基于Interbus的生物曝气滤池工艺污水处理自动控制系统

引言

随着我国的环保事业迅速发展,工业废水、生活污水的净化处理成为当务之急。投资少、运行灵活的生物曝气滤池技术得到广泛应用。生物曝气滤池是当今世界污水处理研究试验的新技术。国外从20世纪初开始进行研究，于20世纪80年代末基本成型，近年来随着自动化技术、设备及在线监测仪表的发展，使得对污水处理的自动化成为可能。同时对污水处理工艺进行自动化监测和实时控制是提高污水处理效率，降低加药量、降低能耗的关键。一般采用以PLC为核心的工艺过程自动监控系统，实时控制鼓风机、水泵、电动阀等设备及反应段时间，曝气时间、强度，反冲洗时间及强度等，使水质达到国家规定的排放标准。
由此可见，污水处理是一个多参量（如液位，水质成份，温度、压力、流量）、多任务（如污水输送、风量控制、反冲水量控制、水泵的启停等）、多设备（如格栅机、水泵、鼓风机、阀门等）且具有随机性、时变性和耦合性的复杂系统。因此污水处理应由一个智能监控与综合管理系统来进行现代化的管理，使之安全可靠地运行。

1、现场总线技术

在污水处理厂中，现场控制设备分布范围比较广，如果采用传统的控制方案，势必要敷设大量的控制和信号电缆，浪费大量的人力和物力，十分不经济。同时使系统复杂，可靠性降低。采用目前比较流行的现场总线技术，可以降低成本，同时提高系统的可靠性，使系统易于扩展和维护。InterBus是一种国际性的开放式的现场总线标准。目前世界上多数自动化生产厂家都为它们的自动化设备提供InterBus通讯接口。InterBus已广泛地应用于加工制造、过程控制是一项成熟的技术。使用InterBus总线模块用于分布式控制系统的高速数据传输可以取代昂贵的24V或4～20mA并行信号线，并解决车间级普通的通信任务，提供大量数据通信服务，提供中等任务的传输速度。

2、系统组成及功能设计

现代化的污水处理系统需要实现管理与控制一体化、实现办公自动化。控制系统不仅与下层控制设备有良好的接口，而且具有与上层管理系统集成的接口，同时具有可扩展性。所以现代化污水处理系统要求在底层采用现场总线或者工业以太网等技术，上层则选用优秀的监控组态软件。为了加强系统的可靠性，使整个系统长时间无故障地运行，需要采用冗余和容错技术。根据全集成自动化（Totally Integrated Automation）的思想，将污水厂控制系统分为管理级、控制级、现场级。

（1）管理级是系统的核心部分，完成对污水处理过程各部分的管理和控制，并实现厂级的办公自动化。管理级提供人机接口，是整个控制系统与控制部分信息交换的界面。管理级的各台计算机具有相互通讯功能，实现数据交换和共享。考虑到管理层功能结构的层次性和可分割性，采用客户／服务器的体系结构。服务器选用大型的网络关系数据库，满足开放、分布式数据库管理方法的要求。由服务器、管理部门计算机等站点的计算机组成的计算机办公局域网。中央监控计算机及车间级现场控制站组成厂区工业控制网，完成对各车间范围内的生产过程、仪表、设备的监控与控制；本系统采用研华公司生产的两台工业计算机(操作员站及工程师站)互为备用，它们之间通讯协议是TCP/IP。
（2）控制级。控制级是实现系统功能的关键，也是管理级与现场级之间的枢纽层，其主要功能是接爱管理层的参数或命令，对污水处理生产过程进行控制，同时将现场状态送到管理层。控制器是整个系统的核心，所以在控制级中采用菲尼克斯公司的ILC350控制器，该控制器本自具有一个TCP/IP通讯接口，并通过分支模块与远程I／O模块连接，远程分布式I／O模块与现场设备和传感器通信。
（3）现场级。 现场级是实现系统功能的基础。现场级主要由一次仪表、控制设备组成。其功能主要是完成其范围内的生产过程、仪表、设备的监视与监测及并把监测到的数据上传；接受控制级的指令对执行机构进行控制。分布式配置意味着控制器、远程I／O模块和现场设备通过现场总线的信号电缆连接。每个控制点比较集中的控制现场配置一个远程分布式智能I／O模块IBS IL 24 BK，现场I／O信号直接输入I／O模块，每个IBS IL 24 BK模块具两个InterBus接口。
根据此设计思想和关键技术方案分析，在酒钢集团榆中钢厂污水厂的自动控制设计中采用系统总体结构

3、上位组态软件

上位机系统要求：具有与多台下位机系统通讯的能力，实时监控多台下位机的工作状态，显示生产过程中的工作曲线；具有远程控制能力；向下位机采集数据，对历史数据进行存储、查询、显示、打印等。因此，在一个自动监控系统中，投入运行监控组态