通過采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)化學(xué)水處理程控系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)

1、引言

隨著火力發(fā)電廠單機(jī)容量的不斷增大，系統(tǒng)越來越復(fù)雜性，出于機(jī)組安全性和使用壽命的考慮，對(duì)水汽品質(zhì)的要求越來越嚴(yán)。實(shí)現(xiàn)化學(xué)水處理設(shè)備的自動(dòng)化，是當(dāng)今電廠化學(xué)水處理技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，其安全性及可靠性更是至關(guān)重要。

受漢新發(fā)電有限公司的委托，本課題組對(duì)該公司原有水處理系統(tǒng)進(jìn)行改造，開發(fā)出基于can總線的化水監(jiān)控系統(tǒng)，將現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用于水處理監(jiān)控系統(tǒng)，全面提高了該系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，使其更有效更可靠更安全的運(yùn)行。此計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)將控制功能徹底下放到現(xiàn)場(chǎng)，降低了安裝成本和維修費(fèi)用。上位機(jī)、下位機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)之間達(dá)到同步控制，實(shí)現(xiàn)有效可靠的遠(yuǎn)距離監(jiān)控及操作，節(jié)約人力資源，提高勞動(dòng)效率，實(shí)現(xiàn)效益最大化。

2、化學(xué)水處理程控系統(tǒng)的硬件組成

系統(tǒng)的硬件構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)由一臺(tái)上位機(jī)和兩臺(tái)下位機(jī)構(gòu)成兩級(jí)集散控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)機(jī)內(nèi)安裝一塊pc can總線板構(gòu)成上位機(jī)，該卡通過can總線與下位機(jī)進(jìn)行通信。下位機(jī)采用std總線驅(qū)動(dòng)方式，由cpu主板、32路光電隔離輸入板、32路光電隔離輸出板、16路12位ａ/ｄ數(shù)據(jù)采集卡、4路12位ｄ/ａ轉(zhuǎn)換卡構(gòu)成。

現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理、過程控制及向上位機(jī)傳送數(shù)據(jù)等任務(wù)由下位機(jī)完成，上位機(jī)負(fù)責(zé)全系統(tǒng)的控制、管理和信息綜合。

3、化學(xué)水處理程控系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)上位機(jī)軟件開發(fā)平臺(tái)選用vc++6.0。整個(gè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，該方案配置體現(xiàn)了分散控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)—即控制功能分散、操作管理集中?？刂乒δ芊稚⒁馕吨到y(tǒng)實(shí)時(shí)響應(yīng)快和系統(tǒng)危險(xiǎn)分散，操作管理集中便于集中管理，方案配置還具有冗余特性。

3.1 上位機(jī)監(jiān)控程序設(shè)計(jì)

本監(jiān)控系統(tǒng)是以微軟公司的windows98/nt/2000為工作平臺(tái)基于vc++6.0開發(fā)出來的。操作人員可向下位機(jī)發(fā)出各種控制命令，同時(shí)將生產(chǎn)過程中各種信息數(shù)據(jù)采集過來，反映在屏幕上的各種畫面中，使操作人員一目了然。整個(gè)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)分為人機(jī)界面的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、實(shí)時(shí)監(jiān)控部分、上下位機(jī)通信、歷史數(shù)據(jù)查詢打印以及報(bào)警項(xiàng)目等六部分。

（1） 人機(jī)界面的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)提供了精美的顯示屏幕、漢字菜單、加速鍵、按鈕等標(biāo)準(zhǔn)的窗口界面對(duì)象，對(duì)一些重要參數(shù)的輸入提供了漢字提示的填表式輸入對(duì)話框，這樣就減少了輸入錯(cuò)誤。

（2） 數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

本系統(tǒng)采用access數(shù)據(jù)庫(kù)，所以在建立數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序之前，首先要使用odbc登錄一個(gè)確定的數(shù)據(jù)庫(kù)文件。登錄以后就可以在程序中對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行讀寫操作。

（3） 實(shí)時(shí)監(jiān)視工藝流程

將整個(gè)工藝流程在監(jiān)控畫面上反映出來，該畫面以虛擬儀表的方式實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)的信息，具有直觀、動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)的效果。在畫面中，我們通過不同的顏色表明設(shè)備的各個(gè)狀態(tài)，畫面流程隨工況的不同而動(dòng)態(tài)變化，使人一目了然。畫面上標(biāo)有系統(tǒng)所有控件，在有模擬量輸入的控件（如陰床電導(dǎo)值、定時(shí)器所余時(shí)間）旁顯示即時(shí)值，供用戶監(jiān)控。還可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。在運(yùn)行過程中發(fā)生異常情況時(shí)，操作員可直接在上位機(jī)按下急停按鈕，設(shè)備立即停止運(yùn)行;操作員也可以在現(xiàn)場(chǎng)直接手動(dòng)操作。

（4） 通信軟件的設(shè)計(jì)

可靠的通信是集散控制系統(tǒng)的命脈。為符合軟件開發(fā)的模塊化、結(jié)構(gòu)化以及系統(tǒng)通信的實(shí)時(shí)性要求，利用windows的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)技術(shù)開發(fā)了上、下位機(jī)間的通信軟件。為提高通信的可靠性，防止數(shù)據(jù)丟失，在上、下位機(jī)之間開始數(shù)據(jù)傳送前，均采用握手信號(hào)設(shè)置。上位機(jī)發(fā)送特征字符，下位機(jī)檢測(cè)、接受并回送同一字符，并由上位機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，只有在應(yīng)答信號(hào)正確時(shí)才開始數(shù)據(jù)傳送，其流程圖如圖1所示。

圖1 上、下位機(jī)數(shù)據(jù)通訊流程圖

軟件編制如下：

do｛//查詢can總線狀態(tài)（1為空閑，0為忙）

ret=can_inquiry_trans（ ）;｝

while（ret==0）;

ret=can_ptrans（（byte）address，sznumber，（lp -byte）szdata）;//發(fā)送特征字符

if（ret==0）

｛messagebox（“數(shù)據(jù)下裝錯(cuò)誤！”，“數(shù)據(jù)下裝”，mb_ok|mb_iconstop）;

return;｝

do｛//查詢有無下位機(jī)返回的數(shù)據(jù)（1為有數(shù)據(jù)，0為無

//數(shù)據(jù)）

ret=can _inquiry_rece（ ）;｝

while（ret==0）;//如果有下位機(jī)返回的數(shù)據(jù)，接收數(shù)據(jù)

ret=can_rece（（lpbyte）＆m_dtype，（ lpbyte）＆m_address，（ lpbyte）＆m_data）;

if（（ret==0fxx00）||（ret==0fxxff））

｛ messagebox （“無數(shù)據(jù)包收到或數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤”，“接收錯(cuò)誤”mb_ok|mb_iconstop）;

return; ｝

for（i=0;i《4;i++） //數(shù)據(jù)包接收正確，處理接收的數(shù)據(jù)

db［250+ｉ］=m_data［i］; //判斷回送的特征字符是否

//與無發(fā)送的特征字符相同

if（?。╩_data［0］==0x61h&&m_data［1］==0x61h&&m_data［2］==m_ptime&& m_data［3］==m_ptemp））

｛ messagebox（“下位機(jī)回送特征字符錯(cuò)誤！”，“特征字符下裝”， mb_ok）;

return; ｝

messagebox （“下位機(jī)回送特征字符正確！”，“在線參數(shù)下裝”， mb_ok）;

（5） 歷史數(shù)據(jù)查詢打印

查詢部分包括歷史數(shù)據(jù)的查詢、顯示，曲線的生成、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和報(bào)表的生成以及打印。

（6） 報(bào)警項(xiàng)目

在監(jiān)控畫面上有報(bào)警標(biāo)志，設(shè)備故障、無閥位反饋信號(hào)或模擬量參數(shù)報(bào)警信息除控制柜有聲光報(bào)警外，上位機(jī)畫面上亦有報(bào)警信號(hào)，同時(shí)在配置的報(bào)警打印機(jī)中即時(shí)打印出來供運(yùn)行人員維修參考。

3.2 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

將控制系統(tǒng)分為四個(gè)大的功能塊：整體投運(yùn)、設(shè)備切換、清洗再生和整體停運(yùn)。

（1） 除鹽水箱水位控制在5～10m，當(dāng)水位低于5m時(shí)，自動(dòng)按流程順序投運(yùn)一套制水設(shè)備（包括一臺(tái)清水泵、兩臺(tái)過濾器、一套一級(jí)除鹽設(shè)備和一臺(tái)混床）;當(dāng)水位低于3m時(shí)，自動(dòng)投運(yùn)另一套制水設(shè)備。當(dāng)水位高于10m時(shí)，進(jìn)入設(shè)備的整體停運(yùn)，將所有設(shè)備按嚴(yán)格的操作順序停運(yùn)后，一級(jí)除鹽設(shè)備進(jìn)行再生。

（2） 運(yùn)行中機(jī)械過濾器達(dá)到規(guī)定過濾時(shí)間要切換到下一臺(tái)備用機(jī)械過濾器。一級(jí)除鹽的切換為陽床出水或陰床出水電導(dǎo)》5μs/cm、中的任何一個(gè)。混床的切換條件為出水導(dǎo)電度大于0.2qus/cm或。

（3） 一級(jí)除鹽運(yùn)行20個(gè)周期后要進(jìn)行大反洗再生，設(shè)計(jì)為全自動(dòng)進(jìn)行。

（4） 混床再生過程間隔時(shí)間長(zhǎng)，故設(shè)計(jì)為半自動(dòng)步序進(jìn)行。

機(jī)械過濾器設(shè)備采用并聯(lián)運(yùn)行布置，運(yùn)行及清洗操作實(shí)行遙控步序操作?；齑苍O(shè)備采用并聯(lián)運(yùn)行布置，運(yùn)行及再生操作實(shí)行遙控點(diǎn)操作。

一級(jí)除鹽設(shè)備采用單元連接方式。陽床出口裝有電導(dǎo)表和硅表監(jiān)督終點(diǎn)，其運(yùn)行和再生操作采用遙控手動(dòng)操作。再生設(shè)備采用計(jì)量箱加噴射器，ctn-1型音頻電磁式酸堿裝置，再生液濃度及中間水箱液位人工調(diào)整。

各項(xiàng)操作由一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)控制，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備手動(dòng)、步操、半自動(dòng)和全自動(dòng)四種操作方式，同時(shí)也可在監(jiān)控系統(tǒng)上用軟件實(shí)現(xiàn)。

4、結(jié)束語

本文將現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用于化學(xué)水處理程控系統(tǒng)上，保證了整套水處理設(shè)備安全、高效、穩(wěn)定運(yùn)行。投入運(yùn)行以來，效果良好，受到用戶的好評(píng)。此系統(tǒng)為國(guó)內(nèi)新建火電廠水處理程控系統(tǒng)設(shè)計(jì)和老火電廠進(jìn)行水處理技術(shù)改造，提供了一種理想解決方案，具有很好的借鑒推廣價(jià)值。