現(xiàn)場總線和組態(tài)軟件技術(shù)在污水處理項目的應(yīng)用
　　the application of the technology of the field bus and the software in the sewage treatment project
　　杭州蕭山自來水公司 石良榮
　　作者簡介
　　姓名：石良榮
　　性別：男
　　工作單位：杭州蕭山自來水公司（不是 杭州市蕭山自來水公司）
　　部門：總師辦 工程師
　　工作：信息管理
　　聯(lián)系地址：杭州市蕭山區(qū)金城路1034號 1703房間
　　聯(lián)系電話：0571-82828296
　　手機：013868134009
　　郵編：311202
　　郵箱：hz_slr@163.com
　　摘要：
　　本文針對污水處理系統(tǒng)的主要特點，結(jié)合實際工程應(yīng)用，闡述了以現(xiàn)場總線和組態(tài)軟件結(jié)合來實現(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﹑現(xiàn)場控制級和就地控制級三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，要求系統(tǒng)具備在線監(jiān)測及數(shù)據(jù)采集顯示、遠程自動控制和網(wǎng)絡(luò)通訊、檢測數(shù)據(jù)分析﹑管理、系統(tǒng)監(jiān)測及故障報警等功能。本污水處理項目經(jīng)設(shè)計，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(jiān)控組態(tài)軟件來監(jiān)控整個系統(tǒng)的運行狀況。該系統(tǒng)設(shè)計要求采用集散型控制系統(tǒng)，采取"集中監(jiān)測，分散控制"的原則，由廠級中央監(jiān)控工作站和現(xiàn)場分散就地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(xiàn)現(xiàn)場實時控制，而各就地控制站之間通過已獲得國標(biāo)認(rèn)證的CC-Link現(xiàn)場總線連接實時傳輸重要數(shù)據(jù)實現(xiàn)柔性控制，上位工控機系統(tǒng)則通過工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)與控制層連接，采集實時數(shù)據(jù)并監(jiān)控整個系統(tǒng)的可靠運行。該自控解決方案通過CC-Link現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建了現(xiàn)場控制層和信息管理層的兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其特點是數(shù)據(jù)量大、實時性高、可靠性高，而整體造價便宜。
　　系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)圖如下：

　　1、CC-Link現(xiàn)場總線簡介
　　在1996年11月，以三菱電機為主導(dǎo)的多家公司以"多廠家設(shè)備環(huán)境、高性能、省配線"理念開發(fā)、公布和開放了現(xiàn)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(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)。CC-Link現(xiàn)場總線已于2004年獲得中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/Z的審核，成為為數(shù)不多的在中國市場上推廣的國標(biāo)產(chǎn)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(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。
　　高速的輸入輸出響應(yīng)，CC-Link實現(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(wǎng)絡(luò)擴張時需遠距離設(shè)置的設(shè)備。
　　豐富的RAS功能（RAS: Reliability, Availability, Serviceability（可靠性，有效性，可維護性）。
　　3、力控監(jiān)控組態(tài)軟件簡介
　　率先在國產(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，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)冗余體系的國內(nèi)組態(tài)軟件開發(fā)商中，是性能價格比最高的軟件。
　　在國產(chǎn)軟件廠家中最適合DCS、PLC、RTU、DDC等控制器廠家進行監(jiān)控軟件配套，可以在過程自動化、制造自動化項目中廣泛應(yīng)用。
　　分布在網(wǎng)絡(luò)的不同節(jié)點的力控軟件，節(jié)點之間可以任意通訊，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)容錯切換。
　　能有效的管理多個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點狀態(tài)，數(shù)據(jù)采用變化傳輸，節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)開銷，故障和容錯機制更完善。
　　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，同時組態(tài)更便捷。
　　二、自控系統(tǒng)方案說明
　　根據(jù)設(shè)計要求，采用"集中監(jiān)測，分散控制"的原則構(gòu)建整個自控系統(tǒng)，其系統(tǒng)拓撲圖如下。
　　1、電氣自控部分系統(tǒng)拓撲圖

　　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)計中采用了CC-Link現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建了現(xiàn)場控制層和信息管理層的兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)控制方案對整套污水處理系統(tǒng)進行監(jiān)控。中央控制站選用研華工業(yè)控制計算機并安裝力控監(jiān)控組態(tài)軟件，通過工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)與就地站控制層通訊連接，采集實時數(shù)據(jù)并監(jiān)控整個系統(tǒng)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(xiàn)現(xiàn)場實時控制，而各就地控制站之間通過CC-Link現(xiàn)場總線連接實時傳輸重要數(shù)據(jù)實現(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)、實時數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人機界面技術(shù)、圖形技術(shù)于一身，包含動態(tài)顯示、報警、控件、趨勢、網(wǎng)絡(luò)通訊等組件，用戶只需編寫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)有多幅實時監(jiān)控畫面，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。其通過指示燈表明設(shè)備運行狀態(tài)。在電機運行方式為手動時，用鼠標(biāo)點擊畫面下排電機啟動按鈕可遠程啟動現(xiàn)場設(shè)備。傳感器的瞬時值依據(jù)實際安裝位置被分別標(biāo)注到不同的分布工藝流程圖中，其實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)被做成相應(yīng)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(shù)據(jù)庫是上位機監(jiān)控軟件的核心所在，因此必須依據(jù)實際需要首先將其建設(shè)好，然后將各功能模塊進行恰當(dāng)?shù)慕M合。實際編程過程中在定義變量時，記錄可設(shè)定為不計錄、數(shù)據(jù)變化時記錄和定時記錄，要根據(jù)實際情況選擇相應(yīng)的設(shè)置，從而節(jié)省存儲空間。報表分為實時報表和歷史報表2種。

　　三、系統(tǒng)配置說明
　　1．中央控制站
　　1.1 監(jiān)控組態(tài)軟件
　　作為整個系統(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)級的實時歷史數(shù)據(jù)庫，可從容面對大數(shù)據(jù)量的監(jiān)控管理。該軟件開發(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，整體運行性能和穩(wěn)定性都較好。
　　2．自控1#站。選用三菱Q01CPU，它直接處理的I/O點數(shù)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(guān)量輸入輸出模塊和模擬量輸入輸模塊采集現(xiàn)場信號并根據(jù)PLC程序判斷控制現(xiàn)場設(shè)備，并配以GOT900系列觸摸屏人機界面通方便現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)還可方便地實現(xiàn)柔性化控制，即在運行一段時期后，若工藝要求發(fā)生變化時，可通過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點數(shù)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(guān)量輸入輸出模塊和模擬量輸入輸模塊采集現(xiàn)場信號并根據(jù)PLC程序判斷控制現(xiàn)場設(shè)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(shù)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(guān)量輸入輸出模塊和模擬量輸入輸模塊采集現(xiàn)場信號并根據(jù)PLC程序判斷控制現(xiàn)場設(shè)備，并配以GOT900系列觸摸屏人機界面通方便現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)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(jié)束語
　　現(xiàn)場總線技術(shù)與監(jiān)控軟件技術(shù)在該項目的綜合運用，有效的實現(xiàn)了整個污水處理廠的管控一體化，對工廠的運營穩(wěn)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(tǒng)整體造價不高，不失為現(xiàn)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(yè)10余年，負責(zé)過2個水廠（10萬噸/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。