0　概述 純凈水是特殊行業(yè)至關(guān)重要的生產(chǎn)物資，如電廠鍋爐用水等。純凈水在水質(zhì)、水壓、流量等方面的要求是非常嚴(yán)格的。目前我國(guó)很多水凈化的自動(dòng)化程度還不是很高，對(duì)供出的純凈水水質(zhì)、水壓、流量等數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)測(cè)還只是人工的定時(shí)巡檢，不能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地進(jìn)行監(jiān)控，嚴(yán)重影響供水的質(zhì)量，而且，若出現(xiàn)了質(zhì)量問題也只能根據(jù)人工抄表的數(shù)據(jù)進(jìn)行核對(duì)，由于存在人為的因素，對(duì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題和解決問題不利；同時(shí)，人工抄表的數(shù)據(jù)不利于數(shù)據(jù)的及時(shí)匯總和形成報(bào)表，不便于管理人員和質(zhì)量控制人員根據(jù)報(bào)表進(jìn)行決策。如果對(duì)整個(gè)水處理實(shí)行全過程微機(jī)監(jiān)控，對(duì)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行24ｈ實(shí)時(shí)監(jiān)控，那么有利于形成報(bào)表以供決策。綜上所述，在水凈化系統(tǒng)實(shí)行全過程實(shí)時(shí)監(jiān)控是很有必要的。 1　微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理 整個(gè)微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的框圖如圖1所示。微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)須采集和監(jiān)測(cè)的輸入信號(hào)共計(jì)有512個(gè)，包括：原水量、純水量，各個(gè)采樣點(diǎn)的瞬時(shí)流量、電導(dǎo)率、電壓、電流、閥的開度、壓力、溫度、電耗、水位、過載信號(hào)、控制反饋信號(hào)等，通過各種傳感元件、一次儀表或其他方式進(jìn)入系統(tǒng)?？刂戚敵鲂盘?hào)共有192個(gè)，包括電機(jī)、電磁閥控制、電動(dòng)閥控制等。 輸入信號(hào)從總體上可分為三類：開關(guān)量信號(hào)、模擬量信號(hào)、脈沖信號(hào)。開關(guān)量信號(hào)包括由浮球式水位儀接入的水位信號(hào)、由反饋觸點(diǎn)接入的控制反饋信號(hào)。模擬信號(hào)包括由液位傳感器接入的液位信號(hào)、由電導(dǎo)率表接入的電導(dǎo)率信號(hào)；由互感器接入的電壓、電流信號(hào)；由位置感應(yīng)器接入的閥度信號(hào)等。以上信號(hào)均為（4～20ｍＡ）電流信號(hào)。脈沖信號(hào)包括由脈沖流量計(jì)接入的水量信號(hào)，由脈沖式電度表接入的電耗信號(hào)等。其邏輯"0"電平為1Ｖ以下，邏輯"1"電平為3.5Ｖ～30Ｖ。輸出信號(hào)包括19臺(tái)水泵、加藥泵的驅(qū)運(yùn)控制，其電機(jī)功率范圍從0.5ｋＷ～37ｋＷ不等。電磁閥和電動(dòng)閥門功率都很小。輸出信號(hào)均以220Ｖ進(jìn)行控制。 　　現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的分布較復(fù)雜，相互距離集中在泵房、水池、處理車間等幾個(gè)工作現(xiàn)場(chǎng)，因此在系統(tǒng)控制方式和策略上要加以考慮。 在微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)（見圖1）中采用一級(jí)2臺(tái)工控機(jī)控制，以提高可靠性，采用施耐德公司的Ｑｕａｎｔｕｍ系列可編程序控制器（ＰＬＣ）作為下位控制機(jī)，研華公司的ＩＰＣ610Ｐ工控機(jī)為主控計(jì)算機(jī)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的提取采用Ｍｏｄｉｃｏｎ的數(shù)據(jù)采集模塊，并以Ｍｏｄｂｕｓ方式連接，以提高數(shù)據(jù)的可靠性和減少布線。主控計(jì)算機(jī)之間、工控機(jī)與ＰＬＣ之間通過以太網(wǎng)連接，操作人員可察看工作情況和查閱報(bào)表。 2　系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與選取直接關(guān)系到系統(tǒng)的性能。由于系統(tǒng)對(duì)可靠性、抗干擾性等方面的要求較高，本方案在硬件設(shè)計(jì)中采用的方法和措施主要有： 1）主控計(jì)算機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)收集、處理、顯示各個(gè)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)模塊通過Ｍｏｄｂｕｓ網(wǎng)絡(luò)傳過來(lái)的數(shù)據(jù)，并根據(jù)處理結(jié)果做出相應(yīng)的控制，在本系統(tǒng)中采用研華ＩＰＣ610Ｐ工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，采用ＰⅢ1ＧＣＰＵ，通過2個(gè)以太網(wǎng)接口分別與交換機(jī)、可編程序控制器及各個(gè)模塊進(jìn)行通訊，具有防撞擊、防震動(dòng)、耐高溫等特性，其抗干擾性、可靠性都能達(dá)到系統(tǒng)要求。 2）可編程控制器是系統(tǒng)控制的主要部分，接受來(lái)自主控計(jì)算機(jī)的指令，并且通過程序邏輯向外發(fā)出控制信號(hào)，控制外面的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，同時(shí)把執(zhí)行機(jī)構(gòu)的反饋信號(hào)以及另外的輸入信號(hào)狀態(tài)傳給主計(jì)算機(jī)，供主控計(jì)算機(jī)處理。本系統(tǒng)采用Ｑｕａ ｎｔｕｍ系列可編程控制器，其存儲(chǔ)器可達(dá)512Ｋ字以上，最多可擴(kuò)展到3個(gè)機(jī)架，30個(gè)Ｉ Ｏ單元，梯形邏輯解算時(shí)間為0.3～1.4μｓ，Ｉ Ｏ的刷新時(shí)間為0.7ｍｓ，配有1個(gè)ＣＰＵ模塊，16個(gè)Ｉ Ｏ單元，1個(gè)以太網(wǎng)通訊模塊，其輸出均可采用220Ｖ電壓，可大大簡(jiǎn)化控制設(shè)計(jì)，各個(gè)輸入輸出可加入保險(xiǎn)管進(jìn)行短路保護(hù)。 3）數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)模塊集中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)，并通過Ｍｏｄｂｕｓ網(wǎng)絡(luò)傳給主控ＣＰＵ，使得控制和線路簡(jiǎn)單，維修方便。在本系統(tǒng)中采用Ｍｏｄｉｃｏｎ的輸入輸出模塊140ＡＣ系列，它是一種專用的模擬量模塊，具有雙纜接口的設(shè)備，可進(jìn)行軟件配置和校準(zhǔn)，采用Ｍｏｄｂｕｓ傳輸標(biāo)準(zhǔn)，Ｍｏｄｂｕｓ是一個(gè)事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)主 從協(xié)議，現(xiàn)分別介紹如下： ａ）簡(jiǎn)單且安裝方便 ＭｏｄｂｕｓＰｌｕｓ雙絞線電纜和Ｍｏｄｂｕｓ連接器系統(tǒng)使安裝輕而易舉，作為一種自舉網(wǎng)絡(luò)，Ｍｏｄｂ ｕｓＰｌｕｓ是真正的即插即用網(wǎng)絡(luò)。 ｂ）Ｍｏｄｂｕｓ跨系列連接 ＭｏｄｂｕｓＰｌｕｓ使所有Ｍｏｄｉｃｏｎ模塊式控制器之間可相互連接，同時(shí)可與Ｍｏｄｃｏｎｎｅｃｔ合作伙伴生產(chǎn)的各種產(chǎn)品連接。 ｃ）高性能 以可預(yù)測(cè)的和確定的方式每秒傳遞20，000位至寄存器，并且包括全局?jǐn)?shù)據(jù)和對(duì)等數(shù)據(jù)表，使通訊建立和初始化簡(jiǎn)便易行。 ｄ）維護(hù)容易 診斷程序和ＬＥＤ正常 故障狀態(tài)指示可使現(xiàn)場(chǎng)人員很快修復(fù)網(wǎng)絡(luò)故障。 ｅ）通訊編程容易 無(wú)論是簡(jiǎn)單的984梯形邏輯ＭＳＴＲ指令或Ｃｏｎｃｅｐｔ中的ＩＥＳ1131等功能，均能較容易應(yīng)用于通訊和綜合網(wǎng)絡(luò)診斷等事件的初始化。主計(jì)算機(jī)用ＮＥＴＢＩＯＳ可兼容軟件庫(kù)實(shí)現(xiàn)ＭｏｄｂｕｓＰｌｕｓ，該庫(kù)可在主應(yīng)用程序中調(diào)用。每個(gè)ＭｏｄｂｕｓＰｌｕｓ主機(jī)接口都配有合適的軟件庫(kù)，提供給所有主要的平臺(tái)和主要的操作系統(tǒng)。其他器件如網(wǎng)絡(luò)、中繼器等使網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與執(zhí)行更靈活。網(wǎng)絡(luò)使單個(gè)ＭｏｄｂｕｓＰｌｕｓ網(wǎng)絡(luò)能夠連在一起，從而使總的可尋址節(jié)點(diǎn)的數(shù)超過16，000，000。雙絞線中繼器可使通訊距離長(zhǎng)達(dá)1820ｍ左右。 主控計(jì)算機(jī)與可編程控制器之間采用以太網(wǎng)接口通訊協(xié)議，與各個(gè)模擬量采集模塊之間采用ＭｏｄｂｕｓＰｌｕｓ通訊協(xié)議。ＭｏｄｂｕｓＰｌｕｓ協(xié)議是特別為滿足工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)的主 從標(biāo)準(zhǔn)。具有通訊距離長(zhǎng)、傳送速率高、連線少、連接容易的特點(diǎn)，是工業(yè)上使用最廣泛的雙向有補(bǔ)償傳輸線標(biāo)準(zhǔn)。 3　系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件采用組態(tài)軟件，采用ＧＥ公司的ＩＦ ｉｘ2.6ＣＰｌｕｓＳＣＡＤＡＰＡＣＫ900Ｒ Ｔ工控組態(tài)軟件，安全能力包括使用跟蹤數(shù)據(jù)輸入和報(bào)警確認(rèn)的電子簽名、一個(gè)可以使ＩＦｉｘ安全特性與操作系統(tǒng)安全特性保持同步的功能強(qiáng)大的工具、報(bào)警ＯＤＢＣ服務(wù)升級(jí)和報(bào)警一覽對(duì)象中新增的報(bào)警確認(rèn)行為；對(duì)于ＩＦｉｘ畫面，創(chuàng)建畫面向?qū)Э梢詿o(wú)縫地創(chuàng)建多畫面配置，或者使用一個(gè)已經(jīng)存在畫面的尺寸；新增的數(shù)據(jù)鏈接郵戳標(biāo)記有助于控制數(shù)據(jù)鏈接的尺寸和位置；多對(duì)象創(chuàng)建模式具有創(chuàng)建特定對(duì)象多個(gè)實(shí)例的能力；基本動(dòng)畫對(duì)話框允許在同一位置訪問若干個(gè)常用的動(dòng)畫專家；ＩｎｆｏＡｇ ｅｎｔ圖符可以使畫面中包含Ｗｅｂ網(wǎng)頁(yè)；交叉引用工具可以方便地確定在畫面中被使用的標(biāo)簽和使用標(biāo)簽的畫面；編輯圖符向?qū)Ш蛨D表組向?qū)ё鳛楣ぞ呖梢韵螺d，目前已經(jīng)集成在ＩＦｉｘ中；虛擬鍵盤可以用于觸摸屏環(huán)境以及使用鼠標(biāo)輸入密碼或數(shù)據(jù)的情況；新增的ＳＭ2模擬驅(qū)動(dòng)器提供用于測(cè)試用途的地址矩陣。系統(tǒng)的流程如圖2。 系統(tǒng)啟動(dòng)后進(jìn)行初始化操作，以確保各個(gè)部分的正常工作，隨后系統(tǒng)啟動(dòng)主線程和各個(gè)通訊線程，通訊線程負(fù)責(zé)與可編程控制信號(hào)器的通訊，它實(shí)時(shí)地將外面的輸入信號(hào)與各種模擬量傳入計(jì)算機(jī)，同時(shí)將計(jì)算機(jī)的輸出命令和輸出模擬量傳給可編程控制器，去控制外面的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；控制數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)實(shí)時(shí)地傳入計(jì)算機(jī)；主控線程負(fù)責(zé)將來(lái)自可編程和數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后根據(jù)處理結(jié)果進(jìn)行輸出控制、數(shù)據(jù)顯示、故障報(bào)警，并形成歷史曲線和數(shù)據(jù)報(bào)表，供管理人員查閱和參考。 4　運(yùn)行狀況與分析 本系統(tǒng)在電廠的水凈化過程系統(tǒng)中投入實(shí)際運(yùn)行，使用以太網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集，運(yùn)行狀況良好，避免了以前的人工抄表、人工控制所帶來(lái)的一系列問題，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)力，并且為管理人員提供了可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。方案采取的有效措施有： 1）主控計(jì)算機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)條件下應(yīng)具備可靠接地，要減少干擾； 2）通訊電纜應(yīng)采用屏蔽線； 3）以太網(wǎng)絡(luò)過長(zhǎng)時(shí)應(yīng)加入中繼器，并注意網(wǎng)絡(luò)終端匹配的選擇。 5　小結(jié) 1）監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮系統(tǒng)要求和成本。在本系統(tǒng)中，若各個(gè)設(shè)備獨(dú)立地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和傳輸必將引起成本上升，而且可靠性也不易得到保證。 2）要采取合理的控制策略和控制結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)，采用一級(jí)控制結(jié)構(gòu)、集散式控制系統(tǒng)和Ｍｏｄｂｕｓ總線方式，性能優(yōu)良且降低了成本。 3）系統(tǒng)在遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)控制的安全等方面還需要進(jìn)一步完善?！?