摘要：
本文針對(duì)污水處理系統(tǒng)的主要特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用，闡述了以現(xiàn)場(chǎng)總線和組態(tài)軟件結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)污水處理及監(jiān)管的解決方案。
關(guān)鍵詞：污水處理工藝、現(xiàn)場(chǎng)總線 、力控監(jiān)控系統(tǒng)軟件。
一、系統(tǒng)綜述
污水處理的方法一般有氧化溝法﹑SBR法﹑鼓風(fēng)曝氣法﹑AB法﹑A2O法等工藝方法，針對(duì)不同的工藝需要制定相應(yīng)的控制方案，采用生產(chǎn)管理監(jiān)控級(jí)﹑現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)和就地控制級(jí)三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，要求系統(tǒng)具備在線監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)采集顯示、遠(yuǎn)程自動(dòng)控制和網(wǎng)絡(luò)通訊、檢測(cè)數(shù)據(jù)分析﹑管理、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)及故障報(bào)警等功能。本污水處理項(xiàng)目經(jīng)設(shè)計(jì)，其電氣自控系統(tǒng)以三菱Q系列PLC和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為控制系統(tǒng)主干，并配以人機(jī)界面來(lái)提升操作友好度，同時(shí)通過(guò)安裝在上位工控機(jī)的力控監(jiān)控組態(tài)軟件來(lái)監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求采用集散型控制系統(tǒng)，采取“集中監(jiān)測(cè)，分散控制”的原則，由廠級(jí)中央監(jiān)控工作站和現(xiàn)場(chǎng)分散就地PLC控制站組成全廠工業(yè)控制網(wǎng)。
這是一套完整的面向水處理行業(yè)的自控解決方案，各就地控制站通過(guò)Q-PLC所提供眾多型號(hào)的I/O模塊、AD/DA模塊和高速通訊的人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)控制，而各就地控制站之間通過(guò)已獲得國(guó)標(biāo)認(rèn)證的CC-Link現(xiàn)場(chǎng)總線連接實(shí)時(shí)傳輸重要數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)柔性控制，上位工控機(jī)系統(tǒng)則通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)與控制層連接，采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。該自控解決方案通過(guò)CC-Link現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建了現(xiàn)場(chǎng)控制層和信息管理層的兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是數(shù)據(jù)量大、實(shí)時(shí)性高、可靠性高，而整體造價(jià)便宜。
系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如下：
1、CC-Link現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介
在1996年11月，以三菱電機(jī)為主導(dǎo)的多家公司以"多廠家設(shè)備環(huán)境、高性能、省配線"理念開(kāi)發(fā)、公布和開(kāi)放了現(xiàn)場(chǎng)總線CC-Link，并開(kāi)始正式向市場(chǎng)推出了CC-Link這一全新的多廠商、高性能、省配線的現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)。CC-Link現(xiàn)場(chǎng)總線已于2004年獲得中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/Z的審核，成為為數(shù)不多的在中國(guó)市場(chǎng)上推廣的國(guó)標(biāo)產(chǎn)品。其具備了一些特點(diǎn)：
減少配線，提高效率。CC-Link顯著減少了當(dāng)今復(fù)雜的生產(chǎn)線上的控制線和電源線，更有利于系統(tǒng)維護(hù)。
高速的輸入輸出響應(yīng)，CC-Link實(shí)現(xiàn)了最高為10Mbps的高速通訊速度，輸入輸出響應(yīng)可靠，并且響應(yīng)時(shí)間快，可靠和具有確定性。
CC-Link的最大總延長(zhǎng)距離可達(dá)1.2km(156kbps).另外，通過(guò)使用中繼器（T型分支）或光纖中繼器，可進(jìn)一步延長(zhǎng)傳輸距離，適用于網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)張時(shí)需遠(yuǎn)距離設(shè)置的設(shè)備。
豐富的RAS功能（RAS: Reliability, Availability, Serviceability（可靠性，有效性，可維護(hù)性）。
3、力控監(jiān)控組態(tài)軟件簡(jiǎn)介
率先在國(guó)產(chǎn)組態(tài)軟件中推出完整的軟件冗余和熱備體系，支持分布式網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)，支持多層網(wǎng)絡(luò)冗余，極大的提高了軟件的安全性和穩(wěn)定性。
在支持網(wǎng)絡(luò)冗余體系的國(guó)內(nèi)組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)商中，是性能價(jià)格比最高的軟件。
在國(guó)產(chǎn)軟件廠家中最適合DCS、PLC、RTU、DDC等控制器廠家進(jìn)行監(jiān)控軟件配套，可以在過(guò)程自動(dòng)化、制造自動(dòng)化項(xiàng)目中廣泛應(yīng)用。
分布在網(wǎng)絡(luò)的不同節(jié)點(diǎn)的力控軟件，節(jié)點(diǎn)之間可以任意通訊，構(gòu)成了完整的分布式網(wǎng)絡(luò)體系，由力控軟件組成的C/S和B/S網(wǎng)絡(luò)體系都支持雙網(wǎng)容錯(cuò)切換。
能有效的管理多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，數(shù)據(jù)采用變化傳輸，節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷，故障和容錯(cuò)機(jī)制更完善。
適合企業(yè)信息化的信息集成,軟件不但大數(shù)據(jù)量處理功能，同時(shí)組態(tài)更便捷。
二、自控系統(tǒng)方案說(shuō)明
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用“集中監(jiān)測(cè)，分散控制”的原則構(gòu)建整個(gè)自控系統(tǒng)，其系統(tǒng)拓?fù)鋱D如下。
1、電氣自控部分系統(tǒng)拓?fù)鋱D
2、電氣自控部分系統(tǒng)構(gòu)成
為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，設(shè)計(jì)中采用了CC-Link現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建了現(xiàn)場(chǎng)控制層和信息管理層的兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)控制方案對(duì)整套污水處理系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。中央控制站選用研華工業(yè)控制計(jì)算機(jī)并安裝力控監(jiān)控組態(tài)軟件，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)與就地站控制層通訊連接，采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。各就地控制站通過(guò)Q-PLC所提供眾多型號(hào)的I/O模塊、AD/DA模塊和高速通訊的人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)控制，而各就地控制站之間通過(guò)CC-Link現(xiàn)場(chǎng)總線連接實(shí)時(shí)傳輸重要數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)柔性控制。
3、中央控制站監(jiān)控組態(tài)軟件
力控監(jiān)控組態(tài)軟件集控制技術(shù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人機(jī)界面技術(shù)、圖形技術(shù)于一身，包含動(dòng)態(tài)顯示、報(bào)警、控件、趨勢(shì)、網(wǎng)絡(luò)通訊等組件，用戶只需編寫(xiě)少量的代碼即可生成高質(zhì)量的控制系統(tǒng)。整套系統(tǒng)建設(shè)有多幅實(shí)時(shí)監(jiān)控畫(huà)面，包括系統(tǒng)總貌、提升泵站與除砂池、1#氧化溝、2#氧化溝、二沉池、泥路、加藥脫水間。其通過(guò)指示燈表明設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。在電機(jī)運(yùn)行方式為手動(dòng)時(shí)，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊畫(huà)面下排電機(jī)啟動(dòng)按鈕可遠(yuǎn)程啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。傳感器的瞬時(shí)值依據(jù)實(shí)際安裝位置被分別標(biāo)注到不同的分布工藝流程圖中，其實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)被做成相應(yīng)分布圖的子畫(huà)面，可在分布工藝流程圖中直接點(diǎn)擊按鈕進(jìn)入。整個(gè)軟件界面呈樹(shù)狀排列，查閱、操作簡(jiǎn)便。數(shù)據(jù)庫(kù)是上位機(jī)監(jiān)控軟件的核心所在，因此必須依據(jù)實(shí)際需要首先將其建設(shè)好，然后將各功能模塊進(jìn)行恰當(dāng)?shù)慕M合。實(shí)際編程過(guò)程中在定義變量時(shí)，記錄可設(shè)定為不計(jì)錄、數(shù)據(jù)變化時(shí)記錄和定時(shí)記錄，要根據(jù)實(shí)際情況選擇相應(yīng)的設(shè)置，從而節(jié)省存儲(chǔ)空間。報(bào)表分為實(shí)時(shí)報(bào)表和歷史報(bào)表2種。
三、系統(tǒng)配置說(shuō)明
1．中央控制站
1.1 監(jiān)控組態(tài)軟件
作為整個(gè)系統(tǒng)的核心部分的監(jiān)控組態(tài)軟件則選用力控組態(tài)軟件，該軟件具企業(yè)級(jí)的實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，可從容面對(duì)大數(shù)據(jù)量的監(jiān)控管理。該軟件開(kāi)發(fā)界面友好，由于采用了通訊層-數(shù)據(jù)層-界面層的三層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，整體運(yùn)行性能和穩(wěn)定性都較好。
2．自控1#站。選用三菱Q01CPU，它直接處理的I/O點(diǎn)數(shù)是1024點(diǎn)、程序容量14K步，基本指令處理速度高達(dá)0.10us。它通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸入輸出模塊和模擬量輸入輸模塊采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)并根據(jù)PLC程序判斷控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，并配以GOT900系列觸摸屏人機(jī)界面通方便現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀況，提升操作友好度。通過(guò)CC-Link主站模塊分別與自控2#站和自控3#站實(shí)時(shí)通訊，并通過(guò)串行通訊模塊與上位工控機(jī)實(shí)時(shí)通訊。這種雙層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)還可方便地實(shí)現(xiàn)柔性化控制，即在運(yùn)行一段時(shí)期后，若工藝要求發(fā)生變化時(shí)，可通過(guò)上位工控軟件的參數(shù)設(shè)定傳遞到各相關(guān)的就地控制站從而方便地實(shí)現(xiàn)工藝調(diào)整。
3．自控2#站。也選用三菱Q01CPU，它直接處理的I/O點(diǎn)數(shù)是1024點(diǎn)、程序容量14K步，基本指令處理速度高達(dá)0.10us。它通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸入輸出模塊和模擬量輸入輸模塊采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)并根據(jù)PLC程序判斷控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，通過(guò)CC-Link主站模塊與自控1#站和自控3#站實(shí)時(shí)通訊。
1#遠(yuǎn)程站。選用三菱Q00CPU，它直接處理的I/O點(diǎn)數(shù)是1024點(diǎn)、程序容量8K步，基本指令處理速度高到0.16us。它通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸入輸出模塊和模擬量輸入輸模塊采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)并根據(jù)PLC程序判斷控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，并配以GOT900系列觸摸屏人機(jī)界面通方便現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀況，提升操作友好度。通過(guò)CC-Link主站模塊分別與自控1#站和自控2#站實(shí)時(shí)通訊。
四、結(jié)束語(yǔ)
現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與監(jiān)控軟件技術(shù)在該項(xiàng)目的綜合運(yùn)用，有效的實(shí)現(xiàn)了整個(gè)污水處理廠的管控一體化，對(duì)工廠的運(yùn)營(yíng)穩(wěn)定性帶來(lái)了很大幫助，也大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)，該系統(tǒng)整體造價(jià)不高，不失為現(xiàn)代污水處理項(xiàng)目的一種理想選擇。
作者簡(jiǎn)介：石良榮 男 從事水處理行業(yè)10余年，負(fù)責(zé)過(guò)2個(gè)水廠（10萬(wàn)噸/日）自控系統(tǒng)建設(shè)，以及大樓弱電系統(tǒng)建設(shè)，多次參與水廠自控系統(tǒng)改造。
（轉(zhuǎn)載）
