讯通道,控制系统间通讯网络采用Modbus Plus或TCP/IP协议,控制系统内部采用RIO网络结构,以上网络均可以采用双缆冗余方式;
3) 控制系统为冗余的双电源供电。
2.2 正常工作时互为热备的控制器具有的特性
在双机热备系统中,互为热备的控制器具有如下的工作特性:
1) 实时数据传输,确保双CPU程序的完全一致;
2) 每个扫描周期均传送数据及状态信息,确保双CPU工作状态的完全一致;
3) 两个控制器之间采用光缆连接;
4) 切换完成的长时间是两个扫描周期;
5) 通讯速率为10M,热备系统可放于3km之外;
6) 当控制程序发生改变时,可以自动完成程序下装功能;
7) 初次组态时,用户快速、有效只需下装一次程序;
8) 使用IEC方式的双机热备配置不需要编程工作;
9) 使用ModSoft/Concept组态软件均可进行配置;
10) 用可装载功能块支持984/800系列用户;
11) CHS模块热更换-无需停机时间。
2.3 便捷安全的热备切换方式
可以通过以下几种方式实现便捷安全的热备切换:
1) 将主控机钥匙开关从RUN切到OFFLINE,即可完成手动热备切换;
2) 也可以通过人机界面或编程器切换;
3) 在电源失效,CPU失效,I/O失效(电缆或模板),NOM失效(只在启动时)将完成CPU的自动切换。
3 迁钢公司7000风机热备系统构成
3.3 PLC的硬件设备选型及设定
一套完整的 热备系统需要以下设备:
1) 两块相同的至少四槽的背板;
2) 性能完全相同的两块CPU控制器;
3) 两块类型一致的RIO处理器;
4) 两块类型一致的电源模块;
5) 两块热备模板CHS 110;
6) 连接用的光纤电缆;
7) 网络连接的组件包括:分支器,RIO处理器与RIO网络连接使用的F接头,分支器MA-0186-100,MA-0185-100,终端电阻52-0422-000 ;
8) 如果需要其他的通讯协议,则需要增加其他的通讯适配器。
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