基于LonWorks水廠前端智能節(jié)點的配置與實現(xiàn)

摘要：鑒于目前在水廠的自動控制中，多采用的是用PLC構(gòu)成的集散式控制系統(tǒng)(Distributed Control System，DCS)。介紹采用現(xiàn)場總線技術(shù)(Fieldbus technology)構(gòu)成全分布式管控一體化網(wǎng)絡(luò)中前端智能節(jié)點的配置與實現(xiàn)。在此，首先介紹底層測控設(shè)備的類型與性能參數(shù)；進(jìn)而介紹LonWorks智能節(jié)點的組成、性能和開發(fā)使用；最后，介紹該控制系統(tǒng)中前端智能節(jié)點的配置與實現(xiàn)。
關(guān)鍵詞：水廠；現(xiàn)場總線技術(shù)；全分布式；管控一體化；智能節(jié)點

在《基于LonWorks技術(shù)的水廠全分布管控一體化網(wǎng)絡(luò)研究》一文中，介紹了使用LonWorks現(xiàn)場總線技術(shù)構(gòu)建水廠全分布式管控一體化網(wǎng)絡(luò)的基本思想和方法。這里，將進(jìn)一步說明該系統(tǒng)中前端智能節(jié)點的組成原理與實現(xiàn)。眾所周知，在構(gòu)建水廠全分布式管控一體化網(wǎng)絡(luò)時必不可少地用到大量的數(shù)據(jù)采集與控制設(shè)備，這就需要相應(yīng)的節(jié)點控制器與之連接，接收前端檢測設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)，上傳到上位監(jiān)控機(jī)，或者根據(jù)上層監(jiān)控機(jī)下發(fā)的命令控制前端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作。由于該系統(tǒng)是依據(jù)全分布式管控一體化的原則構(gòu)建的，因此這類節(jié)點要能設(shè)置ID號，支持ISO／OSI的7層協(xié)議，除了與底層控制網(wǎng)連接，還能與企業(yè)信息網(wǎng)連接。上層授權(quán)用戶可通過ID號(或IP地址)直接訪問底層的每一個節(jié)點，與之對話，了解或展示前端測控設(shè)備的工作狀況，包括數(shù)據(jù)參數(shù)和工作狀態(tài)圖，或者對前端測控設(shè)備進(jìn)行調(diào)控。

1 前端測控設(shè)備
在水廠的生產(chǎn)流程中，要控制從進(jìn)水、沉淀、過濾、反沖洗、添加氯化鋁、除污、排泥到供(出)水的全過程；要進(jìn)行液位、溫度、濁度、壓力、流速／流量、余氯含量、泥土界面等參數(shù)的檢測。涉及到的控制有電機(jī)變頻調(diào)速、加氯與投藥泵計量、電磁閥門開啟等。采用的變送器和檢測設(shè)備，有液位變送器、壓力變送器、流量變送器、溫度變送器、泥土界面儀和余氯分析儀等；執(zhí)行機(jī)構(gòu)有電磁閥、繼電器、調(diào)頻電機(jī)等。
1)數(shù)據(jù)采集與執(zhí)行設(shè)備
系統(tǒng)中所用數(shù)據(jù)采集與執(zhí)行設(shè)備有溫度變送器，測量范圍0～300℃；HP-420型壓力變送器，測量／顯示和傳送壓力和液位，量程0～1Mpa，精度0．05 Mpa；HD1000超聲波液位計，測量蓄水池液位，且有數(shù)字顯示，測量范圍0～5 m，滿足RS232／485標(biāo)準(zhǔn)；YL-1型余氯分析儀，檢測水中的余氯含量，測量范圍0～2．5 mg／L，分辨率0．01 mg／L；KVQJ電動調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)輸水管道的通斷狀態(tài)，通過智能節(jié)點的模擬通道輸出0～40 mA電流信號調(diào)節(jié)其開啟度；濁度測量儀，測量／顯示和傳送清水池中的濁度，借以調(diào)整絮凝池的投藥量，測量范圍0．001～100 NTU，測量精度±2％NTU，分辨率0．000 1～0．001NTU；漏氯報警儀，對泄漏的氯氣進(jìn)行測量／顯示和報警，其傳感器安裝在現(xiàn)場，通過電纜與值班室內(nèi)顯示(報警)器連接，報警范圍0～10ppm；電磁流量計，測量管道流量，按口徑測量精度為±0．5％或±1．0％，流速范圍0．2～11 m／s(可選)，符合RS485標(biāo)準(zhǔn)；PH測量儀，在線測量水樣中的PH值，用以調(diào)控加氯與投藥量，測量范圍0～14PH，測量精度±0．1％；超聲波液位差計，測量／顯示和傳送格柵兩邊液位差，控制齒爬式格柵去污機(jī)運轉(zhuǎn)，清除進(jìn)水池的漂浮物，測量范圍0～6 m，測量精度為±2％量程(或2 mm)；變頻電機(jī)，在變頻器的控制下實現(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、啟／停、加速與減速；泥土界面儀，檢測沉砂池和絮凝池中的泥砂位置，并給出泥砂分布圖譜，計算出泥砂層的高度或厚度，測量范嗣0～5 m，測量精度0．1 m，分辨率0．03 m。
2)變頻控制器
變頻控制器，用于變頻電機(jī)調(diào)速，選用的是富士FRENIC5000G／P11S型變頻器，一種低噪音、高性能、多功能變頻器，變頻范圍0～20 000 Hz，具有模擬／數(shù)字量I／O端口，可接收4～20 mADC電流或0～10 VDC電壓、脈沖電平和開關(guān)量，輸出開關(guān)量和調(diào)頻電壓。該變頻器可采用兩種變頻工作方式，一種是通過自帶的液晶觸摸控制面板，鍵人工作模式和控制命令，使變頻器處于自動運行方式；另一種是經(jīng)RS485端口與PC機(jī)連接，再由系統(tǒng)控制程序或組態(tài)軟件創(chuàng)建人機(jī)對話界面和通訊協(xié)議，使變頻器處于受控運行方式，本系統(tǒng)采用的是后一種方式。
以上設(shè)備與智能節(jié)點連接，在智能節(jié)點和上位機(jī)的控制下對水廠中的全部生產(chǎn)流程實施監(jiān)控。