現場總線和組態軟件技術在污水處理項目的應用

摘要：

　　本文針對污水處理系統的主要特點，結合實際工程應用，闡述了以現場總線和組態軟件結合來實現污水處理及監管的解決方案。

關鍵詞：污水處理工藝、現場總線 、力控監控系統軟件。

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、系統綜述

　　污水處理的方法一般有氧化溝法﹑SBR法﹑鼓風曝氣法﹑AB法﹑A2O法等工藝方法，針對不同的工藝需要制定相應的控制方案，采用生產管理監控級﹑現場控制級和就地控制級三層網絡結構，要求系統具備在線監測及數據采集顯示、遠程自動控制和網絡通訊、檢測數據分析﹑管理、系統監測及故障報警等功能。本污水處理項目經設計，其電氣自控系統以三菱Q系列PLC和網絡系統為控制系統主干，并配以人機界面來提升操作友好度，同時通過安裝在上位工控機的力控監控組態軟件來監控整個系統的運行狀況。該系統設計要求采用集散型控制系統，采取“集中監測，分散控制”的原則，由廠級中央監控工作站和現場分散就地PLC控制站組成全廠工業控制網。

　　這是一套完整的面向水處理行業的自控解決方案，各就地控制站通過Q-PLC所提供眾多型號的I/O模塊、AD/DA模塊和高速通訊的人機界面實現現場實時控制，而各就地控制站之間通過已獲得國標認證的CC-Link現場總線連接實時傳輸重要數據實現柔性控制，上位工控機系統則通過工業以太網絡與控制層連接，采集實時數據并監控整個系統的可靠運行。該自控解決方案通過CC-Link現場總線和工業以太網絡構建了現場控制層和信息管理層的兩層網絡結構，其特點是數據量大、實時性高、可靠性高，而整體造價便宜。

系統拓撲結構圖如下：

　　1、CC-Link現場總線簡介

　　在1996年11月，以三菱電機為主導的多家公司以"多廠家設備環境、高性能、省配線"理念開發、公布和開放了現場總線CC-Link，并開始正式向市場推出了CC-Link這一全新的多廠商、高性能、省配線的現場網絡。CC-Link現場總線已于2004年獲得中國國家標準GB/Z的審核，成為為數不多的在中國市場上推廣的國標產品。其具備了一些特點：

　　減少配線，提高效率。CC-Link顯著減少了當今復雜的生產線上的控制線和電源線，更有利于系統維護。

　　高速的輸入輸出響應，CC-Link實現了最高為10Mbps的高速通訊速度，輸入輸出響應可靠，并且響應時間快，可靠和具有確定性。

　　CC-Link的最大總延長距離可達1.2km(156kbps).另外，通過使用中繼器（T型分支）或光纖中繼器，可進一步延長傳輸距離，適用于網絡擴張時需遠距離設置的設備。

豐富的RAS功能（RAS: Reliability, Availability, Serviceability（可靠性，有效性，可維護性）。

　　3、力控監控組態軟件簡介

　　率先在國產組態軟件中推出完整的軟件冗余和熱備體系，支持分布式網絡訪問，支持多層網絡冗余，極大的提高了軟件的安全性和穩定性。

　　在支持網絡冗余體系的國內組態軟件開發商中，是性能價格比最高的軟件。

　　在國產軟件廠家中最適合DCS、PLC、RTU、DDC等控制器廠家進行監控軟件配套，可以在過程自動化、制造自動化項目中廣泛應用。

　　分布在網絡的不同節點的力控軟件，節點之間可以任意通訊，構成了完整的分布式網絡體系，由力控軟件組成的C/S和B/S網絡體系都支持雙網容錯切換。

　　能有效的管理多個網絡節點狀態，數據采用變化傳輸，節省了網絡開銷，故障和容錯機制更完善。

　　適合企業信息化的信息集成,軟件不但大數據量處理功能，同時組態更便捷。

二、自控系統方案說明

　　根據設計要求，采用“集中監測，分散控制”的原則構建整個自控系統，其系統拓撲圖如下。

1、電氣自控部分系統拓撲圖

　　2、電氣自控部分系統構成

　　為了保證系統的穩定性和可靠性，設計中采用了CC-Link現場總線和工業以太網絡構建了現場控制層和信息管理層的兩層網絡結構控制方案對整套污水處理系統進行監控。中央控制站選用研華工業控制計算機并安裝力控監控組態軟件，通過工業以太網絡與就地站控制層通訊連接，采集實時數據并監控整個系統的可靠運行。各就地控制站通過Q-PLC所提供眾多型號的I/O模塊、AD/DA模塊和高速通訊的人機界面實現現場實時控制，而各就地控制站之間通過CC-Link現場總線連接實時傳輸重要數據實現柔性控制。

　　3、中央控制站監控組態軟件

　　力控監控組態軟件集控制技術、實時數據庫技術、網絡技術、人機界面技術、圖形技術于一身，包含動態顯示、報警、控件、趨勢、網絡通訊等組件，用戶只需編寫少量的代碼即可生成高質量的控制系統。整套系統建設有多幅實時監控畫面，包括系統總貌、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。其通過指示燈表明設備運行狀態。在電機運行方式為手動時，用鼠標點擊畫面下排電機啟動按鈕可遠程啟動現場設備。傳感器的瞬時值依據實際安裝位置被分別標注到不同的分布工藝流程圖中，其實時數據和歷史數據被做成相應分布圖的子畫面，可在分布工藝流程圖中直接點擊按鈕進入。整個軟件界面呈樹狀排列，查閱、操作簡便。數據庫是上位機監控軟件的核心所在，因此必須依據實際需要首先將其建設好，然后將各功能模塊進行恰當的組合。實際編程過程中在定義變量時，記錄可設定為不計錄、數據變化時記錄和定時記錄，要根據實際情況選擇相應的設置，從而節省存儲空間。報表分為實時報表和歷史報表2種。

三、系統配置說明

　　1．中央控制站

　　1.1 監控組態軟件

　　作為整個系統的核心部分的監控組態軟件則選用力控組態軟件，該軟件具企業級的實時歷史數據庫，可從容面對大數據量的監控管理。該軟件開發界面友好，由于采用了通訊層-數據層-界面層的三層結構設計，整體運行性能和穩定性都較好。

　　2．自控1#站。選用三菱Q01CPU，它直接處理的I/O點數是1024點、程序容量14K步，基本指令處理速度高達0.10us。它通過開關量輸入輸出模塊和模擬量輸入輸模塊采集現場信號并根據PLC程序判斷控制現場設備，并配以GOT900系列觸摸屏人機界面通方便現場監控系統運行狀況，提升操作友好度。通過CC-Link主站模塊分別與自控2#站和自控3#站實時通訊，并通過串行通訊模塊與上位工控機實時通訊。這種雙層網絡結構還可方便地實現柔性化控制，即在運行一段時期后，若工藝要求發生變化時，可通過上位工控軟件的參數設定傳遞到各相關的就地控制站從而方便地實現工藝調整。

　　3．自控2#站。也選用三菱Q01CPU，它直接處理的I/O點數是1024點、程序容量14K步，基本指令處理速度高達0.10us。它通過開關量輸入輸出模塊和模擬量輸入輸模塊采集現場信號并根據PLC程序判斷控制現場設備，通過CC-Link主站模塊與自控1#站和自控3#站實時通訊。

　　1#遠程站。選用三菱Q00CPU，它直接處理的I/O點數是1024點、程序容量8K步，基本指令處理速度高到0.16us。它通過開關量輸入輸出模塊和模擬量輸入輸模塊采集現場信號并根據PLC程序判斷控制現場設備，并配以GOT900系列觸摸屏人機界面通方便現場監控系統運行狀況，提升操作友好度。通過CC-Link主站模塊分別與自控1#站和自控2#站實時通訊。

四、結束語

　　現場總線技術與監控軟件技術在該項目的綜合運用，有效的實現了整個污水處理廠的管控一體化，對工廠的運營穩定性帶來了很大幫助，也大大降低了工人的勞動強度。同時，該系統整體造價不高，不失為現代污水處理項目的一種理想選擇。

參考文獻：（略）

　　作者簡介：石良榮 男 從事水處理行業10余年，負責過2個水廠（10萬噸/日）自控系統建設，以及大樓弱電系統建設，多次參與水廠自控系統改造。