抽油机国内外研究现状与发展趋势_百度文库
两大类热门资源免费畅读
续费一年阅读会员，立省24元！
抽油机国内外研究现状与发展趋势
阅读已结束，下载本文需要
想免费下载本文？
定制HR最喜欢的简历
下载文档到电脑，同时保存到云知识，更方便管理
加入VIP
还剩10页未读，
定制HR最喜欢的简历
你可能喜欢赞助商链接
当前位置： >>
水厂自动化控制系统的实现
电子科技大学 硕士学位论文 水厂自动化控制系统的实现 姓名：王振松 申请学位级别：硕士 专业：控制理论与控制工程 指导教师：周云钟
学科专业：控制理论与控制工程论文题目：水厂自动化控制系统的实现导师：周云钟副教授 硕士生：王振松摘要现场总线，是指安装在制造或过程区域的现场装置之间、以及现场装置与 控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行和多点通信的数据总线。现场总线技术的出现和成熟，促使工业控制系统由集散（ＤＣＳ）向现场总线控制系统（ＦＣＳ）过渡。以太网（Ｅｔｈｅｍｅｔ）是计算机应用最广的网络技术，它不仅是一种主要的 办公自动化局域网，而且大举进军自动化领域，在工业控制局域网中得到了很好的应用。本文利用目前先进、成熟的现场总线和以太网技术，构成了攀枝花市炳草 岗水厂以光纤以太网与现场总线相结合的自动化控制网络体系。并设计完成了全 厂各生产环节的自动控制系统。真正实现了控制室集中监控、生产现场无人值守， 大大提高的该水厂的生产效率、供水质量，降低了成产成本。 在水处理单元环节的自动控制方面，混凝投药是重要的环节，因为这一环 节关系到出厂水的水质；同时它又是最困难的环节，因为它涉及的是一个复杂的 物理化学过程。混凝投药的关键之处在于如何确定混凝剂的投加量。本文在广泛研究比较目前较实用的混凝投药算法的基础上，探讨了基于浊度的前馈一反馈控制系统及具有自学习功能的专家知识库系统。基于浊度的前馈一反馈控制虽然在一定程度上解决了稳定性与控制精度之问的矛盾，能将出厂水质量控制在设置值附近。但在实现节约混凝剂使用量的最优控制方面仍不够理想。具有自学习功能的专家知识库系统在保证出厂水水质基 础上实现节约混凝剂方面较前面的前～反馈系统具有优越性。但其自学习机制仍需进一步完善。关键词：现场总线、以太网、水厂自动化、混凝控制ＡｂｓｔｒａｃｔＦｉｅｉｄｂｕｓ ｉｓａｎａｌｌ ｄｉｇｉｔａｌ，ｓｅｒｉａｌ，ｔｗｏ―ｗａｙ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｔｈａｔａｓｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ ｄｅｖｉｃｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｓｕｃｈｓｅｎｓｏｒｓ．ａｃｔｕａｔｏｒｓ，ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓＴｈｅ ｅｍｅｒｇｅｎｃｅ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｆｉｅｌｄｂｕｓ ｕｒｇｅ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｖｅｌｏｐｔｏＦｉｅｌｄｂｕｓＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍ（ＦＣＳｌｆｒｏｍＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅＣｏｎｔｒｏｌ Ｉｔ ｉｓａＳｙｓｔｅｍ（ＤＣＳ）Ｅｔｈｅｒｎｅｔｉｓ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｗｉｄｅｌｙ―ｕｓｅｄ ｎｅｔｗｏｒｋ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｒｅａｐｒｉｍａ ｒｙ ｏｆｆｉｃｅ―ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｌｏｃａｌｎｅｔｗｏｒｋ（ＬＡＮ）．Ｎｏｗｉｔ ｉｓ ｅｘｔｅｎｓｉｖｅｌｙ ｕｓｅｄｉｎ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍｓ ｗｅｌｌ ｗｈｅｎ ｕｓｅｄ ｉｎ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｌｏｃａｌａｒｅａＲｅｔｗ’ｏｒｋＷｈｉｌｅｔｈｅ ａｄｖａｎｃｅｄ Ｆｉｅｌｄｂｕｓ ａｎｄ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓａｒｅｓｔｕｄｉｅｄ ｉｎｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｎｅｔｗｏｒｋｅｄ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｂｉｎｇ Ｃａｏ ＧａｎｇＷａｔｅｒｗｏｒｋｓｉｎ Ｐａｎ Ｚｈｉ Ｈｕａ Ｃｉｔｙ ｉｓ ａｌｓｏ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｎｅｔｗｏｒｋｅｄａｒｅｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ａｎｄ Ｆｉｅｌｄｂｕｓｌｉｎｋｅｄ ｔｏａｗｈｏｌｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｙｓｔｅｍ．Ｏｎｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｎｅｔｗｏｒｋｅｄ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｕｂ―ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｐｒｏｄｕｃｅ ｌｉｎｋ ａｌｓｏ ｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｗｉｔｈｔｈｅｓｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ．ｔｈｅ ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌｎｏｉｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｅｎｔｒｅ ａｎｄｄｕｔｙｏｎｆｉｅｌｄａｒｅｒｅａｌｉｚｅｄ．Ａｌｌ ｔｈｅｓｅ ｄｅｓｉｇｎｓ ｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｗａｔｅｒ，ｒｅｄｕｃｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｃｏｓｔ． Ｉｎ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｗａｔｅ ｒｗｏｒｋｓ，ｔｈｅ ｑｕａｎｔｉｔｙ ｏｆ ｍｅｄｉｃａｍｅｎｔ ｉｓ ｏｆ ｍｏｓｔ Ｊｍｐｏｄａｎｃｅ ｂｅｃａｕｓｅ ｉｔ ｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｗａｔｅｒ，ｍｅａｎｗｈｉｌｅ ｉｔ ｉｓ ａｌｓｏ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ ｔｏ ｄｅａｌ ｗｉｔｈ．Ｓｅｖｅｒａｌ ａｐｐｌｉｅｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｐｒｅｓｅｎｔｌｙ ｕｓｅｄａｒｅｏｖｅｒｖｉｅｗｅｄ ａｎｄ ｔｗｏ ｏｆ ｔｈｅｍａｒｅｄｅｅｐｌｙ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ Ｏｎｅ ｔｕｒｂｉｄｉｔｙ．Ａｎｏｔｈｅｒ ｉｓ ｅｘｐｅｒｔ ｓｙｓｔｅｍｉｓ ｆｅｅｄ―ｆｏｒｗａｒｄ―ｆｅｅｄｂａｃｋ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｓｅｌｆ－ｓｔｕｄｙｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ．ｏｎＦｏｒｅ―ｂａｃｋ ａｎｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄｏｎｎｅｐｈｅｌｏｍｅｔｅｒｏｎｃａｎｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｌｉｔｔｌｅ ｒａｎｇｅ ｂｙ ｓｅｔｐｏｉｎｔ．Ｂｕｔｔｈｅ ｅｃｏｎｏｍｉｚｉｎｇｏｆ ｍｅｄｉｃａｍｅｎｔ ｉｔ ｉｓ ｎｏｔ ｐｅｒｆｅｃｔ．Ｅｘｐｅｄ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｓｅｌｆ－ｓｔｕｄｙｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｌｓｏｃａｎｒｅａｃｈ ｃｏｎｔｒｏｌ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｇｅｔ ｍｏｒｅ ｐｅｒｆｅｃｔ ｒｅｓｕｌｔ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｆｉｓｔｍｅｔｈｏｄ．Ｂｕｔ ｉｔｓ ｓｅｌｆ－ｓｔｕｄｙｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｍｕｓｔ ｂｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｆｉｅｌｄｂｕｓ、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ、Ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｏｆ ｗａｔｅｒｗｏｒｋｓ、ＣｏａｇｕｌａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌＩＩ独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名：牛日期：２００３年３月≯｛ｆ日关于论文使用授权的说明本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密后应遵守此规定）签名：至亟型≥导师签名： 日期：２００３年月日第一章现场总线技术概述１．１现场总线所谓现场总线（Ｆｉｅｌｄｂｕｓ），按照国际电工委员会ＩＥＣ／ＳＣ６５Ｃ的定义，是指 安装在制造或过程区域的现场装置之间、以及现场装置与控制室内的自动控制装 置之间的数字式、串行和多点通信的数据总线。这里所说的现场总线装置包括变送器或流量、压力、温度或其他过程量的转换器、转角发送器和ＯＮ．ＯＦＦ开关， 包括控制阀、执行器和带电子驱动的电动机（包括机械手的步进电动机等），安装在现场的简单ＰＬＣ和远程单回路调节器也属于现场装置。以现场总线为基础而 发展起来的全数字控制系统称作ＦＣＳ。 现场总线作为一种工业控制网络，它与信息网络相比，既有共同之处，又 有其特殊性。比如两者均是通信网络技术，都遵循ＩＳＯ／ＯＳＩ七层结构的通信参考模型，均需实现数字信息的交换。同时，现场总线技术与ＩＴ信息网络技术又是相辅相成的，现场总线技术的发展完全可以与信息网络技术相结合，信息网络相 关成熟技术经过改造、或直接可应用于工业控制网络。工业控制网络的特殊性主要在于：（１）工业控制网络的通信响应实时性要求比较高，通常为０．０１～０．１Ｓ。这里包含两方面的要求，第一是现场总线信息传输速度要快，第二是在工业控制领域还要求响应快，即现场设备从发送信息到接收 响应所需的时间要短，工业控制对实时性的要求是“硬”的，因为它往往涉及安全， 必须在任何时间都及时响应，不允许有不确定性。（２）ｍ，Ｊｋ控制网络通常分为控 制层网络和现场设备层网络，其中现场设备层网络与控制层网络相比，通常需要 总线供电。（３）工业控制网络不单单是一个完成数据传输的通信系统，而且需要 依靠网络传输控制指令，因此需要为控制系统应用程序提供不同的数据传输服 务，如程序下载、实时数据传输、报警事件的发布服务等。这些通信服务通常根据工业控制特点而制定，并定义在应用层，为不同应用程序或用户层之间的信息传输提供服务。 此外，作为～个完整的控制系统，ＦＣＳ还能执行某些控制计算与操作功能， 由多个网络节点协调完成自控任务。随着现场总线技术的出现和成熟，促使工业控制系统由集散（ＤＣＳ）向现场总线控制系统（ＦＣＳ）过渡。现场总线控制系统把各个分散的测量、控制设备 变成网络节点，以现场总线为纽带，把它们连接成可以相互沟通信息，共同完成控制任务的网络控制系统，真正实现了“信息集中、控制分散”的全分布式系统。但是从目前来看，制约现场总线发展的关键因素是它的标准不统一，多种现场总线并存，难以沿开放的方向发展。当现场总线的发展遇到障碍时，以太网技术却迅猛发展。以太网（Ｅｔｈｅｍｅｔ）是计算机应用最广的网络技术，它不仅是一种主要的办公自动化局域网，而且大举进军自动化领域，在工业控制局域网中得到了很好的应用。随着通信、网络技术以及智能仪表的发展，以太网有能力延伸到现场，也就是说，可以将以太网建到现场Ｉ／Ｏ级，从而实现办公自动化与工业自动化的无缝结合，形成真正意义上的全开放、可互操作的现场总线控制系统。１．２现场总线的产生现场总线的产生是多方面因素共同作用的结果。 首先，现场总线的产生反映了仪器仪表发展的需要。仪器仪表的发展经历 了全模拟式仪表、智能仪表、具有通信功能的智能仪表、现场总线仪表等几个阶 段。其中，全模拟式仪表是将传感器信号进行调理放大后，经过Ｖ／Ｉ电路转换， 输出４－２０ｍＡ或Ｏ～５Ｖ的模拟信号。其后随着计算机技术的发展，微处理器在仪器仪表中得到了广泛应用，过程变量经调理放大、刖Ｄ采样，转换为数字信号，并经过微处理器的运算、补偿等处理后，再通过Ｄ／Ａ、Ｖ／Ｉ等电路，仍然以４－２０ｍＡ 或０－５Ｖ的模拟信号输出。这种智能仪表相对于全模拟仪表来讲，测量精确度得 到大大提高，但信号传输过程仍然容易受到外界电磁干扰，传输精确度和可靠性 都不高。于是，人们在仪器仪表中增加了通信接口（如ＲＳ．２３２／４８５等），以数字通 信的方式代替模拟信号传输。但由于这些通信标准只规定了物理层上的电气特 性，而对于数据链路层及其以上各通信层次，则没有统一定义，致使不同仪表所 使用的通信协议可能各不相同，不同生产厂家生产的仪器仪表也会由于通信协议 的专有与不兼容而无法实现相互之间的通信，并严重束缚了工厂底层网络的发 展。为解决这个问题，必须使这些网络的通信标准进行统一，组成开放互连系统， 于是就产生了现场总线。其次，现场总线的产生反映了企业综合自动化、信息化的要求。为了适应越来越激烈的市场竞争的需要，逐步形成了计算机集成制造系统（ＯＭＳ）。它采用 系统集成、信息集成的观点来组织工业生产，把市场、生产计划、制造过程、企 业管理、售后服务看作要统一考虑的生产过程，并采用计算机、自动化、通信等技术来实现整个过程的综合自动化，在信息采集、加工的基础上，运用网络和数 据库技术，实现信息集成，并进一步优化生产与操作，增加产量，提高产品质量，降低成本。因而信息技术成为工业生产制造过程的重要因素，必须设计出一种能在工业现场环境运行的、性能可靠、造价低廉的通信系统，以实现现场自动化智能设备之间的多点数字通信，形成工厂底层网络系统，实现底层现场设备之间以 及生产现场与外界的信息交换。因此说，现场总线的产生反映了工业自动化仪器仪表发展的必然趋势，同时也反映了工业企业综合自动化、信息化发展的需要。１．３现场总线的技术特点和优势ＦＣＳ是由ＤＣＳ脱胎发展而来的，它保留了ＤＣＳ的精华，但与ＤＣＳ相比， ＦＣＳ具有以下技术特点和优势： （１）全数字通信。传统控制系统ＤＣＳ采用４～２０ｍＡ的ＩＩＩ型模拟信号传输方 式。这种传输方式是一对一的，即一对传输电缆只能传送一路信号，因此中央控 制主机就不能得到除测量或控制信号以外的其他控制信息；而且，模拟信号在传 输过程中很容易被其他信号或环境噪声所干扰，传输精确度不高，经常成为改善 系统控制性能的一块拦路石，即使控制器再好，控制效果总不太理想。而ＦＣＳ采用完全的数字信号传输。这种数字化的传输方式使得信号的检错、纠错机制得以实现，因此它的抗干扰能力和鲁棒性都比较高，传输精确度也得到 显著提高。全数字通信使得多参数传输得以实现。现场设备的测量、控制信息以 及其他非控制信息如设备类型、型号、厂商信息、量程、设备运行状态等都可以 通过一对导线传输到现场总线网络上的任何智能设备，如中央控制器等，从而消除了模拟信号传输的瓶颈。（２）多分支结构。传统控制系统中设备的连接都是一对一的，而现场总线是 多分支结构，其网络拓扑可为总线型、星型、树形等多种形式。这种多分支结构不仅大大节约了布线电缆，而且使得布线简单，工程安装周期缩短、维护也很方便。这种结构还具有系统扩展性，如增加新的设备，只需直接并行挂接即可，无 需架设新的电缆，也无需系统停机。 （３）现场设备状态可控。通过现场总线，现场设备的管理信息大大增加，这些信息包括功能模块组态、参数状况、诊断和验证数据、设备材质和过程条件等。操作人员在控制室里就可以对这些信息进行管理和利用：通过对设备运行统计数据进行综合处理和诊断，可以对现场设备进行预防性维护，或对参数进行调整和 标定。当系统中设备增加和删减时，系统会自动探测到新的设备，也能够及时识别失效设备，以免错误的控制动作发生。操作人员能够在故障发生之前采取措施，可减少意外停车和危险情况的发生；故障发生后，报警机制会立刻通知操作人员故障发生的部位和设备，从而提高了系统的可靠性和可维护性。ｆ４）互操作性和互换性。现场总线是开放的协议，不同厂商生产的符合同一现场总线仂、议的设备可以连接在一起，统一组态和协同工作。来自不同厂家的相同类型的设备还可以互换，而无需专用的驱动程序，彻底改变了传统控制系统控 制层的封闭性和专用性。因此用户可以选用不同厂家的最好的设备和系统，而不 必担心兼容性，也不必为集成不同品牌的产品而增加额外的投资。 （５）控制分散。现场总线系统采用全分散式控制。现场设备既有检测、变换、工程量处理和补偿功能，也有运算和控制功能。通过现场总线，将传统ＤＣＳ、ＰＬＣ等控制系统复杂的控制任务进行分解，分散于现场设备中，由现场变送器或 执行机构构成控制回路，并行实现各部分的控制。同时也简化了系统结构，提高 了系统的可靠性、自治性和灵活性。 （６）系统的开放性。现场总线标准实现了完全开放，无专利许可要求，面向 世界上任何一个制造商和用户。不同制造商生产的设备之间可实现完全的信息交 换，用户可以按自己的需要和考虑，自由集成来自不同厂商的产品，规模可大可 小，既可以与同层网络互连，也可以与不同层网络互连。因此，系统集成的主动 权完全掌握在用户而不是供应商或集成商手中。 从以上几大优势可以看出，一个全数字化、全分散式、可互操作、开放式互连网络的ＦＣＳ是自动控制系统的发展趋势。１．４现场总线的发展现状１现场总线标准不统一。现场总线是２０世纪８０年代中期在国际上发展起来的，已有十多年的历史。当今不少国家的自动化公司投入了巨大的人力、物力、 财力全方位的进行技术研究，形成了４０余种各具特色的现场总线，其中，ＦＦ、 Ｐｒｏｆｉｂｕｓ为首的几个主流品种技术较成熟，市场占有率大，但这些总线之间的互 连互通是当前存在的大问题。标准意味着市场意味着利益。为了使自己的技术与 产品占领整个世界的市场，围绕着现场总线的国际标准展开了一场技术、经济与 政治上的互不相让的激烈斗争。在这场斗争中，现场总线的国际标准先后经过９ 次投票表决，都是功亏一篑而未能通过。最后通过协商、妥协，ＩＥＣＴＣ６５（负责 工业测量和控制的第６５标准化技术委员会）于１９９９年底通过了８种类型的现场 总线作为ＩＥＣ６１ １５８国际标准。 ８种类型分别为：ＩＥＣ技术报告（即ＦＦ的Ｈ１），ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ（美国Ｒｏｃｋｗｅｌｌ支持），Ｐｒｏｆｉｂｕｓ（德国西门子公司支持），ｐ－Ｎｅｔ（丹麦Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｄａｔａ公司支持），ＦＦ―ＨＳＥ（Ｆｉｓｈｅｒ―Ｒｏｓｅｍｏｕｎｔ公司支持），Ｓｗｉｆｔ Ｎｅｔ（美国波音公司支持），ＷｏｒＩｄＦＩＰ （法国Ａｌｓｔｏｍ公司支持），Ｉｎｔｅｒｂｕｓ（德国Ｐｈｏｅｎｉｘ Ｃｏｎｔａｃｔ公司支持）。在加上ＩＥＣＴＣｌ７Ｂ通过的３种现场总线国际标准，它们分别为：ＳＤＳ（ＳｍａｒｔＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍ），ＡＳＩ（Ａｃｔｕａｔｏｒ ＳｅｎｓｏｒＩｎｔｅｒｆａｃｅ）与Ｄｅｖｉｃｅ ｎｅｔ。此外，ＩＳＯ还有一个ＩＳＯｌｌ８９８的ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌ ＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）。所以一共有１２种之多。除了有１２种国际标准之外，还有欧洲标准，而世界上其他国家还各有其国 家标准，如英国的ＰＥＡ，挪威的ＦＩＮＴ等等，一些国外的大公司还推出自己的标 准，如日本三菱的ＣＣ―ＬＩＮＫ，施奈德公司的Ｍｏｄｂｕｓ等。 ＩＥＣ制定ＩＥＣ６１１５８的初衷是要将各种总线归纳成一种统一的标准，既方便 制造商的统一生产，又便于用户选用。但最终的结果依然是群雄混战，标准不一。 但对大公司来讲，固然是皆大欢喜，但对用户来讲，面对如此之多的标准，既有 １２种国际标准，又有欧洲标准，各国的国家标准，还有一些大企业的企业标准， 在选用之时不免感到困惑，难以选择。难道这能推动生产力的发展吗？难道能使 设备制造厂商有所遵循吗？因此，标准不一严重制约了现场总线控制系统的发展。２关于互操作性。现场总线的主要特点之一是可互操作性，但是现有的１２种现场总线国际标准中，异种现场总线之间是不能进行互操作的，虽说可以通过 网关（ｇａｔｅｗａｙ）通信或通过ＯＰＣ（ＯＬＥｆｏｒ ＰｒｏｃｅｓｓＣｏｎｔｒ０１）协议进行互操作，但这种互操作只能在各自的主机间进行，不能的彼此现场仪表间进行，由于缺乏 控制的实时性，这种所谓互操作是没有意义的。另外，在一种国际标准现场总线 的内部，进行互操作应该是没有问题的，许多应用实例也证明了这一点，但２００１年年底，国内部分石化厂与化工厂应德国某公司的邀请访问德国，其问参观了ＢＡＳＦ化工厂，发现该公司试用的两种国际标准的现场总线，其中有一种在其现 场仪表之间却不能进行互操作，而只能局限在一家公司的５台现场仪表之间才能 进行互操作。虽然这只是个别现象，但也说明现场总线的互操作性还是存在一定的问题的。１．５工业以太网技术的发展与应用以太网是目前世界上应用最广的局域网技术。随着Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的发展，以太网已经成为事实上的工业标准，ＴＣＰ／ＩＰ的简单实用已深入人心，为广大用户所接受。目前不仅在办公自动化领域内，而且各个企业的管理网络也使用以太网。 在工业控制领域，随着仪器仪表智能化的提高和工业管理智能化的深入，系统传输的信息量必将增加，未来传输的数据可能以不满足几十个字节，甚至可以 是ＷＥＢ网页，所以网络传输的大容量在工业控制中越来越重要，而以太网可以满足工业控制的这种需求。另外，工业底层网络的现场总线仂、议数目众多，不同协议的兼容问题一直困扰工业界。底层网络引入以太网不仅使现场层、控制层和管理层在垂直层方便集成，更能降低不同厂家设备在水平层面上的集成成本，所以以太网向现场总线控 制系统的底层延伸是顺理成章的。１．５．１以太网技术的改进１０年前，还没有一个严肃的工程师建议把以太网应用于工业控制。以太网是为办公自动化设计的，并没有考虑工业要求，比如缺乏确定性、鲁棒性，在车 间底层网中应用是脆弱的，存在不可预见性。 这种局面是由以太网本身的ＣＳＭＡ／ＣＤ协议造成的。网络每个节点通过竞争 来取得信息包的发送权。节点通过监听信道，当发现信道空闲时，再发送信息， 如果信道忙碌则需要等待。在开始发送信息后，需要检查是否发生碰撞，发送信 息发生碰撞时，退出重发。这样如果网络比较忙碌，或冲突节点相距甚远时，就 可能发生某些节点的信息不能及时发送，甚至长时间发送不出去的情况，这在工 业控制中是大忌。 幸运的是今天这种局面已经得到根本的改观。首先以太网的通信速率一再提高，从十兆到百兆，目前于兆以太网己在局域网、城域网中普遍应用，万兆以太网也正加紧研制。同样的通信量，通信速率的提高意味着网络的负荷的减轻，而 减轻网络负荷意味着提高确定性，有人做过实验在网络负荷不超过３６％的情况 下，以太网发生碰撞的可能性极小。其次交换技术的快速发展已经消除了以太网 用于控制领域的障碍。这项技术使得多个网上设备之间同时进行通信时不会有冲 突发生。交换式以太网技术产生于１９９２年。这项技术多个使得网上设备之间同 时进行通信时不会有冲突发生。其做法是把网络用交换器分割成互不相连的几个 网段，每个设备独占一个网段，从而大大降低冲突的可能性。 现在已经没有什么理由再说以太网不能建立一个高效开放确定性的现场总 线系统，而且由于它已经在局域网上广泛应用，所以他在控制层的应用可以使“从 会议室到传感器”都集中起来。现在还可以利用交换技术将通信变为全双工。这 些都使以太网进入工业控制领域铺平了道路。１．５．２嵌入式以太网的发展随着计算机软、硬件的发展，工业控制领域出现了嵌入式技术。利用嵌入式软、硬件，设计者可以在单片机系统上实现以太网技术即嵌入式以太网。嵌入式以太网的出现为现场总线控制系统的设计者提供了现场设备的新途径。在硬件方面，目前一些国外著名大公司已经利用嵌入式技术将以太网用于他们最新推出的现场总线控制系统。如ＧＥ公司将以太网接１：３做在保护装置中， ＧＥ．ＨＡＲＲＩＳ公司推出了带双以太网接口的Ｄ２５测控单元装置，ＡＢＢ也推出了带以太网接口的间隔控制器Ｒ５８０。 软件方面，目前世界较著名的嵌入式操作系统有ｐＳＯＳ和ＷｉｎｄｏｗｓＣＥ。ｐＳＯＳ采用了先进的模块化体系结构，包括一个实时多任务核心和一系列的公司软件部件和连接库。系统中的每个部分都是封闭的，相互之间既独立又密切 协作，这在很大程度上提高了ｐＳＯＳ的可扩展性。开发人员可以根据不同的应用需求来制订操作系统的功能和所需要内存的大小。这种高度的可扩展性还使简单的独立系统能够轻松的升级到复杂的网络化多处理系统。目前，ｐＳＯＳ已经能够 支持范围极其广泛的各种硬件产品。另外，Ｗｉｎｄｏｗｓ ＣＥ也不失为一个嵌入式操作系统较好的选择，它在确定性、实时性、优先级扩展能力及中断服务延时、进程切换时间上有了显著提高，过程 处理循环时间降到毫秒级。事实上一些公司已经生产出采用ＷｉｎＣＥ的控制装雹，如ＷｉｎＰＬＣ，ＧＥ公司的ＣＮＣ，Ｘｙｃｏｍ自动化公司的ＡＳＩＣ３０００等。１．５．３高速以太网ＨＳＥ（ＨｉｇｈＳｐｅｅｄＥｔｈｅｒｎｅｔ）简介在以太网进军工业控制领域的过程中，各大现场总线组织都予以高度重视， 并纷纷出台了自己的发展计划。ＨＳＥ在１９９８年３月被现场总线基金会认可。１９９９年９月在通过实验室测试之后，ＨＳＥ技术说明书被分发给现场总线基金会成员。 ２０００年３月，现场总线基金会颁布了ＨＳＥ的最终说明书。ＨＳＥ支持基金会现场总线协议的各个方面，比如功能块和设备描述等，而 且能够充分利用已经成熟的以太网技术。ＨＳＥ使用以太网现成的交换器、路由器、网线及光纤，连接成各种拓扑和规模的网络。ＨＳＥ结构应用标准以太网协议，如ＴＣＰ／ＩＰ，ＳＮＴＰ，ＳＮＭＰ等，并专为 多重Ｈ１现场总线信息在主干网上高速高效的传输丽设计。它还应用ＦＦ标准功 能块如Ａ１，ＡＯ和Ｐ１Ｄ等，保证控制网络上各层数据表达的一致性。ＨＳＥ的一大特点是它的连接器（１ｉｎｋｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）。ＨＳＥ连接器融合了网桥和 网关的功能。连接器用于连接Ｈ１现场总线各个网段，并提供对ＨＳＥ主干网的接口，其速度为１００Ｍｂｉｔ／ｓ或１Ｇｂｉｔ／ｓ。 它的网桥功能使Ｈ１设备通过连接器传输接口相互连接，而不用上层系统的 干预。连接在连接器上的Ｈｌ设备可以通过ＨＳＥ主干网与连接在另一连接器上的Ｈｌ设备通信，而ＨＳＥ主机可以与所有连接器和设备通信。这项功能可以使关键数据提供给远方的现场设备用于监控及报表。连接器的网关功能可以使ＨＳＥ网络与其他底层控制或信息网络相连。ＨＳＥ 连接器不需要对Ｈ１子系统进行信息解释。它的功能是集合Ｈ１现场总线网段的 信息，并将Ｈ１地址转化为Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的ＩＰ地址。对其他网络，监控和控制参数可以简单设定到标准ＦＦ功能块或新的“灵活功能块”。灵活功能块（ＦＦＢｓ）是ＨＳＥ技术的又一独特的功能。ＦＦＢｓ用于先进过程离散控制，并集成远程Ｉ／Ｏ设备和子网。虽然它是ＨＳＥ的～部分，但也能应用于Ｈ１系统，它包括多入多出模拟器，离散ＦＦＢｓ，和为特殊控制算法设计的专用ＦＦＢｓ。ＦＦＢｓ的使用提高了控制功能下放的能力，而它是ＦＦ独特和重要的特点。ＨＳＥ连接器和现场设备组成在现场层的简单系统，拥有批处理和逻辑控制功能。 从而在许多应用中，可以不需要上层控制器，降低设备成本和空间消耗。 将控制功能集成在ＨＳＥ连接器中可以使控制结构从控制室延伸到现场。连 接器使用于通信点密集的地方，如阀门和执行器等。把控制功能通过连接器分散 到现场还可以减少集中控制中的错误和遗漏。 ＨＳＥ还支持本征安全。在危险的作业区域，通过光线将以太网与其中的连接器相连。利用连接器的控制功能，可以减少现场Ｉ／Ｏ设备和控制器的数量。现场总线基金会明确表示ＨＳＥ就是一种具有控制功能的Ｉｎｔｅｒｎｅｔ。ＨＳＥ连接器将远端Ｈ】网段的信息传递到以太网骨干线上。这些信息通过Ｉｎｔｅｒｎｅｔ传到主 控室，再那里操作员可以通过网络浏览器就能监控生产过程。控制信息也同样可以被管理系统获取。 将Ｉｎｔｅｒｎｅ／的力量与一种高效的以太网结构结合起来，ＨＳＥ可以说是企业理 想的把控制与管理联系起来的现场总线网络。１．６基于以太网的现场总线控制系统。由于嵌入技术使Ｅｔｈｅｍｅｔ能到达传感器和执行器，这使得整个网络的瓶颈效 应集中在应用现场总线的设备层上的问题得以解决，可构成如下图所示的新型现 场总线控制系统：这个网络的特点是：首先，Ｅｔｈｅｍｅｔ贯穿于整个网络的各个层次，它使网络成为透明的、覆盖整个企业范围的应用实体。它实现了办公自动化与工业自动化 的无缝结合，其良好的互连性和可扩展性使之成为一种真正意义上的全开放的网图ｌ―ｌ新型现场总线控制系 络体系结构，一种真正意义上的大统一。其次，采用以太网作为现场总线，将保证技术上的可持续发展。由于以太网的广泛应用，使它的发展一直受到广泛的重 视和大量的技术投入，保证了以太网技术的不断发展。如果工业控制领域采用以 太网作为现场总线，将保证技术上的可持续发展，并在技术升级方面无需独自的 研究投入。这一点是任何现有的现场总线技术无法比拟的。另外，低成本是基于 以太网的现场总线系统无可比拟的优越性。相对于现场总线卡的价格，以太网网 卡的价格只有其十分之一。并且随着集成电路技术的发展，其价格还会进一步下 降。由于以太网已被使用多年，人们对以太网设计应用有很多经验，这就意味着 可以显著降低系统的开发和培训费用。 随着以太网的实时性、稳定性和抗干扰问题的逐步解决，以太网大规模进入 工业控制领域将指日可待。将以太网应用到工业控制领域，可以形成真正意义上的开放式系统，真正实现不同厂家的以太网产品互连。如果说现场总线系统是工业控制领域里的一场革命，那么以太网技术将现场总线系统带入又一个新时代。以太网应用于工业现场设备层是网络发展的趋势，也是信息技术发展的必然结果。第二章炳草岗水厂的控制系统组成 ２．１炳草岗水厂简介一般水厂都包括三个部分，即：取水车间、制水车间和送水车间。炳草岗水 厂亦不例外。 取水车问：取水车间的功能是从自然界（河流、湖泊或地下）中抽取原水， 就是取得供水厂生产的原料。炳草岗水厂的取水车间位于攀枝花市区金沙江边的 深井内。制水车间：制水车问的功能是经过～系列的净化消毒过程将取水车间取得的原水生产成适合工业及日常生活使用的自来水。炳草ＮＴｋ Ｊ『－的制水车间位于取水 点附近。经制水车间净化消毒处理过的自来水被送至附近的清水池。制水过程需 要经过一系列复杂的工艺，在第三章将有详细阐述，在此不再赘述。 送水车间：攀枝花市位于金沙江畔，是典型的山区城市，水厂用户分布在金 沙江两侧的山上，这决定了其供水系统的复杂性。根据实际的地理环境，炳草岗 水厂采用两级接力送水。一级送水车间（以下简称送水泵站）位于取水点附近， 其功能是将清水池中的水送至地势较低处的用户和加压水池。加压水池位于距取 水点４公里的山腰，二级送水站（以下称其为加压泵站）就位于加压水池旁边， 其功能是将加压水池中的自来水送至地势较高处的用户和公园水池。炳草岗水厂示意图如图２―１所示。 ２．２控制系统的组成攀枝花市炳草岗水厂担负着整个攀枝花市东区工业、生活用水的供给任务， 是攀枝花市的命脉所在。随着城市规模的扩大，攀枝花市炳草岗水厂的生产能力 已不能满足城市的供水要求，迫切需要提高产量，因此进行此次改扩建工程。炳 草岗水厂的泵站控制系统原来采用｛日式的继电器控制系统，每个泵站都有一继电 器控制盘。操作人员根据各水池的水位人工判断是否启动或停止一水泵，然后通 过各泵站继电器控制盘上的按钮启停水泵。加药系统也由人工判断加药量的大 小，通过人工调节加药阀门来控制。这种控制方式已经远远落后于现在的技术， 不能满足实际生产的需要。图２―２系统网络拓扑示意图本工程要求实现全厂的高度自动化，实现各生产现场的无人值守，整个水 厂在正常情况下可以无人干预运行，在中央控制室即可实现水厂的现场运行参数 的监视及控制。 本工程根据以上要求，利用目前先进、成熟的网络技术构成了攀枝花市炳 草岗水厂的自控网络： １、采用１０／１００兆工业以太网络作为主网络。 ２、采用光纤为网络通讯媒体并构成光纤环网，使之具有冗余功能。 ３、采用全双工的光交换机，构成全双工光纤以太环网。 ４、配有以太网通讯模块的ＰＬＣ可直接链入光纤以太环网中，成为以太网络节点。５、选择具有智能Ｉ／Ｏ现场总线通讯功能的ＰＬＣ作为现场控制器。炳草岗水厂自控网络拓扑图见图２―２所示。 由图２―２可见：该自控网络属于光纤以太网与现场总线相结合的多层网络，主控制层为１０／１００兆全双工光纤工业以太环网；网络中所有的ＰＬＣ控制器、 ＰＣ机和光交换机均遵循ＴＣＰ／ＩＰ协议。全厂共设深井站、加药站、送水站、加压站四个ＰＬＣ子站及一个中央控制 室。各ＰＬＣ子站及中央控制室皆为高速工业以太网的节点，它们之问可以通过 以太网交换数据，光纤环网的冗余功能保证了以太网通讯的可靠性。通过工业以 太网，中央控制室可以向各ＰＬＣ站下达控制指令、修改系统运行参数、读取现 场数据等；也可以实现各ＰＬＣ站之间的数据传送。 现场层是ＰＬＣ的智能Ｉ／Ｏ现场总线。各ＰＬＣ站与某些现场设备如高压电机 控制柜的多功能保护器之间以ＰＲＯＦＩＢＵＳ总线通讯连接；现场的触摸操作屏之 间以ＭＰＩ通讯连接。通过下层现场总线，ＰＬＣ站向连接在总线上的设备发送控 制命令、读取设备数据。２．２．１中央控制室的系统组成中控室配有２台监控操作计算机、２台打印机、ＵＰＳ、投影仪等设备。２台 监控操作计算机是中央控制室的主体。它们通过自身安装的以太网网卡以及一台 光交换模块接入工业以太网与各ＰＬＣ现场控制站相连。每台监控操作计算机都 安装一台打印机。两台监控操作计算机的视频输出送到一视频分配器，视频分配 器的输出送到投影仪，调节视频分配器可以选择一台计算机的屏幕画面显示到投影仪上。如图２―３所示。图２―３中央控制室系统组成图监控操作计算机都装有ＷＩＮＤＯＷＳ ＮＴ４操作系统和ＷｉｎＣＣ６４ＫＴａ２Ｒｕｎｔｉｍｅ控制软件，在ＷｉｎＣＣ的基础上做进一步的组态开发，完成水厂数据的 技术统计和系统的控制，为操作员提供人机界面，用于下达操作和控制指令等。 ２台监控操作计算机采用双机热备形式，设置一致，独立工作，互为备用， 完成中控室控制、显示、报警、报表、管理于一体。 通过上述配置，调度人员能及时掌握为实现水厂优化管理而需要的各管理对象的状态和控制参数，并能把所有数据整理存档，以便绘制曲线、打印报表和 历史查询使用。２．２．２控制软件功能?实时监控功能 １、数据采集：实时采集生产及设备的各种ｊ状态、水质参数。采集周期可进行调整设定， 保持现场仪表的就地显示一致，并在同时刷新。２、流程画面：整个水处理系统运行状态总貌，多层次显示每个工艺单元、每个工艺设备， 单个调节回路，顺控回路；上位机通讯状态、ＰＬＣ网络通讯状态、每个ＰＬＣ单元Ｉ／０模版通讯状态、高压供配电系统的运行状态和电量参数等画面，并在画面中以多种形式显示相关参数和状态。 对于生产重要参数，通过棒图、线壮图、数字等形式显示当前趋势及历史趋势。监控计算机在显示画面时，均可在画面左上角用表格显示进厂、出厂水质 参数、流量等重要生产指标，使值班人员随时且及时地了解全厂生产运行状态。３、人机界面： 人机界面采用开放系统的图形窗口技术，全汉化、模块化设计，支持三维 图形，具有联机帮助功能，便于揉作。含有大型图库，使用界面友好、美观。４、工况状态：通过数字、指示灯、图形等形式实时显示个工艺设备工况状态，并将相关工况状态显示在一起，便于生产操作、维护和管理。 ５、参数设置：可通过填数字，滚动条托拽等形式设置时间、ＰＩＤ、报警上下限、工艺参数、 调节回路输出等参数，以满足水质、水流量、设备、工况等的变化。６、远程控制：设手动、自动转换开关，在手动位置可通过鼠标操作各工艺设备的启、停、 阀门的开启、关闭。现场设备相应连锁条件才可进行远程控制，每个远程控制都有确认提示，以确保现场设备安全。 ?实时报警１、报警显不：实时以不同颜色灯闪烁，语音及报警窗口画面等形式显示现场设备及网络 通讯报警信息。并能及时将报警信息送之中控室所警屏报警。在任何画面均可实 时显示报警信息，包括报警名称、报警设定值、报警值、报警时间、报警级别、 恢复时间、报警确认等信息。报警确认后有记录。报警窗口可通过滚动条的托拽 显示全厂所有报警信息，并按先后顺序排队。报警存在、恢复、确认应用不同颜色表示。 ２、报警打印和事故追忆报警发生后，可实时打印报警窗口中信息，以利于故障分析和处理：可通 过报警事故追忆查询当日发生的所有报警信息。 ?运行报表 １、对于实时采集的生产数据、设备状态、电能消耗，可采用定时（可调） 或按数据变化大ｄ、两种方式存入管理工作站历史数据库，并形成生产运行报表。 历史数据的存贮至少可达１年。２、产生班、日、周、月、季、年数据报表等。 ３、产生班、曰、周、月报警报表，以供生产管理、设备事故预防维护、备品备件采购时参考。 ４、对于外部产生或遗漏的信息，相关人员可在管理工作站上输入和编辑。 所有报表应便于查询，便于打印，存贮期至少一年，以供生产查询。 ?数据分析 产生重要数据、参数实时曲线及历史曲线，以利于生产分析。根据设备运 行状态和检测参数、报警记录，分析产生重点工艺、设备的分析诊断。 ?系统安全 分经理级、工程师级、操作员级三级操作级别，设置登录操作密码，并存 贮产生各种操作事件的记录。防止误操作。２．２．３ＰＬＣ站系统的组成㈣…围《鬻鬃鬻睡骂 ㈣…围焉酝囊醺跫墼ＭＰＩ――――――――＿Ｊ ＩＩ场殴备ｂ志尚南尚 ｂ南Ｐｒｏｆｉ６筹瓮尚ｌＰＬ―露燃块 …麟交换模块图２―４ ＰＬＣ站系统的组成图各ＰＬＣ站均由一个电源模块、一个ＣＰＵ模块、一个以太网通讯模块、若干模拟量输入输出模块和若干数字量输入输出模块组成。如图２～４所示。电源模块负责向其它模块提供直流电源。 各输入输出模块同现场设备直接相连。ＰＬＣ站的数字量输入模块采集现场 的阀门状态、水位开关状态、设备运行与否等信号；数字量输出模块将ＰＬＣ的 控制命令开阀门、关阀门、启动设备、停止设备等送到现场设备；模拟量输入模 块采集电机温、电机轴承温度、原水浊度、出水浊度、液位信息等等；模拟量输 出模块控制变频器输出频率等。 ＣＰＵ模块的ＭＰＩ接口同现场的触摸操作屏相连，构成ＭＰＩ连接，操作人 员可以通过现场的触摸操作屏监控设备的运行。 ＣＰＵ模块的Ｐｒｏｆｉｂｕｓ接口同现场的ＰＬＣ从站及高压电机柜的多功能保护器 相连，构成Ｐｒｏｆｉｂｕｓ现场总线。ＣＰＵ通过Ｐｒｏｆｉｂｕｓ总线获得各水泵电机的运行数据并发送控制指令。以太网通讯模块通过光交换模块使ＰＬＣ站接入工业以太网，实现各ＰＬＣ站 及中央控制室间的数据通讯，使得中央控制室可以监控现场设备的运行及各ＰＬＣ 站之间的联控。２．３控制系统特点?实时性系统根据不同类型的变量设置不同的扫描时间，实时采集整个自来水厂各种设备的运行状态，并根据设备的状态和工艺要求自动调节各种设备的运行参数 和状态。?可靠性系统采用集中监视、分布式控制的组态结构，各控制单元相对独立，即使 某一部分发生故障，也不会影响其他部分的正常运行。此外，系统实时诊断各分站的ＰＬＣ模板，可及时发现故障并报警，以保证及时更换故障模板。 在系统硬件及软件设计时，采取各种保护措施，在自动控制失效时可立即 切换到手动控制，确保设备正常运转。?安全性根据系统的构成和工艺流程要求，设置多种不同的操作级别，对不同的操作员设置不同的操作权限，使无关人员无法进行非法的操作。同时，系统会时刻监视系统中各种设备的状态及相互联锁关系，确保进行某种手动操作的安全性， 禁止危险的非法操作并报警。?灵活性系统可运行在自动、手动启动工艺流程和手工操作三种控制方式。在手动 方式下，操作员可直接控制各种设备的运行，并采集各种设备的运行状态，特别 是手动机旁控制，给生产检修和调试带来极大方便。?易用性用户界面为流行的类似Ｗｉｎｄｏｗｓ的图形化的人机界面，非常友好。各种设 备的状态、工艺流程和工艺参数等都用图形或曲线的形式在大屏幕上显示出来， 极其直观易读，各种控制操作也可通过用鼠标器对图形进行点击来完成。 ?丰富的报警功能 系统时刻监视系统中各种设备的状态，并可及时准确地对各种异常情况给 出报警信息，在计算机屏幕上相应区域闪烁报警，并可在打印机上输出。同时， 所有报警信息将被保存在系统数据库中，以备日后查询和进行故障分析。第三章泵站及其实现３．１概述泵站是水厂的心脏，是供水系统的动力源泉。它负责从自然界中抽取原水 并将净化处理后的自来水送至用户。炳草岗水厂共有三个泵站：深井泵站、送水泵站和加压泵站。深井站的功能是从金沙江中取水并送至水处理车间。深井站位于金沙江边 的深井内，故称其为深井站。深井站的主要设备是４套泵阀系统；为保证井内泵 阀等设备的正常工作，井内温度、湿度必须在设备的工作范围以内，因此需要通 风系统进行调节；由于深井中存在渗水现象，为防止深井底部水位过高使设备无法正常工作，需有排水系统进行及时排水。原水经制水车间净化处理后送到清水池。清水池位于金沙江边地势较低， 要将其中的自来水送至用户必须使用泵站。送水泵站的功能就是将清水池的自来 水送至地势较低处的用户及加压水池。送水泵站的主要设备就是７套泵阀系统。 送水站只能将自来水送至较低处的用户，地势较高处用户的用水必须由加 压泵站来提供。加压泵站将自来水从加压水池送至地势较高处用户和高位水池（公园水池）。加压泵站的主要设备也是７套泵阀系统。３．２深井站、加压站泵阀系统及其实现泵阀系统是泵站最重要的部分，保证它的正常运行至关重要。泵阀系统是由 水泵和阀门两设备关联组成的。一台设备在单独运行时，只要保证该设备本身安 全运行的条件就可以了。但当若干设备组合在一起，成为一个系统时，各设备就 是相互关联的了。为保证生产安全及设备安全，一台设备的动作必须考虑相关设备的安全运行及整个系统的安全运行。在设计泵阀系统的实现时必须考虑水泵和阀门以及其他相关设备的运行特性及运行安全。 泵的控制是通过控制高压控制柜的多功能保护器实现的。多功能保护器的主 要功能是对水泵电机实现启停控制、低压保护、过压保护、过流保护等。ＰＬＣ控制器可通过ＰＲＯＦＩＢＵＳ现场总线向多功能保护器发送启停信号来启动或停止水泵电机的运行。同时，ＰＬＣ控制器可通过ＰＲＯＦＩＢＵＳ总线向多功能保护器请求电压、电流、运行状态等数据。水泵电机的三相温度及轴温是通过信号线送至 ＰＬＣ的模拟量输入模块的，经过模拟量输入模块的处理后转换为数字量，再送至处理器模块。阀的控制。阀的控制信号先送至数字量输出模块，经信号线送至阀的控制端子。阀门的状态信号先经信号线送到数字量输入模块，然后送到ＣＰＵ模块。 泵阀控制系统控制摸式有；就地控制，手动控制，半自动控制，全自动控制。 １、就地控制。每个ＰＬＣ现场站都有一就地控制箱，在ＰＬＣ故障或网络故障不能进行远方控制时必须将就地箱上的就地／远方切换按钮切到就地一侧，在就地箱上现场控制阀的开关及泵的启停。２、手动控制。在中央控制室里通过上位机控制软件对每台设备发送控制指 令来对单台设备进行控制。 ３、一步化控制。将相关的若干设备视为一整体，每一指令都是对这一整体的操作，包含一系列的对单台设备的子指令。比如一台泵和与其相连的阀可以被视作一整体，启动指令包含：启泵一开阀两个顺序操作的子指令；停止指令包含： 停泵…关阀两个顺序操作的子指令。 ４、全自动控制。整个系统无需人为干预，全部由软件进行控制调度。例如 某一泵站泵阀系统的调度，可以由软件根据管网压力、流量以及单套泵阀的持续运行时间，按照事先规定的规则自动启动或停止某一套泵阀的运行。３．２．１加压站及深并站的出水阀门的特点（１）阀门全关时，接收到开阀信号，阀门开始动作慢慢打开，大概４０秒左 右阀门完全打开，阀全开行程开关接通。（２）如果要阀门保持在全开状态必须保持开阀信号。（３）阀全开时，如果撤消开阀信号，阀门开始动作慢慢关闭，大概２０秒左 右阀门完全关闭，阀全关行程开关接通。 （４）要使阀门保持在全关状态必须不施加开阀信号。 （５）如果阀门开信号送出并保持４０秒仍无阀门全开信号则认为开阀过程出 现故障，必须报警并强行停机检修。（６）如果阀门信号撤消并保持该状态３０秒仍无阀关信号则认为关阀过程出 现故障，必须报警并强行停机检修。（７）如果阀门在全开状态并保持了开阀信号，但阀全开信号持续丢失１０秒 则报警，并强行停机。３．２．２各泵站水泵电机的运行特点（１）电机启动后，转速上升很快，几秒钟内即可升到全速。电机在升速的过程中，不能开阀，如果开阀会使电机在低速时就负载很重，导致电流过大。 （２）阀门可控时，要先关闭阀门再停水泵电机。否则如果先停电机，来自管网的强大水压会使电机反转，严重时可能使电机受损。（３）电机运行时必须保证合适的电压，电压过高或过低都会使电机受损。这一点是由多功能保护器来实现的。 （４）电机运行的电流不能过高，如果电流过高则证明电机出现了故障，必 须报警并停机检修。３．２．３深井站、加压站泵阀系统的工艺过程根据深井站、加压站水泵和阀门的特点，其泵阀系统的工艺过程如下：图３―１深井站泵阀系统开车过程流程图（１）系统开车时：首先启动水泵电机。发出启泵命令后延时１０秒，如果没有收到电机已运行信号则认为电机故障而报警，须停机检修。如果已经收到电机运行信号则进入开阀过程。开阀过程中，首先送出开阀信号：然后延时３０秒， 在这３０秒钟内，如果收到阀门全开信号并且无阀门全关信号则认为该泵阀子系 统已经顺利进入开车状态。如果３０秒后没有阀门全开信号或有阀门全开信号但同时有阀门全关信号则认为开阀出现故障须报警，并自动启动停车过程。开车过 程的流程框图如图３―１所示：（２）系统停车时：首先进行关阀过程。撤销开阀信号后延时３０秒，在这 ３０秒内如果收到阀门全关命令并且无阀门全开信号则认为阀门已经顺利关闭； 如果３０秒后仍没有阀门全关信号或有阀门全开信号但同时阀门全开信号未消失 则认为关阀过程出现故障，发出关阀故障报警。阀门顺利关闭后则进入停泵过程。 向多功能保护器发出停泵命令，然后延时１０秒，如果在１０秒后仍存在泵运行信 号则认为停泵过程出现故障，发出停泵故障报警；如果１０秒内泵运行信号消失则说明水泵已经顺利停止运行，停车过程结束。停车过程的流程框图如图３―２所示：（３）系统运行时：如果在正常运行时阀门全开信号突然丢失，持续时问在】０秒钟内则认为是外界干扰所致；持续时间超过１０秒则认为可能是阀门故障或行程开关故障，须发阀门故障报警。如果在正常运行时水泵电机运行信号突然丢 失，持续时间在１０秒钊，内则认为是外界干扰所致；持续时间超过１０秒则认为是电机故障或电压电流失常多功能保护器的保护功能所致，此时需关阀并发泵故障报警，否则电机会倒转对电网造成冲击或损坏水泵电机。如果正常运行时检测到 电机三相温度或轴温超标或三相电流超过上限值则必须自动停车并报警。３．２．４加压站、深井站泵阀控制系统的程序实现分析加压站、深井站泵阀系统的工艺过程可以看出，该系统属于典型的顺序控制系统，适合于用状态转移法实现。该控制系统的控制模式有就地控制、手动 控制和一步化控制。可以通过各现场站的触摸屏或中央控制室的操作员站和工程 师站实现这三种控制模式之间的切换。就地控制模式时，现场站触摸屏或中央控 制室的任何操作都将失效，只能通过就地控制箱对泵或阀进行操作；手动控制模 式时通过现场站的触摸屏或中央控制室的操作员站和工程师站只能对系统的某 台泵或阀发出指令，也就是说一条指令只能改变一台泵或阀的运行状态。在一步 化控制模式下，相连的泵和阀被看作一个整体，现场站或触摸屏的一条指令可以 引起泵和阀的一系列动作。在该模式下要想使某套泵阀系统运行起来只需下达开 车指令即可，要想使它停下来只需下达停车指令即可。三种模式间可进行自由切 换，切换时在程序上应保证设备的运行状态在切换前后不变，例如阀门已打开的 时候手动模式与一步化模式之间的切换后应保证开阔信号的送出，使阀门处于开 状态。 下面将详细阐述用状态转移法实现该控制系统的过程。 （１）确定该控制系统工艺过程的状态组成。对该系统的过程进行深入分析，确定各状态如下：（下面的自动即是一步化）ｏｏＯ一初始状态，１一自动运行，２一自动停止，３２～自动开泵动作中，３３一开泵超时，４４一延时关泵，３４一自动开阀动作中，４０一自动关阀动作中，４ｊ一关阀超时报警，４２一自动停泵动作中，５～手动阀开，６一手动阀关，７０一手动 开阀动作中，８０一手动关阀动作中，９０一手动启泵动作中，ＡＯ一手动关泵动作中，Ｂ一泵己启，Ｃ一泵已停Ｄ一自动就地，Ｅ一阀手动就地，Ｆ一泵手动就地。 （２）确定状态之间的转移关系，作出状态转移图（图３―３）。系统启动时的状态转换。当系统处于初始状态０００时根据当时的控制模式和 泵及阀门的当前状态转换到相应状态。当在自动模式下阀门关闭且泵没有运行切换到２自动停止状态，在自动模式下阀门已开且泵在运行的条件下切换到１自动 运行状态；当在手动模式下时，要同时将两个状态置位，据阀门的开关状态将５阀开状态或６阀关状态置位，同时据泵的运行状态将Ｂ泵开状态或Ｃ泵停状态置位。由于在操作上规定在开车或停车过程中不能进行系统的启动，所以初始状 态下其他状态转换时不可能发生的。一步化开车过程的状态转换。当系统处于２自动停止状态时如果收到开车指令则启动～步化开车过程。系统首先由２自动停止状态转换到３２自动开泵动作状态，同时计时器开始计时。如果在３２自动开泵动作状态下收到超时信号（计数器计数值大于１０秒）则转到３３开泵超时状态并发报警信息和停泵指令。在 ３３开泵超时状态下收到泵停信号转２自动停止状态。如果在３２自动开泵状态下 收到泵已运行信号则转换到３４自动开阀动作状态，发出开阀信号，同时计时器 开始计时。如果在３４自动开阀动作状态收到超时信号（计数器计数值大于３０秒） 则转停车过程的４０自动关阀动作。如果在３４状态收到阀全开信号则转换到１自 动运行状态，开车过程顺利完成。 一步化停车过程中的状态转换。当系统处于Ｉ自动运行状态时如果收到停车 指令则启动一步化停车过程。系统首先由１自动运行状态转换到４０自动关阀动 作状态，同时计数器开始计时。如果在４０状态下收到关阀超时信号（计数器计 数值大于３０秒）则转到４１关阀超时报警状态。在４１关阀超时报警状态收到润 全关信号则退出报警状态转到４４延时关泵状态。如果４０状态下收到阀全关信号 则也转换到４４延时关泵状态。在４４延时关泵状态持续１０秒即保证阀门已经完 全关闭后系统将转换到４２自动停泵动作状态，并启动计时器开始计时。在４２状 态下如果收到超时信号（计时器计数值大于１０秒）则转换到４３超时报警状态。 如果在４２或４３状态下收到了泵已停信号则转换到２自动停止状态，停车过程结束。系统自动运行时的状态转换。当系统处于ｌ自动运行时如果阀门全开信号或 电机运行信号持续丢失１０秒钟，或者电机电流超过额定电流的１０％，都认为系 统发生故障发出相应的报警信息，并自动启动停车过程转换到４０自动关阀状态。 手动模式下启动水泵电机过程中的状态转换。当水泵电机处于Ｃ停止状态 时如果收至Ⅱ启泵命令转换到９０手动启泵动作状态，同时启动计数器开始计时。在９０状态下如果收到超时信号（计时器计数值大于１０秒）则认为肩泵故障发报警信号，但并不进行状态的转换。如果在９０状态下收到泵已停止运行的信号则 认为泵已经顺利停止运行，状态转换到Ｂ泵已启动状态。手动模式下停止水泵电机过程中的状态转换。当水泵电机处于Ｂ己启动状态时如果收到停泵命令转换到Ａ０手动停泵动作状态，同时启动计数器开始计时。在ＡＯ状态下如果收到超时信号（计时器计数值大于１０秒）则认为停泵故障发 报警信号，但并不进行状态的转换。如果在ＡＯ状态下收到泵已运行的信号则认为泵已经顺利停止运行，状态转换到ｃ泵已启动状态。ｌ一自动运行，２－－自动停止，３０一自动关阀Ｉ动作中，３２一自动开泵动作中，４４一关泵计时， ３４一自动开阀动作中，４０一自动关阀２动作中，４２一自动停泵动作中，５一阀开，６～阀关， ７０一开阀动作中，８０一关阀动作中，９０－－开泵动作中，ＡＯ一关泵动作中，Ｂ一泵开，ｃ一泵停 Ｄ一自动就地，Ｅ～阀手动就地，Ｆ一泵手动就地，图３―３加压站泵阀控制状态图手动模式下开阀过程中的状态转换。当阀门处于６阀门已关状态时如果收到开阀指令转换到７０手动开阀动作状态，送出开阀信号并启动计时器计时。如果 在７０状态下收到超时信号（计时器计数值大于３０秒）则认为开阀过程出现故障发出报警信号，但不进行状态的转换。如果在７０状态下收到阀门全开信号则认 为阀门已经顺利打开，状态转换到５手动阀门已开状态。如果在７０状态下收到 关阀指令则启动手动关阀过程，状态转换到８０手动关阀动作状态。 手动模式下关阀过程中的状态转换。当阀门处于５阀门已开状态时如果收到 关阀指令转换到８０手动关阀动作状态，撤消开阀信号并启动计时器计时。如果在８状态下收到超时信号（计时器计数值大于３０秒）则认为关阀过程出现故障发出报警信号，但不进行状态的转换。如果在８０状态下收到阀门全关信号则认 为阀门已经顺利关闭，状态转换到６手动阀门已关状态。如果在８０状态下收到 开阀指令则启动手动开阀过程，状态转换到７０手动开阀动作状态。 控制模式切换时的状态转换。为保证设备和生产过程的安全以及控制的易实 现性，在操作上规定开车或停车的过程中不能进行控制模式的切换。因此当控制 模式由一步化切手动时系统只可能是在１自动运行或２自动停止状态，这时只需 将状态转换到初始状态０００，再根据初始状态的转换方式转换到相应状态，目前为 １状态时将转换到５手动阀关状态和Ｂ手动泵己启状态，目前为２状态时将转换 到６手动阀状态和Ｃ手动泵已停状态。手动切一步化时系统只可能在５手动阀 关状态和Ｂ手动泵已启状态，或者在６手动阀状态和ｃ手动泵已停状态，这时也 只需将状态转换到初始状态０００，再根据初始状态的转换方式转换到相应状态，目 前为５和Ｂ状态时切换到１自动运行状态，目前为６和Ｃ状态时切换到２自动停 止状态。手动切就地时，如果泵的控制切就地将泵状态转换到Ｆ泵手动就地状态， 如果阀门的控制切就地则将阀门的状态转换到Ｅ阀门手动就地状态。一步化切就 地时，无论是阀门切就地或泵切就地都将状态转换到Ｄ自动就地状态。就地切一 步化时，只需将状态转换到初始状态０００，再根据初始状态的转换方式转换到相应 状态。手动阀就地或手动泵就地状态存在时切换到自动将状态转换至Ｄ自动就 地状态即可。 （３）根据上面所述的状态转换图编写梯形图子程序，然后在加压站和深井 站主程序中调用传送相应参数即可实现对该站相应泵阀系统的控制。３．３送水站泵阀控制系统及程序实现在送水站的泵阀系统中，水泵及其电机是与加压站和深井站相同的，其运行 特点在上节已有详细介绍，在次不再赘述。但送水站的阀门同加压站和深井站不同，这两个站阀门的开和关是由ＰＬＣ发出信号控制的。在送水站，阀门的开和 关不是由ＰＬＣ控制的，而是根据阀门前后的水压差自动进行的，其特点详细介绍如下。３．３．１送水站出水阀门的特点（１）送水站出水阀门的开关是根据阀门前后的水压差自动进行的。水泵电 机停机时，来自自来水管网的水压会使阀门处于关闭状态。水泵电机启动后，随着转速的提升，水泵对阀门的压力会不断上升，上升到一定压力使阀门进水侧压力大于出水侧压力一定程度后阀门会自动打开。水泵电机停转时来自管网的强大 压力会使阀门迅速关闭。 （２）送水站出水阀门有两个行程开关。阀门全开时，标志全开的行程开关 闭合，向ＰＬＣ发送阀门全开信号。阀门全关时，标志全关的行程开关闭合，向 ＰＬＣ发送阀门全关信号。 （３）水泵电机启动３０秒后如果不能收到阀门全开信号，则认为开阀门故障，必须报警并停机检修。（４）水泵电机停机３０秒后如果不能收到阀门全关信号，则认为关阀门故障，必须报警并停机检修。（５）如果水泵电机顺利启动并且阀门已经送出阀门全开信号，在水泵电机 没有停机的情况下，阀门全开信号持续丢失１０秒则报警并停机检修。３．３．２送水站泵阀系统的工艺过程根据送水水泵和阀门的特点，其泵阀系统的工艺过程如下： （１）系统开车时：首先启动水泵电机。发出启泵命令后延时１０秒，如果没 有收到电机已运行信号则认为电机故障而报警，须停机检修。如果已经收到电机 运行信号则进入开阀过程，启动开阀时钟进行计时。开阀过程中，随着电机转速 的提高，阀门前端所受压力将不断增大，压力增大到一定值时阀门将开始打开；如果在进入开阀过程３０秒内收到阀门全开信号并且无阀门全关信号则认为该泵 阀子系统已经顺利进入开车状态。如果３０秒后没有阀门全开信号或有阀门全开信号但同时有阀门全关信号则认为开阀出现故障须报警。开车过程的流程框图如图３＿４所示：（２）系统停车时：首先停止水泵电机的运行。发出停泵命令后延时ｌＯ秒，如果没有收到电机已停止信号则认为电机故障而报警，须停机检修。如果已经收到电机停止信号则进入关阀过程，启动关阀时钟进行计时。关阀过程中，随着电图３―４送水站泵阀系统开车过程流程图图３―５送水站泵阀系统停车过程流程图机转速的降低，阀门前端所受压力将不断减小，压力减小到一定值时阀门将开始关闭；如果在进入关阀过程３０秒内收到阀门全关信号并且无阀门全开信号则认 为该泵阀子系统已经顺利停止运行。如果３０秒后没有阀门全关信号或有阀门全 关信号但同时有阀门全开信号则认为开阀出现故障须报警，并自动启动开车过 程，以使电机重新运行，否则将导致电机反转而损坏电机或供电设备。停车过程的流程框图如图３―５所示：（３）系统运行时：如果在正常运行时阀门全开信号突然丢失，持续时间在１０秒钟内则认为是外界干扰所致；持续时间超过１０秒则认为可能是阀门故障或行程开关故障，须发阀门故障报警。如果在正常运行时水泵电机运行信号突然丢 失，持续时间在１０秒钟内则认为是外界干扰所致；持续时间超过１０秒则认为是 电机故障或电压电流失常多功能保护器的保护功能所致，此时需发泵故障报警。 如果正常运行时检测到电机三相温度或轴温超标或三相电流超过上限值则必须自动停车并报警。３．３．３送水站泵阀控制系统的程序实现由于送水站阀门的开和关是阀门本身根据其前后压力自动进行的，故在设备 正常的情况下只需控制水泵电机的启停就可以实现对整个系统的控制，因此也就 不存在一步化与手动两种控制模式及这两种模式之间的转换。这使得该站控制系 统的的程序实现相对容易的多。考虑到当ＰＬＣ不能正常工作时仍能通过人工维 持系统的正常运行，设置就地与非就地的操作方式，因此仍需考虑就地操作方式 与非就地操作方式问切换的问题。 用状态转移法实现送水站泵阀控制系统的设计过程如下。 （１）确定该控制系统工艺过程的状态组成。对该系统的过程进行深入分析， 确定各状态如下：０００～初始状态，１一运行，４０一关泵动作中，４ｌ一关泵超时，４２一关阀动作 中，２一停止，３０～开泵动作中，３ｌ一开泵超时，３２一开阀动作中，５一就地 （２）确定状态之间的转移关系，作出状态转移图（图３―６）。系统启动时的状态转换。当系统处于初始状态０００时根据当时的操作方式和泵及阀门的当前状态转换到相应状态。在就地操作方式下转换到５就地状态。在非就地操作方式下，如果阀门关闭且泵没有运行切换到２停止状态；如果阀门已 开且泵在运行的条件下切换到１运行状态。由于在操作上规定在开车或停车过程中不能进行系统的启动，所以初始状态下其他状态转换时不可能发生的。开车时的状态转换。当系统处于２停止状态时如果收到开车指令则启动开车过程。系统首先由２停止状态转换到３０开泵动作状态，同时计时器开始计时。 如果在３０开泵动作状态下收到超时信号（计数器计数值大于１０秒）则转到３ｌ 开泵超时状态并发报警信息。在３１开泵超时状态下收到泵运行信号转３２开阀动 作状态。如果在３０开泵动作状态下收到泵已运行信号则转换到３２开阀动作状态。 进入开阀动作状态后立即启动计时器开始计时。如果在３２开阀动作状态收到超 时信号（计时器计数值大于３０秒）则发送阀门故障信号进行报警。如果在３２状 态收到阀门全开信号则转换到１运行状态，开车过程顺利完成。 停车时的状态转换。当系统处于１运行状态时如果收到停车指令则启动停车 过程。系统首先由１运行状态转换到４０停泵动作状态，同时启动停泵计时器开 始计时。如果在４０停泵动作状态下收到超时信号（计时器计数值大于１０秒）则 转到４ｌ停泵超时状态并发报警信息。在４１停泵超时状态下收到泵停止信号转 ４２关阀动作状态。如果在４０停泵动作状态下收到泵已停止信号则转换到４２关 阀动作状态。进入关阀动作状态后立即启动计时器开始计时。如果在４２关阀动 作状态收到超时信号（计时器计数值大于３０秒）则发送阀门故障信号进行报警， 并自动启动开车过程，以防止水倒流而使电机反转。如果在４２状态收到阀门全 关信号则转换到２停止状态，停车过程顺利完成。１一运行，４０一关泵动作中，４卜一关泵超时，４２一关阀动作中，２一停止 ３０一开泵动作中，３１～开泵超时，３２一开阀动作中，５一就地， 图３～６送水泵阀控制图运行时的状态转换。当系统处于１自动运行时如果阀门全开信号或电规运行 信号持续丢失１０秒钟，或者电机电流超过额定电流的１０％，都认为系统发生故障发出相应的报警信息，并自动启动停车过程转换到４０停泵动作状态。就地与非就地操作方式切换时的状态转换。系统在非就地的任何状态下如果 收到切就地信号则转换到５就地状态。当系统在就地状态时如果收到切非就地信 号则先转换到０００初始状态，然后再根据初始状态下的转换规则转换到相应的状态。（３）根据上面所述的状态转换图编写梯形图子程序，然后在送水站主程序 中调用并传送相应参数即可实现对送水站相应泵阀系统的控制。３．４深井排水泵控制系统及其实现深井泵房位于金沙江边地面以下２０米处的深井内，井底渗水及管道、水泵 漏水等因素会使井底积水水位越来越高。过多的积水会导致井底设备损坏。所以 必须对及时对井底积水进行外排处理。这一任务是由深井排水系统完成的。深井站排水系统的设备主要有：低位水位开关，高位水位开关，１＃排水泵，２＃排水泵。３．４．１深井站排水系统的自动控制要求当低位水位开关和高位水位开关都没有闭合时认为深井积水水位在低位。此 时不需要进行排水。当只有低位水位开关闭合时，认为深井积水水位在中位。此时需要启动ｉ＃排水泵进行排水。当高位水位开关闭合时，无论低位水位开关闭合与否都认为积水水位已达高位。此时需将两台排水泵都投入运行，全力排水。３．４．２深井站排水泵控制系统操作方式和控制模式深井站排水泵控制系统采用两种操作方式即：就地操作和远方操作。选择就地操作方式时只能通过就地箱上的就地操作按钮进行各排水泵的启动及停止操 作。选择远方操作方式时才能通过现场站的触摸屏或中央控制室的操作员站及工程师站控制各排水泵的运行，或者由ＰＬＣ根据水位开关的信号自动控制各排水泵的启停。深井站排水泵控制系统采用两种控制模式即：手动模式和自动模式。选择手 动模式时，操作员或工程师可以通过中央控制室的上位计算机对两台排水泵下达 指令使其启动或停止。选择自动模式时，ＰＬＣ会根据水位开关的信号自动控制各 排水泵的启停。３．４．３深井站排水泵控制系统的程序实现该系统的实现同样采用状态转移法，详细设计步骤如下： 分析系统的工艺过程，确定系统由以下状态组成：ｏｏ一初始状态，１一自动停止，２一自动单泵运行，３一自动双泵运行，４一手 动停止，５一手动ｌ＃运行，６～手动２样运行，７一手动双泵运行。１－－自动停止，２～自动单泵运行，３－－自动双泵运行，４一手动停止 ５一手动ｌ＃运行，６一手动２＃运行，７一手动双泵运行。 图３―７深井排水系统状态图（２）确定状态之间的转移关系，作出状态转移图（图３―７）。 系统启动时的状态转换。系统启动时程序自动将系统状态初始化为初始状态 ００，然后根据两台排水泵的运行与否和当时的控制模式及操作方式转换到相应状 态。如果系统被选择为就地操作，状态将保持００初始状态不变。系统被选择为非就地操作方式时，如果系统被选择为自动控制模式则转换到１自动停止状态，然后根据水位进行相应状态转换；如果系统被选择为手动控制模式，若两台排水 泵都没有运行转换到４手动停止状态，若只有１＃泵运行转换到５手动１撑运行状态，若只有２群泵运行转换到６手动２＃运行状态，若两台排水泵都在运行转换到 ２手动双泵运行状态。 自动控制模式下的状态转换。系统在１自动停止状态时，如果积水水位上升 到中水位则转换到２自动单泵运行状态启动１＃排水泵进行排水；如果积水水位在高位（只可能是系统剐启动时或刚切到自动时）则转换到３自动双泵运行启动两台排水泵全力排水。系统在２自动单泵运行状态时，如果积水水位下降到低位则转换到ｌ自动停止状态停止排水；如果积水水位上升到高位则认为１台泵的排 水速度小于积水增加的速度，系统转换到３自动双泵运行，启用两台泵进行排水。 系统在３自动双泵运行时如果积水水位下降到了低位则转换到ｌ自动停止状态，停止排水。手动控制模式下的状态转换。系统在４手动停止状态时，如果收到启动ｌ＃指令则转换到５手动１＃运行状态，将Ｉ＃排水泵启动；如果收到启动２＃指令则转换到６手动２＃运行状态，将２＃排水泵启动。系统在５手动１＃运行状态时，如果收到停１埘旨令则转换到４手动停止状态，停止１＃排水泵的运行：如果收到启动２孝指令则转换到７手动双泵运行状态，两台排水泵同时运行。系统在６手动２＃ 运行状态时，如果收到停２＃指令则转换到４手动停止状态，停止２＃排水泵的运 行；如果收到启动１＃指令则转换到７手动双泵运行状态，两台排水泵同时运行。 系统在７手动双泵运行状态时，如果收到停１＃指令则转换到６手动２＃运行状态，停止１＃排水泵的运行；如果收到停２＃指令则转换到５手动１存运行状态，停Ｊｔ－＿２Ⅳ 排水泵的运行。操作方式或控制模式切换时，无论系统当时在何种状态下都将首先转换到 ００初始状态，然后根据初始状态下的状态转换条件进行相应转换。 （３）根据上面所述的状态转换图编写梯形图予程序，然后在深井站主程序 中调用并传送相应参数即可实现对深井站排水系统的控制。３．５深并排风机控制系统及其程序实现深井泵房位于金沙江边地面以下２０米处的深井内，空气流动不畅，而井内设备的运行会散发大量热量，如果不采取必要的处理井内温度会越来越高，影响设备的正常运行或缩短设备的使用寿命。另外井内的渗水漏水现象也会导致境内湿度超标。所以必须对及时对井内进行通风排风处理，促使井内外的空气交换以达到降低井内温湿度的目的。这一任务是由深井排风机系统完成的。深井站排风机系统的设备主要有：深井温度传感器，深井湿度传感器，ｌ＃排风机，２＃排风机。 深井站排风机系统的自动控制要求：当深井温度或湿度超过上限值时肩动两 台排风机进行通风，温度或湿度下降到上限值以下后两台排风机持续运行２０分钟后停止。３．５．１深井站排风机控制系统的操作方式和控制模式深井站排风机控制系统采用两种操作方式即：就地操作和远方操作。选择就 地操作方式时只能通过就地箱上的就地操作按钮进行排风机的启动及停止操作。 选择远方操作方式时才能通过现场站的触摸屏或中央控制室的操作员站及工程师站控制排风机的运行，或者由ＰＬＣ根据深井温度和湿度自动控制各排风机的启停。深井站排风泵控制系统采用两种控制模式即：手动模式和自动模式。选择手 动模式时，操作员或工程师可以通过中央控制室的上位计算机对两台排风机下达 指令使其启动或停止。选择自动模式时，ＰＬＣ会根据深井温度和湿度自动控制各排水泵的启停。３．５．２深井站排风机控制系统的程序实现该系统的实现同样采用状态转移法，详细设计步骤如下： 分析系统的工艺过程，确定系统由以下状态组成：１－－自动高温运行，２一自动低温运行，３一自动停止，４一停用、故障、就地， ５一手动运行，６一手动停止。１－－自动高温运行，２一自动低温运行，３一自动停止，４一就地 ５一手动运行，６一手动停止。 图３―８深井排风机系统状态图（２）确定状态之间的转移关系，作出状态转移图（图３―８）。 系统启动时的状态转换。系统启动时程序自动将系统状态初始化为初始状态ＯＯ，然后根据两台排风机的运行与否和当时的控制模式及操作方式转换到相应状态。如果系统被选择为就地操作，将转换到４就地状态。系统被选择为远方操作 方式时，如果系统被选择为自动控制模式则转换到３自动停止状态，然后根据井 内温湿度状况进行相应状态转换；如果系统被选择为手动控制模式，若两台排风 机都没有运行转换到６手动停止状态，否则转换到５手动运行状态。 自动控制模式下的状态转换。系统在３自动停止状态时如果井内温度或湿度 超过设定的上限值则转换到１自动高温湿运行状态，启动两台排风机进行通风，并发报警信号。系统在１自动高温湿运行状态下如果井内温度湿度都下降到了设定的上限值以下则转换到２自动低温湿运行状态，启动计时器进行计时。系统在 ２自动低温湿运行状态时，如果２０分钟的计时已到则转换到３自动停止状态， 停止两台排风机的运行即停止通风。 手动控制模式下的状态转换。当系统在６手动停止状态时，如果收到启动命 令则转换到５手动运行状态，启动两台风机进行通风。当系统在５手动运行状态 时，如果收到停止命令则转换到６手动停止状态。操作方式或控制模式切换时，无论系统当时在何种状态下都将首先转换到００初始状态，然后根据初始状态下的状态转换条件进行相应转换。 （３）根据上面所述的状态转换图编写风机控制梯形图子程序，然后在深井 站主程序中调用并传送相应参数即可实现对深井站排风机系统的控制。第四章配药加药系统及其实现制水所用药液原液的浓度是很高的。如果直接用这种高浓度的药液进行制 水，将很难控制加入的药量。所以必须将其进行稀释，配制成合适浓度的溶液，再进行使用。这一任务是由配药系统来完成的。水厂原水是从金沙江直接取出的，原水水质受各种因素的影响在不同时期 不同情况下变化很大。要将原水制成高质量的自来水必须精确控制制水过程中药 剂的投加量，使加药量适应原水水质的改变而改变。控制加药量的功能是由加药 系统实现的。４．１配药系统及其实现４．１．１配药系统概述由于该水厂原水的浊度在不同时期或不同情况下变化很大，在浊度低的情 况下，为了降低生产成本采用聚铁进行制水。而在浊度很高时聚铁的制水效果就 不能满足要求了，必须采用效果更好的碱铝进行制水。因此本系统必须具备对两 种药剂进行配置的功能。 在本系统投入使用后，用户只需将聚铁原液装入储药池或将固体碱铝倒进 配药罐，再设置好几个必要的参数系统会自动完成整个配药过程。配药系统组成如图４一ｌ所示。配药罐的作用是把固体碱铝溶解配成高浓度的碱铝溶液，配药罐内安装有搅拌机用来加速固体碱铝的溶解。配药罐配药前需 要人工加入一定量的固体碱铝。然后可以选择手动配药或自动配药两种方式。选 择手动配药时，操作人员可以通过现场ＰＬＣ站的触摸屏或中央控制室的操作员 站和工程师站下达指令控制配药罐进水电磁阀的开关和搅拌机的启停完成配药 过程。选择自动配药时，需要预先设置加水水位和搅拌机搅拌时间，然后在配药 罐中加入适量固体碱铝后发出启动配药罐配药指令。ＰＬＣ会自动打开进水电磁阀 进行加水，当水位上升到豫设值后自动关闭进水电磁阀，同时启动搅拌机搅拌并 开始计时，计时时间到达预设的搅拌时间后停止搅拌机。完成整个配药罐配药过程。当配药罐中的药液使用完毕后系统会发出报警信息，提示相关人员进行重新配药。 １＃、２群储液池是用来存放聚铁原液的。在选择使用聚铁进行制水时需保证 两个储液池中至少一个有药液，并且必须手动打开储药池的出口阀门。 １撑、２＃溶液池是用来配置并存储最终使用的药液的。聚铁原液或配药罐中 的高浓度的碱铝溶液在这里将被进一步稀释成合适的浓度。在使用时两溶液池互为备用，当其中一个处于使用状态时，另一个可以迸行配药，配完药后即进入待 用状态。当正在使用的溶液池中的药液用光时待用的溶液池将立即被调度到使用 状态。为防止配制好的药液长时间放置后水解而影响药液的制水效果，必须在使 用状态的溶液池中溶液用到一定液位后方可开始空溶液池的配药。而这一液位必 须保证使用状态的溶液池的药液使用完以前完成配药过程，以保证加药的连续性。溶液池的控制也可以选择自动和手动两种模式。选择手动模式时，操作人 员可以通过现场ＰＬＣ站的触摸屏或中央控制室的操作员站和工程师站获取两溶 液池液位信息并下达指令控制两个溶液池进水电磁阀和进药球阀的开关完成溶 液池配药过程。另外，选择手动时两溶液池使用状态的切换也必须有操作人员控 制两溶液池出口球阀来切换，开始配药的时机也需要由人为控制。选择自动模式时，操作人员需要设置一些必要的参数，例如：药液原液的浓度（对聚铁来说即是聚铁原液的浓度，对碱铝来说即是配药罐中初配溶液的浓 度），欲配溶液的目标浓度，启动一池配药过程时另一池的液位高度。这些参数 设置好后ＰＬＣ会根据这些参数自动适时进行溶液池使用的切换、适时启动并完成每个溶液池的自动配药过程。 在溶液池自动配药过程开始的时候需根据当时溶液池的液位、药液原液浓 度、目标浓度及溶液池深度计算应加药液原液的高度并存储在内存变量中（假设为Ｍｅｄｉｃｉｏｎ ｌｏｃａｔｉｏｎ）。在自动配药过程开始后首先打开溶液池进药球阀向池中加入药液原液。当池中液位到达预先计算并存储的Ｍｅｄｉｃｉｏｎ ｌｏｃａｔｉｏｎ的值时，关 闭进药球阀并打开溶液池进水电磁阀向溶液池中加水。当池中液位继续上升至溶 液池满时关闭进水电磁阀完成溶液池的配药过程。４．１．２配药系统控制设备的特性配药系统主要控制设备有电磁阀、电动球阀、搅拌机，其各自的运行特性如下所述：１）电磁阀：有一个控制端。当电磁阀在关闭状态时，控制端加电后电磁阀 会慢慢打开，大概３０秒后完全打开。若要保持电磁阀在打开状态，控制端不能 失电。当在打开状态时，控制端失电后电磁阀会慢慢关闭，大概３０秒后完全关 闭。若要保持电磁阀在关闭状态，只要保持控制端不加电即可。电磁阀没有状态 反馈信号送出，其状态只能根据控制信号判断其状态。 ２）电动球阀：有开和关两个控制端，一个状态输出端。当电动球阀在关闭状态时，在开端加电后球阀会慢慢打开，大概３０秒内完全打开，完全打开后球阀在状态输出端送出球阀全开信号（为１）。如果在３０秒后仍没有球阀全开信号 送出则认为开启球阀出现故障，需报警。球阀完全打开后即可撤消开阀控制信号，无须保持，球阀会保持在开状态。当电动球阀在开启状态时，在关端加电后球阀会慢慢关闭，大概３０秒内完全关闭，完全关闭后球阀在状态输出端送出球阀全 关信号（为０）。如果在３０秒后仍没有球阀全关信号送出则认为关闭球阀出现故障，需报警。球阀完全关闭后即可撤消关阀控制信号，无须保持，球阀会保持在关状态。３）搅拌机：有一个控制端和一个状态输出端。控制端加电后搅拌机开始运 行搅拌，失电后停止搅拌。若要使其保持在运行状态必须保持控制端带电。搅拌 机会在状态输出端送出运行或停止信号。如果在控制端加电１０秒后仍没有搅拌机运行信号送出则认为开启搅拌机故障，需报警。如果在控制端失电１０秒后仍没有搅拌机停止运行信号送出则认为停止搅拌机故障，需报警。４．１．３配药控制系统的程序实现配药系统可以分成三个功能模块来实现，即：配药罐配药控制予系统，溶液池配药子系统，溶液池调度子系统。下面将详细论述这三个控制子系统的实现。４．１．３．１配药罐配药子系统１）工艺过程分析。 配药罐配药系统的控制有手动和自动两种控制模式。手动模式时由操 作员控制配药罐进水电磁阀向配药罐中加水及搅拌机的运行。自动模式下进水电 磁阀和搅拌机是由ＰＬＣ控制连动的。操作员设定搅拌机的运行时间后只需发出 配药罐配药启动命令，进水电磁阀会在ＰＬＣ的控制下自动打开进行加水，加水 到位后自动关闭电磁阀，同时启动搅拌机进行搅拌，搅拌至设定时间后自动停止。 在启动搅拌机后如果１０秒钟搅拌机没有运行则认为启动时故障需报警。停止搅 拌机后ｌｏ秒钟搅拌机还在运行则认为停止时故障需报警。２）确定系统的状态组成根据上面的工艺过程分析可确定系统由如下状态组成：ｏｏＯ一初始状态， ０１０一自动停止，０２３一自动电磁阀开，０３２一自动搅拌机启动中，０３４一自动搅拌机运行，０３５一自动停搅拌机动作中１１０一手动停止，１２一手动电磁阀开，１２３一 手动搅拌机启动中，１３４一手动搅拌机运行中，１３３一手动停搅拌机动作中。３）确定各状态之间的关系，作出状态转换图（１）系统启动时的状态转换。系统启动时根据当时选择的控制模式转换到相应状态。选择手动时转换到手动停止状态１１０；选择自动时转换到自动停止状态０１０。（２）自动配药过程中的状态转换。如果系统在自动停止状态０１０时接收到 启动配药命令则启动自动配药过程，转换到０２３自动电磁阀开状态，ＰＬＣ向电磁 阀控制端上电使其打开，开始向配药罐中加水。当配药罐中的水位上升使配药罐 上部的掖位开关闭合时，则认为加水过程完成，ＰＬＣ使电磁阀控制端掉点而关闭，停止向配药罐加水，系统状态转换到０３２自动搅拌机启动中状态，向搅拌机发出启动指令，同时启动计时器进行启动计时。如果在ｌＯ秒内接收到搅拌机运行信号则认为搅拌机已经正常启动转换到０３４自动搅拌机运行状态，同时启动启动计 时器进行运行计时。如果在ｌＯ秒后仍没有接收到搅拌机运行信号则认为启动搅拌机出现故障发出报警信号并转换到０３５自动停搅拌机动作中状态。当系统在０３４自动搅拌机运行状态时，如果搅拌机运行计时到达预设值时则转换到状态０３５自动搅拌机停止动作中状态，同时启动计时器进行停机计时，停搅拌机过程启动。停搅拌机过程启动后如果在１０秒内收到搅拌机停止运行信号则认为搅拌 机已经正常停止，自动配药过程顺利完成，系统转换到状态０１０。如果在１０秒 后仍没有收到搅拌机停止运行信号则认为停止搅拌机出现故障发出报警信号，提 示操作员人工干豫。０００一初始状态， ０１０一自动停止，０２３一自动电磁阀开，０３２一自动搅拌机启动中，０３４一自动搅拌机运行， ０３５一自动停搅拌机动作中 ＩＩＯ一手动停止，１２～手动电磁阀开，１２３一手动搅拌机启动中，１３４一手动搅摔机运行中 １３３一手动停搅拌机动作中图４―２配药罐状态图（３）手动配药过程中的状态转换。当系统在１１０手动停止状态时，如果接 收到开电磁阀命令则转换到１２３手动电磁阀开状态，ＰＬＣ向电磁阀控制端上电使 其打开，开始向配药罐中加水；如果收到启动搅拌机命令则转换到１３２手动搅拌 机启动动作中状态，向搅拌机发出命令以启动搅拌机的运行，同时启动计时器进行启动计时。在状态１２３时如果收到关电磁阀命令则转换到１１０手动停止状态，ＰＬＣ使电磁阀控制端失电使其关闭，停止向配药罐中加水。当系统在１３２状态丑寸如果收到搅拌机运行信号则认为搅拌机已经顺利启动转换到１３３手动搅拌机运行中状态。当启动计时超过１０秒后仍没有收到搅拌机运行信号则认为启动搅拌 机出现故障则转换到１３５手动停止搅拌机动作中，以停止搅拌机的运行，同时发 出启动搅拌机故障报警信号。当系统在１３３手动搅拌机运行中状态时，如果收到 停止搅拌的命令或搅拌Ｂ寸Ｉ＇Ｂ７已到信号则转换到１３５手动停止搅拌机动作中，以停 止搅拌机的运行。每当系统转换到１３５状态时都要启动计时器，进行停止计时。 当系统在１３５状态时如果收到搅拌机已停止信号则转换到１１０手动停止状态；如 果在计时器计时值超过１０秒后仍没有收到搅拌机停止信号则认为停止搅拌机运行时出现故障，需发出报警信号，提示操作人员进行人工干预。（４）控制模式转换时的状态转换。控制模式由自动切换到手动时先切换到手动停止状态。由手动切换到自动时需保证系统在停止状态。当系统在０１０自动停止状态时如果控制模式切换到手动，则转换到１１０手动停止状态。当系统在 ０３２、０３４或０３５状态时先切换到１３５状态停止搅拌机后转换到１１０状态。当系 统在１ｌＯ状态时如果控制模式切换到自动模式则转换到０１０自动停止状态。（５）根据上面所述的状态转换关系画出状态转换图如４―２所示。３）根据状态转换图编写子程序块并在主程序中调用即可实现对配药罐的控制。４．１．３．２溶液池配药子系统１）工艺过程分析。溶液池配药系统的控制有手动和自动两种控制模式。手动模式时由操作员 控制溶液池进水电磁阀向溶液池中加水及控制进药电动球阀向溶液池中加药。自 动模式下进水电磁阀和进药电动球阀是由ＰＬＣ控制连动的。操作员设定药液原 液浓度及目标浓度后只需发出溶液池配药启动命令，进水电磁阀会在ＰＬＣ的控 制下自动打开进行加水，加水到位后自动关闭电磁阀，同时打开进药电动球阀加 药，加药至池满后自动将其关闭。在开进药电动球阀命令发出后如果３０秒钟球 阀仍没有打开则认为开球阀时故障需报警。在关进药电动球阀命令发出后１０秒 钟球阀还没有关闭则认为关球阀时故障需报警。 ２）确定系统的状态组成根据上面的工艺过程分析可确定系统由如下状态组成：ｏｏＯ一初始状态， 叭Ｏ一自动停止，０２１一自动开球阀动作，０２３一自动球阀全开，０２４一自动关球阀动作，０３３～自动电磁阀开１１０一手动停止，１２１一手动开球阀动作，１２３一手动球阀