摘 要：針對水廠凈化車間濾池生產工藝及要求，設計了一套以ControlNet為主的包括羅克韋爾（Rockwell）自動化NetLinx三層網絡的水廠濾池自動控制系統。系統采用了Rockwell的ControLogix5550作為可編程控制器，借助ControlNet和Ethernet平臺，采用RSView32監控組態軟件，實現了水廠濾池在各種模式下的自動運行及不同模式間的切換。 關鍵詞：ControlNet, ControLogix, 羅克韋爾，自動控制 Abstract: According to the techniques and requirements of the filters in water plant, a automatic control system of filters in water plant is designed based on ControlNet and Rockwell Automation NetLinx three layer network, which uses ControLogix 5550 as the controller, ControlNet and EtherNet as the communication network, RSView as the supervisory configuration software, to realize the automatic work under each mode and the automatic switch among different modes of filters in the whole plant. Keyword: ControlNet, ControLogix, Rockwell，automation 1.引言 　　水廠生產工藝復雜、質量要求嚴格。我國現有的絕大部分水廠生產線工藝設備落后，生產過程控制水平低下，自動化程度不高，大部分操作要通過操作員的控制來實現。天津某水廠也是在原有設備的基礎上進行擴建。并在擴建工程中應用了SCADA系統，實現了整個水處理生產過程的自動控制。 　　羅克韋爾自動化的AB可編程控制器（PLC）及其監控組態軟件RSView32已經在國內水處理行業有了廣泛的應用[1]。天津某水廠的擴建項目中也采用了羅克韋爾新一代控制器ControlLogix5550作為主控制器，用RSView32編制人機界面，并在此基礎上組建了羅克韋爾公司的ControlNet為主的現場總線控制網絡，以實現水廠濾池的自動控制。 2.水廠監控系統構成 　　水廠濾池控制系統從屬于水廠監控系統。整個水廠網絡監控系統包括一個中心控制站、三個系統監控點和八個PLC控制站。其中中心控制站位于中心控制室，控制室配備兩臺工控機作為操作員站，一臺工控機作為工程師站;三臺工控機作為系統監控點安裝在現場;PLC1控制站—PLC6控制站位于凈化車間內;PLC7控制站位于加氯間;PLC8控制站位于加氨間。 　　整個水廠的輸入/輸出信息量大，對系統功能要求高。中控室各監視站以及現場監測點的工控機不僅僅是對單一站點進行檢測，而是要對整個系統進行監控。以PLC和計算機為核心的信息處理機制將完成對綜合信息的管理、生產過程的監視、調度和控制。在此基礎上，系統以Rockwell A-B品牌的系列ControlLogix系列產品為核心，采用了包含NetLinx的所有三層網絡（即信息網、控制網、設備網）的混合體系結構。因此整個系統也按照上述三層進行架設。 　　2.1 信息層 　　信息層采用EtherNet/IP 網絡，主要用于連接一個工程師站、兩個操作員站以及三個現場監控點。其中兩個操作員站工控機通過PCIC網卡連接到控制層，其他工控機利用EtherNet信息傳遞，通過操作員站間接進入ControlNet網，對整個系統進行監控。采用這種方法不僅實現了計算機與控制器之間的大量信息的高速交換，對生產過程進行監控，還可以進一步用于組建企業信息網[2-3]。 　　2.2 控制層 　　控制層采用高速、確定的ControlNet現場網絡，實現控制器之間的通信以及對遠程擴展I/O的控制[4-5]。現場控制站（即各PLC控制站）和中控室兩臺操作員站工控機通過同軸電纜采用ControlNet網絡協議相連，實現控制信號的高速傳輸。PLC控制站的各PLC自動監測各工藝段設備的運行狀態、儀表的參數變化等現場信息，并對設備進行自動控制。系統的8個PLC控制站是按照工藝要求設立的，其中PLC5控制站監控No.1-No.5 、No.12-No.16濾池;PLC6控制站監控No.6-No.11、No.17-No.22濾池;PLC3控制站負責濾池公共沖洗設備的控制以及濾池沖洗排隊。 　　2.3 設備層 　　設備層采用高效、低價的DeviceNet網絡，實現對底層現場設備的監控[5]。設備層連接分布于水廠各處的傳感器和執行機構，將變頻器、儀表等直接采用總線電纜連接，實現了數字和模擬量輸入/輸出模塊及可編程控制器PLC之間的數據數字化傳輸，把I/O信號通道分散到實際需要的現場設備附近，減少了安裝和布線費用，節省了成本[6]。 3. 濾池監控系統 　　濾池位于凈化車間內，本系統共有22個快速重力過濾池用來清除水中從凈化階段帶來的少量的殘留固體。每個濾池都包括進水閥、清水閥、水沖閥、排水閥、氣沖閥、排氣閥、液位計、壓差計和流量計等設備。濾池上位監控畫面如圖1所示。 [align=center] 圖1 濾池上位監控畫面[/align] 　　每個濾池運行模式分為不服務模式、過濾模式和沖洗模式三種，并可以通過上位操作或是運行需求自動在三種模式之間自動切換，濾池切換控制流程圖如圖2示。 [align=center] 圖2 濾池切換控制流程圖[/align] 　　3.1 不服務模式 　　不參與過濾的濾池運行在該模式下，此時所有的閥都關閉。在過濾模式或是沖洗模式下的濾池，如果出現故障或上位的進入不服務命令，會自動關閉所有的閥門，進入不服務模式，并對各閥門是否關閉進行確認。 　　2.2 過濾模式 　　過濾模式可以直接由不服務模式或是沖洗模式進入。在不服務模式下，收到進入過濾模式命令時，濾池首先經過“慢速啟動階段”和“中間沉淀物階段”打開進水閥和清水閥，最后進入過濾模式。在沖洗模式下，經過沖洗各階段后，最后也進入過濾模式。另外在沖洗模式下，如果有返回過濾模式指令，濾池可在“向下排水”階段開始之前或是“慢速啟動”階段之后進入過濾模式。 　　在過濾模式下，PLC使用PID調節濾池清水閥的開度，使濾池出水流量達到由進水渠制定的濾池出水流量設定值。PLC監控每個濾池的水位，將測得的瞬時值顯示在SCADA上。 　　3.3 沖洗模式 　　濾池的沖洗全都由PLC自動控制完成，并且所有的22個濾池公用一套沖洗設備，即兩臺鼓風機和三臺沖洗水泵。濾池要進行沖洗，首先通過沖洗請求進入沖洗排隊隊列，最后從隊列中得到沖洗信號后，才開始進入沖洗模式 （這部分詳細控制由濾池排隊沖洗系統去執行）。濾池的整個沖洗過程分為以下幾個階段，濾池沖洗過程控制流程如圖3所示。 [align=center] 圖3 沖洗過程控制流程圖[/align] 　　（1）向下排水 　　由過濾模式進入沖洗模式的向下排水階段，濾池的過濾運行時間計時被清零。濾池進水閥按照關閉時間和延遲關閉時間進入關閉階段。對濾池的水位進行監控，仍使用過濾模式下的PID調節控制濾池清水閥的開度，讓剩余的水繼續過濾。 　　水位降到排水位時，關閉濾池清水閥，開放濾池排水閥和氣沖閥。并確認污水池是否有充足的容量。 　　（2）氣沖 　　當污水池的容量已經充足時，進入氣沖階段，啟動鼓風機。確認鼓風機運行后，開始計時濾池氣沖時間。當濾池氣沖時間到時，進入氣水聯合沖洗階段。 　　（3）氣水聯合沖洗 　　開水沖閥，啟動低速水沖洗流程（即啟動一臺沖洗水泵）。氣水聯合沖洗時間開始計時，并監控濾池水位。當濾池水位達到“低速沖洗”水位或氣水聯合沖洗時間超過最大設定值，關閉鼓風機。關閉濾池氣沖閥，開啟濾池排氣閥。 　　（4）排氣 　　確認濾池氣沖閥關閉和濾池排氣閥開放后，排氣時間和高速水沖洗延遲時間開始計時。當高速水沖洗延遲時間到設定值，進入高速水沖洗階段。當排氣時間到設定值，關閉濾池排氣閥。 　　（5）高速水沖洗 　　高速水沖延遲時間到時后，啟動高速水沖流程（即啟動兩臺沖洗水泵），開始累計高速沖洗水流量，達到設定值，關閉已啟動的兩臺沖洗水泵。關閉濾池水沖閥和濾池排水閥。 　　（6）濾池重新填充和中間沉淀物 　　確認濾池水沖閥和濾池排水閥關閉后，按照重行填充時間和中間沉淀時間開放濾池進水閥。 　　（7）慢速啟動 　　確認濾池進水閥開放，重新開始清水閥的流量控制。流量控制值按設定斜率逐漸增大。當濾池流量控制值達到由進水渠決定的PID控制值，沿用由進水渠決定的PID控制值繼續調節出水流量。濾池進入過濾模式，過濾運行時間開始重新計時。 4.結束語 　　本文的創新點是：基于ControlNet網絡的水廠濾池自動控制系統用于水廠的擴建和改造，實現濾池部分的數據集中監控和管理的信息化。再加上整個系統具有較高的可靠性、穩定性，水廠可以節省大量的操作員，只需要很少的人值守就可以保證系統的正常運轉。羅克韋爾自動化ControLogix系列PLC在該水廠的應用，不僅促進了該地區的經濟快速健康發展、提高了城鎮居民的生活質量，而且對該地區水處理事業的發展具有重大意義。 參考文獻 　　[1] 衡軍山,甄成剛.基于軟件的雙CPU冗余控制研究[J].2005.7. 21（7-1）.Pp. 59-61. 　　[2] W.Bolton.Programmable Logic Controllers[M]., Third Edition. Prentice Hall.2004.3.Pp.15-25. 　　[3] 王衛兵.PLC系統通信擴展與網絡互連技術[M].北京：機械工業出版社.2005.3.Pp.1-20. 　　[4] Jon Stenerson. Programming PLCs Using Rockwell Automation Controllers[M]. Prentice Hall.2003.3. Pp.21-25. 　　[5] 賈愛民,王玉.Rockwell A-B可編程序控制器的編程. 北京：機械工業出版社1999.3.Pp.11-20 　　[6] 王勇.太原呼延凈水廠自動控制系統[J].羅克韋爾自動化“A-B世紀杯”集成架構產品應用.2004.1.Pp.292-296