OPTO 22前端分布式智能I/O系統在水廠自動化中的應用

國內近期建設的水廠所采用的自動化系統大都基于PLC。我們經過多年的探索和實踐，向大家推薦一套有較高性能價格比的自動化系統：美國OPTO 22（奧圖） 公司基于工業現場總線的"前端分布式智能I/O系統"的解決方案。
　　
　　水廠的自動化系統，采用的結構一般都是以車間為單位設立子站，子站一般采用PLC，它們之間通過專用網絡聯接，網絡中心設備及廠級監控配置的PC放在水廠的中心監控室。這種連接方法的一個缺點是現場的I/O信號線還是要集中拉到PLC子站處，信號電纜經長距離并大量集中在一起，不但大大增加了信號電纜布線的工程量，而且使信號受到干擾的可能性加大，以后系統維護的工作量也相應增大。現在有的PLC系統也在子站PLC下再接一層子PLC，但這種缺點還是沒有完全克服。
　　
　　我們推薦的方案是采用三層的結構方式。首先在水廠廠區范圍內布置一套以太網，用于車間子站與中心監控站及其它子站的通訊。當今世界上網絡采用以太網的占了絕大多數，以太網的技術飛速發展，已從前幾年的10M發展到100M甚至1000M，而且價格也下降得很快。在水廠采用以太網結構，不僅能緊跟世界科技發展的潮流，而且具有很好的性能價格比，與水司的辦公自動化網絡能很好結合。以太網可以采用的介質有細纜、粗纜、雙絞線或光纖，我們建議使用光纖，因為光纖的抗干擾性卓越、通訊距離長以及升級的方便。 方案以車間為單位設立子站，配置PC連接底層I/O，監控子站范圍內的儀表設備的運行及生產過程，并負責與廠級上位機的通訊，還可以通過網絡觀察其它子站的情況。子站的底層I/O采用基于工業現場總線方式的"前端分布式智能I/O系統"，通過工業現場網絡(通常是采用RS-485串行通訊協議的一對雙絞線)將前端I/O單元分散到工業現場的設備或儀表附近，這樣不但大大地削減了現場到I/O之間一一對應的連接導線，節約了自控系統的安裝費用，將信號受干擾的可能性降至最低，還使用戶在以后的維護、擴展都十分方便。
　　
　　美國OPTO 22公司的OPTOMUX、MISTIC及SNAP I/O系統就是這樣典型的"前端分布式智能I/O系統"，子站PC通過一條雙絞線用串行通訊RS-485方式連接多個OPTO SNAP控制器(連接的方式還可以采用ETHERNET、ARCNET網絡通訊方式)；SNAP的控制器再通過一條雙絞線RS-485與分布在現場的諸多前端分布式智能I/O單元相連(連接的方式同樣還可以采用ETHERNET、ARCNET網絡通訊方式)；前端分布式智能I/O單元是由一個帶處理器的I/O接口板加一個模塊安裝底板構成，底板上可根據需要插上各式各樣的I/O模塊。相對于PLC而言，OPTO 22解決方案的主要特點是前端分布式智能I/O。通過一條雙絞線以RS-485的串行通訊，就可以將前端I/O單元分散到工業現場的設備或儀表附近。前端I/O單元的I/O模塊是單點單通道的，任何一點的失效，都不影響系統及其它I/O，而且I/O模塊可進行帶電拔插，I/O接口板也可帶電拔插，因此在更換它們時無需斷電停機，進一步提高了系統的可維護性。在前端I/O單元的模塊安裝底板上，開關量(DI、DO)和模擬量(AI、AO)模塊可以混裝，使得可根據不同現場的不同信號需求進行靈活而貼切的配置，進一步降低成本。
　　
　　控制系統軟件采用OPTO22公司所提供的FactoryFloor軟件套件，該軟件包括OptoControl、OptoDisplay、OptoServer、OptoConnect、OptoRuntimePC多個部分，一并完成了控制、人機界面、數據庫連接等多方面的任務，我們不但得到了優異的控制性能、豐富的人機界面，還很容易的將現場的控制信號數據有效而及時的傳送給了水司的管理網，讓水司的MIS系統第一時間了解了現場設備的運行情況。由于我們采用了同一家公司的軟硬件產品，在調試過程中，非常方便、容易，從沒遇到以前經常碰到的軟件通訊方面的問題。
　　
　　應用實例
　　★ 深圳市大涌水廠建成的計算機自控系統就是使用了OPTO 22早期的OPTOMUX系統，已經過四年可靠穩定運行。在大涌水廠除了一些進口的加氯機和水質檢測儀表外，其余全是國產的制水設備。水廠自控系統的運行，實現了車間無人值守，提高了全廠生產組織和調度指揮水平，促進了設備完好，保證了出廠水質，降低了制水消耗，為水廠帶來了顯著的社會效益和年約200萬元的直接經濟效益。面向國產制水設備的水廠自控系統達到這一程度是不多見的
　　
　　★ 深圳市東湖水廠采用了最新的OPTO 22的SNAP系列的I/O作為自控系統的基礎，在水廠進行工藝設備改造的同時進行自控系統配套。水廠改造過程中選用了一些較先進的智能儀表和設備，比如送水泵電機、軸承的溫度巡檢儀----用一個儀表檢測十幾個溫度點，可節省不少費用。這種溫度巡檢儀帶有RS-485串行接口輸出，而用SNAP的控制器與它相連，在不多花一分錢的情況下，就能檢測水泵的十幾個溫度值。再如水廠的Siemens高村配電柜上有一個綜合保護器，使用SNAP的RS-485串行通訊方式與之相連，得到了各種配電方面的保護信號如：過流保護、短路保護、負相序保護等等。OPTO 22與各種帶有串行通訊接口的智能儀表、設備能很方便地集成，使我們在選用先進的儀表、設備時的選擇范圍廣泛，這樣在建設水廠時，就可以選用各種性能價格比最優者，提高水廠的先進性并降低造價。