在許多企業(yè)，軟水處理系統是鍋爐運行不可缺少的重要組成部分，水質(zhì)處理的好壞直接影響的鍋爐的壽命和安全。充分利用先進(jìn)成熟的PROFIBUS現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)實(shí)現軟水處理系統的自動(dòng)控制，是生產(chǎn)和信息化管理的必然途徑。

　　多年來(lái)，PROFIBUS風(fēng)靡全球，成功地應用于制造業(yè)、樓宇、過(guò)程控制和電站自動(dòng)化，PROFIBUS產(chǎn)品在世界市場(chǎng)上被普遍接受，市場(chǎng)占有率超過(guò)40%，年增長(cháng)率20%～30%，目前支持PROFIBUS標準的產(chǎn)品超過(guò)1500多種，分別來(lái)自國際上250多個(gè)生產(chǎn)廠(chǎng)家。在世界范圍內已安裝運行的PROFIBUS設備已超過(guò)200萬(wàn)臺。PROFIBUS是一種國際化、開(kāi)放式、不依賴(lài)于設備生產(chǎn)商的現場(chǎng)總線(xiàn)標準，總線(xiàn)存取協(xié)議是通過(guò)OSI參考模型第二層（數據鏈路層）來(lái)實(shí)現的，它包括了保證數據可靠性技術(shù)及傳輸協(xié)議和報文處理。由PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-DP和PROFIBUS-PA組成了PROFIBUS系列。

　　PROFIBUS-FMS主要用于工廠(chǎng)、樓宇自動(dòng)化的單元級，實(shí)現對變量的訪(fǎng)問(wèn)、程序調用、運行控制及事件管理等；PROFIBUS-DP主要用于現場(chǎng)級的高速數據傳輸、解決自動(dòng)控制系統（如PLC、PC等）通過(guò)高速串行總線(xiàn)與分散的現場(chǎng)設備（I/O、驅動(dòng)器、閥門(mén)等）之間的通信任務(wù)。PROFIBUS-PA是PROFIBUS-DP在保持其通訊協(xié)議的條件下，增加了對現場(chǎng)儀表而言?xún)?yōu)選的傳輸技術(shù)，是PROFIBUS-DP向現場(chǎng)的延伸。

　　1系統控制功能

　　1.1軟水處理系統工藝流程

　　軟水處理系統是基于鈉離子交換原理進(jìn)行工作的，自來(lái)水（要求進(jìn)水壓力在0.2～0.3MPa）經(jīng)軟水處理器處理后進(jìn)入軟水箱，經(jīng)恒壓供水系統送往冷卻循環(huán)水池、冷凍水池和鍋爐房等。在設定好產(chǎn)水量后，打開(kāi)進(jìn)水開(kāi)關(guān)，軟水處理器按4個(gè)過(guò)程循環(huán)工作，如下圖所示：

　　這4個(gè)過(guò)程的完成是通過(guò)對多路閥工作位置的切換來(lái)實(shí)現的：軟水處理器工作至設定產(chǎn)水量后進(jìn)入反洗過(guò)程，反洗T1時(shí)間后進(jìn)入再生過(guò)程；在軟水處理器再生過(guò)程中，軟水處理器通過(guò)虹吸方式從鹽液箱吸入飽和鹽溶液進(jìn)行罐內樹(shù)脂的再生，經(jīng)過(guò)T2時(shí)間再生完成后，進(jìn)入快速沖洗（正洗）過(guò)程，經(jīng)過(guò)T3時(shí)間將罐內的沉淀物清除干凈后，進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)。

　　1.2控制功能

　　為了能夠監測設備的工作狀態(tài)和軟水水質(zhì)的變化情況，保證設備的穩定運行和軟水的保質(zhì)供應，實(shí)現該設備的集中監控，提出如下控制功能：

　　采用可靠性高的SIEMENSS7-300PLC進(jìn)行控制。

　　設置觸摸屏作為現場(chǎng)操作面板，實(shí)現本地顯示和操作。

　　設置電動(dòng)閥和液位計進(jìn)行鹽液箱的液位檢測和控制，以保證鹽液濃度的穩定。

　　實(shí)現軟水器出水流量和硬度的在線(xiàn)檢測。

　　實(shí)現水質(zhì)異常的緊急處理。

　　設置多路閥的運行反饋和出水電磁閥的動(dòng)作反饋，實(shí)現工作過(guò)程可視化。

　　增設變頻管道泵和壓力變送器，實(shí)現進(jìn)水壓力的控制。

　　實(shí)現軟水水箱液位與軟水處理器的聯(lián)鎖控制功能，在水箱滿(mǎn)液位附近時(shí)停止或啟動(dòng)軟水處理器的工作，以保證軟水的穩定供給。

　　實(shí)現遠程監控功能。

　　2系統硬件構成

　　2.1PLC系統

　　PLC系統的輸入信號包括變頻器故障信號、多路閥位置反饋信號、出水閥開(kāi)關(guān)反饋信號、補水閥開(kāi)關(guān)反饋信號、空氣開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)信號、鹽液箱液位、出水流量、進(jìn)水壓力等，輸出包括控制變頻器的啟停和工作頻率、多路閥的通斷、出水閥和補水閥的開(kāi)關(guān)。

　　本系統的可編程序控制器（PLC）選用SIEMENSS7-315PLC，該系列PLC自帶2個(gè)DP接口，功能強，擴展方便，性?xún)r(jià)比好，完全滿(mǎn)足系統控制要求。該PLC作為PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò )主站，處理系統各種數據和工藝動(dòng)作流程，如接收網(wǎng)絡(luò )將控制命令控制設備；將DP從站的信息采集回來(lái)進(jìn)行處理。

　　2.2彩色觸摸屏TP170B

　　為滿(mǎn)足方便現場(chǎng)操作員實(shí)時(shí)、靈活、準確、安全地控制，系統在控制柜上設置了1臺西門(mén)子TP170B觸摸屏作為現場(chǎng)操作面板，通過(guò)DP接口和S7-315相連。不同級別的操作員被授予不同的操作密碼，根據各自的權益進(jìn)行水處理器的啟停、時(shí)間和流量參數的設定。該觸摸屏使用方便、靈活實(shí)現控制命令的輸入及狀態(tài)的監視，且在安裝時(shí)不占用空間，其堅固的防護結構和專(zhuān)業(yè)設計能經(jīng)受現場(chǎng)惡劣環(huán)境的考驗。

　　2.3變頻器

　　變頻器采用DANFOSS2800系列，通過(guò)DP接口和PLC相連，實(shí)現進(jìn)水的恒壓供給，同時(shí)將運行和故障信號通過(guò)DP總線(xiàn)傳送給PLC處理。

　　2.4DP/PACoupler及PA從站

　　DP/PACoupler既是S7-315PLC的從站，又是下位PA儀表的主站，所有PA從站（進(jìn)水壓力、出水流量、出水硬度、液位）信號均通過(guò)PA接口經(jīng)過(guò)DP/PACoupler轉發(fā)給PLC處理。

　　2.5操作員站

　　系統在能源管理中心室設置一臺計算機作為操作員站，用于系統管理和遠程監控，不同級別的操作員被授予不同的操作密碼，根據各自的權益對系統進(jìn)行有效的監控和管理。操作員站與S7-315PLC主站是通過(guò)廠(chǎng)區骨干網(wǎng)（工業(yè)以態(tài)網(wǎng)）傳輸數據。

　　3系統軟件設計

　　3.1上位監控軟件

　　上位機監控軟件采用當今世界通行的工控組態(tài)軟件IntellutionIFIX2.6組態(tài)而成，該軟件功能強大，基于MicrosoftWindows界面，具有VBA腳本編輯功能，程序員可利用軟件自帶的專(zhuān)家系統設計，也可利用VBA腳本編輯功能靈活編程。該軟件分為HMI和SCADA兩部分，HMI具有豐富的圖形庫和繪圖工具，程序員可在此基礎上做出豐滿(mǎn)、動(dòng)感、色彩斑斕的圖形和操作界面；SCADA具有強大的驅動(dòng)功能，可同時(shí)配置八個(gè)驅動(dòng)程序，每個(gè)驅動(dòng)程序可同時(shí)配置任意多同系列的硬件設備。

　　SCADA所具有強大的驅動(dòng)功能可滿(mǎn)足現場(chǎng)任何驅動(dòng)需要。

　　監控軟件設計了管理員登錄功能、授權密碼管理功能、軟水處理系統監控界面、實(shí)時(shí)報警功能和系統管理功能。

　　3.2現場(chǎng)操作面板

　　現場(chǎng)操作面板監控軟件采用SIEMENSHMI組態(tài)軟件ProToolV5.2中文組態(tài)版設計而成。操作員面板是通過(guò)自身所帶的MPI/DP接口與PLC交換數據。監控軟件設計了“口令管理”、“系統監控”、“單機監控”、“系統設定”等畫(huà)面，另外還設計實(shí)時(shí)故障報警等功能。在這里，反洗、再生、正洗時(shí)間設定和產(chǎn)水量、進(jìn)水壓力、PID參數設定全部得到實(shí)現，強制再生只需在輕輕一按即可自動(dòng)判斷實(shí)現再生過(guò)程。

　　3.3PLC程序

　　如圖2所示，軟水處理系統的設備控制都是通過(guò)PLC完成，PLC軟件實(shí)現現場(chǎng)操作員面板和上位機各種控制命令的響應和處理，進(jìn)行變頻泵、多路閥、出水電磁閥、補水電磁閥的控制；同時(shí)采集它們的反饋信號，經(jīng)PLC判斷和處理，將各閥的工作狀態(tài)、軟水處理器運行的各個(gè)階段、出水流量（已處理流量）、鹽水箱液位和進(jìn)水壓力在現場(chǎng)操作面板和上位機上實(shí)時(shí)顯示，實(shí)現處理過(guò)程中故障的自動(dòng)檢測與報警，使運行和操作人員能及時(shí)發(fā)現和處理問(wèn)題，排放不合格水，減少鹽和水的浪費。系統還能夠自動(dòng)儲存停電前的產(chǎn)水量的設定值和剩余水量，能在來(lái)電后自動(dòng)投入運行；在進(jìn)水壓力過(guò)低（或停水）時(shí)暫停工作，并記憶工作位置和處理流量，在進(jìn)水壓力正常后自動(dòng)繼續運行；可根據運行情況選擇單罐運行或組合并聯(lián)運行，并可實(shí)現各罐獨立操作，互不影響。

　　系統根據工藝需要設計了手動(dòng)、自動(dòng)和強制再生3種控制方式，操作員可根據現場(chǎng)情況靈活采用。

　�。�1）手動(dòng)控制

　　系統在手動(dòng)控制方式下，操作員可在現場(chǎng)或中控室方便、靈活地控制每個(gè)閥門(mén)的開(kāi)關(guān)，使多路閥運行到工作、反洗、再生和正洗的任何一個(gè)位置，同時(shí)可實(shí)時(shí)監視返回的狀態(tài)。

　�。�2）自動(dòng)控制

　　系統在自動(dòng)控制方式下，根據模式設定（時(shí)間控制模式、流量控制模式）自動(dòng)判斷進(jìn)行系統的控制。在流量控制模式下，在操作員設定了產(chǎn)水量后，按運行按扭，PLC將根據設定的程序，向多路閥和各電磁閥發(fā)布指令，自動(dòng)完成各個(gè)閥門(mén)的開(kāi)關(guān)，從而按圖1的流程實(shí)現運行、反洗、再生、正洗等各個(gè)工作過(guò)程。這種模式下，系統采用渦輪流量計進(jìn)行產(chǎn)水量的計量和處理流程的控制。

　　為了進(jìn)一步增強系統的可靠性，根據在水壓基本恒定的情況下，時(shí)間與流量成線(xiàn)性關(guān)系，系統增設了時(shí)間控制模式，在流量計出現問(wèn)題時(shí)采用，在該模式下，控制流程同流量控制模式，只需將流量信號用時(shí)間信號替代即可，這里不再贅述。

　�。�3）強制再生

　　在軟水處理器運行過(guò)程中，在發(fā)現出水水質(zhì)不合格而需要罐內樹(shù)脂重新再生時(shí)，可使用強制再生程序。在這種方式下，按下強制再生按扭后，系統將由工作自動(dòng)轉為反洗，經(jīng)過(guò)T1時(shí)間后轉入再生，再生T2時(shí)間后轉入正洗，正洗T3時(shí)間后回到工作位置，完成強制再生過(guò)程。

　　4.結論

　　系統投運以來(lái)，運行結果表明：該系統可靠性高、運行穩定，人機界面好，操作和維修簡(jiǎn)單，各項性能指標均達到了預期要求，保障了軟水的穩質(zhì)和穩定供給。系統遠程監控的實(shí)現，提高了工作效率，降低了人工勞動(dòng)強度，有利于設備的運行和管理。