現(xiàn)場(chǎng)總線和組態(tài)軟件技術(shù)在污水處理項(xiàng)目的應(yīng)用

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。

Abstract:

　　This article describes that how to achieve the solution of the sewage treatment and control by combining the field bus and the software ,which is in view of the main features of the sewage treatment system and the practical application.

Key words:

Sewage treatment craft,field bus,strength control moniter system software

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(xiāo)，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。

參考文獻(xiàn)：（略）

　　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。