现场总线和组态软件技术在污水处理项目的应用

1 系统综述
污水处理的方法一般有氧化沟法、SBR法、鼓风曝气法、AB法、A2O法等工艺方法，针对不同的工艺需要制定相应的控制方案，采用生产管理监控级、现场控制级和就地控制级三层网络结构，要求系统具备在线监测及数据采集显示、远程自动控制和网络通讯、检测数据分析、管理、系统监测及故障报警等功能。本污水处理项目经设计，其电气自控系统以三菱Q系列PLC和网络系统为控制系统主干，并配以人机界面来提升操作友好度，同时通过安装在上位工控机的力控监控组态软件来监控整个系统的运行状况。该系统设计要求采用集散型控制系统，采取“集中监测，分散控制”的原则，由厂级中央监控工作站和现场分散就地PLC控制站组成全厂工业控制网。
这是一套完整的面向水处理行业的自控解决方案，各就地控制站通过Q-PLC所提供众多型号的I/O模块、AD/DA模块和高速通讯的人机界面实现现场实时控制，而各就地控制站之间通过已获得国标认证的CC-Link现场总线连接实时传输重要数据实现柔性控制，上位工控机系统则通过工业以太网络与控制层连接，采集实时数据并监控整个系统的可靠运行。系统拓扑结构图如图1。



2 自控系统方案
根据设计要求，采用“集中监测，分散控制”的原则构建整个自控系统，其系统拓扑图如图2。


（1）电气自控部分系统构成
为了保证系统的稳定性和可靠性，设计中采用了CC-Link现场总线和工业以太网络构建了现场控制层和信息管理层的两层网络结构控制方案对整套污水处理系统进行监控。中央控制站选用研华工业控制计算机并安装力控监控组态软件，通过工业以太网络与就地站控制层通讯连接，采集实时数据并监控整个系统的可靠运行。各就地控制站通过Q-PLC所提供众多型号的I/O模块、AD/DA模块和高速通讯的人机界面实现现场实时控制，而各就地控制站之间通过CC-Link现场总线连接实时传输重要数据实现柔性控制。
（2）中央控制站监控组态软件
力控监控组态软件集控制技术、实时数据库技术、网络技术、人机界面技术、图形技术于一身，包含动态显示、报警、控件、趋势、网络通讯等组件，用户只需编写少量的代码即可生成高质量的控制系统。整套系统建设有多幅实时监控画面，包括系统总貌、提升泵站与除砂池、1#氧化沟、2#氧化沟、二沉池、泥路、加药脱水间。其通过指示灯表明设备运行状态。在电机运行方式为手动时，用鼠标点击画面下排电机启动按钮可远程启动现场设备。传感器的瞬时值依据实际安装位置被分别标注到不同的分布工艺流程图中，实时数据和历史数据被做成相应分布图的子画面，可在分布工艺流程图中直接点击按钮进入。界面呈树状排列，查阅、操作简便。数据库是上位机监控软件的核心所在，因此必须依据实际需要首先将其建设好，然后将各功能模块进行恰当的组合。实际编程过程中在定义变量时，记录可设定为不计录、数据变化时记录和定时记录，要根据实际情况选择相应的设置，从而节省存储空间。报表分为实时报表和历史报表两种。



3 系统配置
（1）监控组态软件
作为整个系统的核心部分的监控组态软件则选用力控组态软件，该软件具企业级的实时历史数据库，可从容面对大数据量的监控管理。该软件开发界面友好，由于采用了通讯层-数据层-界面层的三层结构设计，整体运行性能和稳定性都较好。
（2）自控1#站
选用三菱Q01CPU，它直接处理的I/O点数是1024点、程序容量14K步，基本指令处理速度高达0.10μs。它通过开关量输入输出模块和模拟量输入输模块采集现场信号并根据PLC程序判断控制现场设备，并配以GOT900系列触摸屏人机界面通方便现场监控系统运行状况，提升操作友好度。通过CC-Link主站模块分别与自控2#站和自控3#站实时通讯，并通过串行通讯模块与上位工控机实时通讯。这种双层网络结构还可方便地实现柔性化控制，即在运行一段时期后，若工艺要求发生变化时，可通过上位工控软件的参数设定传递到各相关的就地控制站从而方便地实现工艺调整。
（3）自控2#站
也选用三菱Q01CPU，它直接处理的I/O点数是1024点、程序容量14K步，基本指令处理速度高达0.1011μs。它通过开关量输入输出模块和模拟量输入输模块采集现场信号并根据PLC程序判断控制现场设备，通过CC-Link主站模块与自控1#站和自控3#站实时通讯。
（4）1#远程站
选用三菱Q00CPU，它直接处理的I/O点数是1024点、程序容量8K步，基本指令处理速度高到0.16μs。它通过开关量输入输出模块和模拟量输入输模块采集现场信号并根据PLC程序判断控制现场设备，并配以GOT900系列触摸屏人机界面通方便现场监控系统运行状况，提升操作友好度。通过CC-Link主站模块分别与自控1#站和自控2#站实时通讯。