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基于以太网的旋转滤网控制系统高东云孙显龙
作者:管理员    发布于:2017-06-02 09:02:41    文字:【】【】【

  旋转滤网系统是工业上循环冷却水系统的重要组成设备。它与上游拦污栅和清污机配合使用,可以有效地拦截来自江河海等水源的杂物以及大量生活垃圾等杂物,提高水的纯净度,使经过过滤后的水质符合要求,是水处理过程中的重要屏障。旋转滤网系统一般由滤网电机、冲洗泵、清污机、人机界面、上位机等部分构成,系统通信网络设计采用工业以太网或Modbus协议,这两种通信方式一般都可以满足系统不同层次信息交换的需求。但当系统中设备之间出现不开放和不兼容时。无论是单一的工业以太网还是Modbus协议,通过软件都难以解决兼容问题,而替换不兼容设备又会增加成本费用,这无疑会对系统应用产生极大的阻碍。以太网和Modbus协议的共同运用成为改变目前现状的一个解决办法。本文旨在设计一种同时满足两种通信模式的系统,通过以太网将现场各个设备的状态信息整合在一起,上位机通信运用Modbus通信协议,实现系统中两种通信模式的共存,解决设备间不兼容问题。

  2系统组成2.1系统组成本控制系统由西门子S7-200smartPLC、以太网交换机、滤网电机、人机界面触摸屏及液位差传感器等外围设备构成。旋转滤网的主要功能是对工程现场的格栅前取水口进行清污作业,与设置在后面的清污机配合使用,具体的现场工艺设计图如所示。在海水入水口设置有闸门,当闸门打开时,海水通过闸门流进入水口,海水中体积比较大的杂物被系统格栅挡住,这些杂物通过清污机捞起,清污后的海水继续向格栅后流动,流入滤网的液位称为滤网前液位,滤网前液位中体积比较小的杂物被旋转滤网滤出,流出滤网的液位称为滤网后液位,滤网后液位为海水清污完成液位。

  设置在滤网出口和入口的液位差传感器实时测量海水与用水口液位,PLC的模拟模块将液位测量值反馈给冲洗泵中心,冲洗泵对液位信息进行处理并通过以太网交换机传送给滤网中心、清污机和触摸屏。当液位差传感器所测水位差与水位设定值存在差值时,清污机PLC动作,把海水中体积比较大的杂物捞起,滤网中心PLC驱动旋转滤网电机动作,人机界面触摸屏实时监控并显示液位、旋转滤网、清污机、冲洗泵、冲洗阀运行情况。同时,清污机和滤网中心将上位机需要的状态信息通过以太网交换机传给冲洗泵中心,冲洗泵中心外系统现场工艺示意。2旋转滤网的自动控制滤网电机带动滤网开始工作。在滤网工行比较,当滤网前后液位差小于目标液,信号为“0”,滤网电机停止工作,继续接RS485模块,把系统状态信息送上位机监控,完成系统通信。系统框图如所示。

  在滤网工艺设计中,滤网的自动控制模式是由液位差信号进行控制的,滤网前后的目标液位差与实际液位差进行比较,当滤网前后的实际液位差大于目标液位差时,滤网中心PLC产生滤网工作信号,PLC输出滤网工作信号为“1”,液位差传感器滤网中心冲洗泵中心I以太网交换机1清污机2清污机上位机触摸屏目标液位差作过程中,PLC继续对目标液位差与实际液位差进位差时,PLC产生停止工作信号,PLC输出滤网工1等待下一个工作信号。液位差控制信号如所示:液位差控制信号出电压为-10v+10v,输出电流为4系统框。3液位差传感器液位计算本系统通信的关键是液位,20mA,冲洗泵控制柜PLC配备有模拟量输入模块EMAE04,此模块输入电压为-10V 10V,输入电流为420mA,满量程范围为-24648+27648,420mA标准电信号经A/D转换后对应数字量为553027648(11位),满足液位差传感器通信要求,设计采用电流输出方式进行通信。在本设计中,设模拟量输入模块采集的数字量为儿经A/D转换后在PLCCPU中得到相应数字量A根据比例关系,=/(仍可以表示为以下公式(1.1):其中认为所选PLC电流为4mA时对应的数字量,为所选PLC电流为20mA时对应的数字量,40为液位差传感器的小量程,4为液位差传感器的大量程。

  根据公式1.1,进行逆运算,得出D =/(4)的函数关系(1.2):11位的A/D转换后的数字量为553027648,假设液位差传感器的量程是6m,表示传感器与液面的距离,4/妒表示PLC输入的模拟量值8000,可得出水位的表达式(1.3):=0.67m,实际应用中,各传感器距离地面的距离是相等的,将滤网前水位与滤网后水位相减即可求出水位差,把公式(1.3)带入PLC中进行编程,得到实际水位和水位差。相关程序如下:―直接通//判断VW0是否大于5530,大于时程序往下执行减去5530乘以6000 //VD100的值给到VW50,得出液位值3网络配置3.1以太网配置PLC之间通过以太网相连,这一类的网络连接所要达到的目的是:实现各个PLC控制器之间的数据交互和数据共享。为了实现PLC控制器之间的数据交互,需要编制相应的PLC控制器的通信部分的程序。这种通信功能的完成可以由PLC程序编制工具中的特殊模块来实现。PLC之间通信利用编程软件的Get/Put向导辅助,打开工具——Get/Put向导——添加Operation,出现Get/Put向导如所示。根据要求选择类型、传送大小、远程CPUIP如192.168.2.3、本地地址、远程地址,点击生成即可生成对应向导子程序NETEXE.在主程序中调用子程序,各PLC均上电时系统通信正常;如系统中有PLC断电,子程序无法与断电PLC建立连接,整个通信中断。说明该系统的网络生存能力非常弱。所谓网络生存性弱,是指以太网应用于工业现场控制时,任何一个系统组件发生故障,不管它是否是硬件,都会导致操作系统、网络、控制器和应用程序以致于整个系统的瘫痪。为了解决网络生存问题,可以使用软、硬件方法解决,考虑到系统成本等因素,设计采用软件解决方式。编辑程序时,必须在调用子程序的同时一直调用每个PLC具体的Get/Put语句,这样,在子程序发生错误时,无故障PLC的Get/Put指令不受影响,保证了系统与断电PLC无法建立连接时不影响其他PLC之间的正常通信。部分程序如下:冲洗泵中心只是整个工程的一部分,其他设备的状态也需要被上位机监控,DCS控制系统系统涵盖了分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活等特性,能够将整个工程现场的设备状态信号集中在一起方便现场操作人员管理。DCS控制系统采用的通信协议是Modicon公司提出的一种报文传输协议,它是工业控制中被广泛应用的一种通用的工业通信标准。不同公司生产的控制设备可以通过Modbus协议连成通信网络,进行集中控制。本系统的滤网中心、清污机、人机界面、DCS、冲洗泵中心可以通过Modbus协议集成于同一网络中。

  本系统中,DCS控制系统作为王站,冲洗泵的PLC控制器作为从站,从站地址为2.DCS控制系统向带有从站地址2的PLC发出请求消息,具有该从站地址2的PLC接收到后发出响应消息进行应答。整个通信串行总线上只有一个主站,通信只能由主战发起,从站响应。滤网控制系统采用Modbus中的远程终端控制系统(RTU)消息传输模式,消息以字节为单位进行传输,采用循环冗余校验(CRC)进行错误检查。协议地址与PLC内部变量的对应关系下如表所示;本系统所需数据为保持寄存器数据,起始地址为V40001. Modbus协议地址与PLC地址对应关系表调用Modbus的程序如下:PLC地址通过这样的方式,可以实现上位计算机与PLC之间的通信,以完成上位计算机对PLC程序的上、下载和运行,于上位计算机的组态软件通过PLC系统对状态的实时监控。在这种方式下,数据的传输一般是以点对点的形式完成。

  4结论本文对基于以太网交换机的旋转滤网控制系统进行了研究和设计。介绍了系统组成、工作流程、系统通信等部分,完成了基于以太网交换机对旋转滤网、清污机、冲洗泵、冲洗阀进行高效、节能的控制,通过Modbus通信协议与上位机通信,满足了系统的要求。此系统层次分明,条理清晰,相应的参数修改也比较方便,为同类型的控制方式提供了较好的依据。系统已经在大连恒力二期工程海水泵房中投入使用。

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