基于LonWorks水厂前端智能节点的配置与实现

摘要：鉴于目前在水厂的自动控制中，多采用的是用PLC构成的集散式控制系统(Distributed Control System，DCS)。介绍采用现场总线技术(Fieldbus technology)构成全分布式管控一体化网络中前端智能节点的配置与实现。在此，首先介绍底层测控设备的类型与性能参数；进而介绍LonWorks智能节点的组成、性能和开发使用；最后，介绍该控制系统中前端智能节点的配置与实现。
关键词：水厂；现场总线技术；全分布式；管控一体化；智能节点

在《基于LonWorks技术的水厂全分布管控一体化网络研究》一文中，介绍了使用LonWorks现场总线技术构建水厂全分布式管控一体化网络的基本思想和方法。这里，将进一步说明该系统中前端智能节点的组成原理与实现。众所周知，在构建水厂全分布式管控一体化网络时必不可少地用到大量的数据采集与控制设备，这就需要相应的节点控制器与之连接，接收前端检测设备采集到的数据，上传到上位监控机，或者根据上层监控机下发的命令控制前端执行机构的工作。由于该系统是依据全分布式管控一体化的原则构建的，因此这类节点要能设置ID号，支持ISO／OSI的7层协议，除了与底层控制网连接，还能与企业信息网连接。上层授权用户可通过ID号(或IP地址)直接访问底层的每一个节点，与之对话，了解或展示前端测控设备的工作状况，包括数据参数和工作状态图，或者对前端测控设备进行调控。

1 前端测控设备
在水厂的生产流程中，要控制从进水、沉淀、过滤、反冲洗、添加氯化铝、除污、排泥到供(出)水的全过程；要进行液位、温度、浊度、压力、流速／流量、余氯含量、泥土界面等参数的检测。涉及到的控制有电机变频调速、加氯与投药泵计量、电磁阀门开启等。采用的变送器和检测设备，有液位变送器、压力变送器、流量变送器、温度变送器、泥土界面仪和余氯分析仪等；执行机构有电磁阀、继电器、调频电机等。
1)数据采集与执行设备
系统中所用数据采集与执行设备有温度变送器，测量范围0～300℃；HP-420型压力变送器，测量／显示和传送压力和液位，量程0～1Mpa，精度0．05 Mpa；HD1000超声波液位计，测量蓄水池液位，且有数字显示，测量范围0～5 m，满足RS232／485标准；YL-1型余氯分析仪，检测水中的余氯含量，测量范围0～2．5 mg／L，分辨率0．01 mg／L；KVQJ电动调节阀，调节输水管道的通断状态，通过智能节点的模拟通道输出0～40 mA电流信号调节其开启度；浊度测量仪，测量／显示和传送清水池中的浊度，借以调整絮凝池的投药量，测量范围0．001～100 NTU，测量精度±2％NTU，分辨率0．000 1～0．001NTU；漏氯报警仪，对泄漏的氯气进行测量／显示和报警，其传感器安装在现场，通过电缆与值班室内显示(报警)器连接，报警范围0～10ppm；电磁流量计，测量管道流量，按口径测量精度为±0．5％或±1．0％，流速范围0．2～11 m／s(可选)，符合RS485标准；PH测量仪，在线测量水样中的PH值，用以调控加氯与投药量，测量范围0～14PH，测量精度±0．1％；超声波液位差计，测量／显示和传送格栅两边液位差，控制齿爬式格栅去污机运转，清除进水池的漂浮物，测量范围0～6 m，测量精度为±2％量程(或2 mm)；变频电机，在变频器的控制下实现正转、反转、启／停、加速与减速；泥土界面仪，检测沉砂池和絮凝池中的泥砂位置，并给出泥砂分布图谱，计算出泥砂层的高度或厚度，测量范嗣0～5 m，测量精度0．1 m，分辨率0．03 m。
2)变频控制器
变频控制器，用于变频电机调速，选用的是富士FRENIC5000G／P11S型变频器，一种低噪音、高性能、多功能变频器，变频范围0～20 000 Hz，具有模拟／数字量I／O端口，可接收4～20 mADC电流或0～10 VDC电压、脉冲电平和开关量，输出开关量和调频电压。该变频器可采用两种变频工作方式，一种是通过自带的液晶触摸控制面板，键人工作模式和控制命令，使变频器处于自动运行方式；另一种是经RS485端口与PC机连接，再由系统控制程序或组态软件创建人机对话界面和通讯协议，使变频器处于受控运行方式，本系统采用的是后一种方式。
以上设备与智能节点连接，在智能节点和上位机的控制下对水厂中的全部生产流程实施监控。