??? 摘 ? 要: 以新蔡縣污水處理" title="污水處理">污水處理控制系統(tǒng)" title="控制系統(tǒng)">控制系統(tǒng)為背景，闡述了污水處理系統(tǒng)的作用、工藝流程、CompactLogix PLC控制系統(tǒng)的硬件配置方案、軟件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)控制程序結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)具有很高的自動(dòng)化程度和可靠性,實(shí)現(xiàn)了污水廠的全自動(dòng)控制,運(yùn)行的實(shí)際效果顯著。
??? 關(guān)鍵詞: CompactLogix; PLC; 污水處理; 自動(dòng)控制
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我國現(xiàn)有污水處理廠多數(shù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低,工藝技術(shù)和設(shè)備落后, 只是完成了人對設(shè)備簡單的機(jī)械性能的操作，這種系統(tǒng)在自動(dòng)化高度發(fā)達(dá)的今天明顯不能很好滿足工業(yè)的要求。污水處理的可變因素很多，有水量、濃度、溫度、氣量、微生物狀態(tài)、機(jī)械運(yùn)行情況等，是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，需要一種更高級的控制系統(tǒng)，使之能對生產(chǎn)過程出現(xiàn)的各種數(shù)據(jù)給予采集、計(jì)算,得出運(yùn)行狀態(tài)是否正常的結(jié)論，并能給操作人員以有益的提示，從而實(shí)現(xiàn)真正的自動(dòng)化。CompactLogix旨在為應(yīng)用系統(tǒng)提供集成化的Logix解決方案[1-3]。它可以取代現(xiàn)在普遍應(yīng)用的傳統(tǒng)PLC和多回路控制器，并可通過網(wǎng)絡(luò)集成伺服控制，實(shí)現(xiàn)真正意義上的一體化中小型控制系統(tǒng)（從機(jī)器控制到過程控制）。同時(shí)作為Logix集成控制平臺的重要組成部分，CompactLogix采用與ControlLogix[4-5]一脈相承的Logix多功能控制引擎，并采用同樣的面向“對象”技術(shù)的控制編程軟件，用戶開發(fā)、閱讀和修改控制程序非常方便。本文介紹的污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)用Rockwell公司的CompactLogix PLC、1769-L32E控制器、RSView32組態(tài)軟件、RSLogix5000編程軟件和RSLinx通訊軟件,通過光纖EtherNet/IP星型網(wǎng)來構(gòu)建一個(gè)集散型的污水處理控制系統(tǒng), 是一個(gè)具有現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)、高可靠性、高自動(dòng)化程度的一體化控制系統(tǒng)。
1 工藝流程及主要控制
該污水處理廠污水處理工藝流程如圖 1所示。
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污水廠自動(dòng)控制系統(tǒng)中，現(xiàn)場 PLC 控制站過程控制類型主要有兩種：第一種是順序邏輯控制。污水凈化過程中要用到大量的泵機(jī)、閥門及污水凈化專用機(jī)械設(shè)備，它們通常根據(jù)規(guī)定的時(shí)間周期、工藝參數(shù)條件及相互之間的狀態(tài)邏輯關(guān)系等進(jìn)行開/停或開/閉控制。第二種是反饋控制。污水處理廠工藝與其他工藝過程相似，也需要在一定的溫度、壓力、流量、液位" title="液位">液位等工藝條件下進(jìn)行，例如氧化溝的氧含量DO值和懸浮固體濃度MLSS值要控制在一定范圍內(nèi)。以下對系統(tǒng)主要的過程控制加以說明。
(1) 粗細(xì)格柵" title="格柵">格柵程控系統(tǒng)
在粗細(xì)格柵處設(shè)置超聲波液位差計(jì)，通過對格柵前后液位差的檢測，判斷格柵是否堵塞，PLC按時(shí)間間隔，同時(shí)根據(jù)格柵前后的液位差，自動(dòng)控制機(jī)械格柵轉(zhuǎn)動(dòng)除渣，將柵渣通過帶式輸送機(jī)運(yùn)走，因此帶式輸送機(jī)要與機(jī)械格柵聯(lián)動(dòng)。起動(dòng)順序?yàn)椋簬捷斔蜋C(jī)→機(jī)械格柵，關(guān)機(jī)順序相反。
(2) 污水提升泵房程控系統(tǒng)
污水提升泵房有3臺潛污提升泵，前兩臺是恒速泵，第三臺配變頻調(diào)速裝置。所有提升泵均可現(xiàn)場手動(dòng)控制，也可以通過 PLC“遠(yuǎn)程單動(dòng)”控制或“遠(yuǎn)程聯(lián)動(dòng)”控制。在提升泵聯(lián)動(dòng)狀況下，根據(jù)相應(yīng)的超聲波液位計(jì)通過變頻自動(dòng)調(diào)節(jié)并控制提升泵的運(yùn)行臺數(shù)。
(3) 旋流沉砂系統(tǒng)
旋流沉砂池按預(yù)設(shè)時(shí)間排砂，砂水分離器與沉砂池排砂聯(lián)動(dòng)工作，砂水分離器延時(shí)停機(jī)。起動(dòng)順序?yàn)椋荷八蛛x器→啟動(dòng)開始提砂，關(guān)機(jī)順序相反。
2 系統(tǒng)構(gòu)成及功能
本污水廠自控系統(tǒng)由管理層、控制管理層、現(xiàn)場控制層三層組成，控制系統(tǒng)選用可編程控制器作為主控制器,控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)采用集散型控制系統(tǒng)[6-7],以便于實(shí)現(xiàn)“集中管理、分散控制”的三級控制。即現(xiàn)場手動(dòng)控制、分控站PLC控制和中控室集中控制。各控制子站和信息中心通過100M的以太網(wǎng)進(jìn)行通訊及信息交換，把各控制子系統(tǒng)的工藝參數(shù)的設(shè)定值和對電氣設(shè)備的操作從信息中心或者本地的操作員站傳送到各控制子系統(tǒng)，同時(shí)把各設(shè)備的狀態(tài)和工藝、電氣參數(shù)及故障信息由各控制子系統(tǒng)收集送到人機(jī)接口的CRT顯示。各控制子站彼此之間也可以通過光纖以太網(wǎng)EtherNet/IP來實(shí)現(xiàn)控制信息及數(shù)據(jù)傳送。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
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(1) 現(xiàn)場手動(dòng)控制：當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)打到手動(dòng)控制方式，能在現(xiàn)場通過控制箱上的按鈕或控制器對設(shè)備進(jìn)行手動(dòng)控制。
(2) 分控站PLC控制：每一個(gè)PLC站都是一個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)，由PLC控制單元和Eview觸摸屏組成，形成功能完整的工作環(huán)節(jié)。通過EtherNet/IP工業(yè)控制網(wǎng)協(xié)議把各分站連接起來。各分控站PLC執(zhí)行自己的控制程序，采集該站現(xiàn)場I/O信號。在與控制室脫機(jī)或通訊出現(xiàn)故障時(shí)，各分控站能獨(dú)立利用自己的PLC進(jìn)行控制以及完成PLC之間的通訊。
(3) 中控室集中控制：PLC的控制和采集的儀表數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳到中控室，中控室對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)測控制，負(fù)責(zé)反映實(shí)時(shí)工況，進(jìn)行事件及曲線記錄，故障報(bào)警，下達(dá)生產(chǎn)指令，設(shè)定工藝參數(shù)等等,覆蓋整個(gè)系統(tǒng)的每個(gè)控制操作環(huán)節(jié)，是整個(gè)控制系統(tǒng)的神經(jīng)中樞。
3 系統(tǒng)硬件組成
新蔡縣污水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)共有3個(gè)PLC站，1#PLC 站包括處理器1769-L32E 1個(gè)、模擬輸入模塊1769-IF8 1個(gè)；2#PLC 站包括處理器1769-L32E 1個(gè)、模擬輸入模塊1769-IF4 1個(gè)、模擬輸出模塊1769-OF8C 2個(gè)、數(shù)字輸入模塊1769-IQ32 6個(gè)、數(shù)字輸出模塊1769-OB32 2個(gè)；3#PLC站包括處理器1769-L32E 1個(gè)、模擬輸入模塊1769-IF8 2個(gè)。1769-L32E處理器支持最大30個(gè)本地I/O,并內(nèi)置支持100Mb/s EtherNet/IP實(shí)時(shí)工業(yè)控制以太網(wǎng)絡(luò)接口，在同一個(gè)EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)上，可以同時(shí)進(jìn)行多處理器/上位機(jī)" title="上位機(jī)">上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)以及分布式I/O控制。各個(gè)PLC分站之間與中央監(jiān)控之間以EtherNet/IP工業(yè)控制網(wǎng)協(xié)議連接。
3.1 中央監(jiān)控站
中控室包括1臺數(shù)據(jù)服務(wù)器、2 臺監(jiān)控工作站以及相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。數(shù)據(jù)服務(wù)器提供RSView32實(shí)時(shí)工況趨勢圖數(shù)據(jù)，2 臺監(jiān)控工作站則通過網(wǎng)絡(luò)，以數(shù)據(jù)服務(wù)器作為數(shù)據(jù)源，生成實(shí)時(shí)工況趨勢圖。上位機(jī)采用DELL商用機(jī)，配置為：P4 3.0G以上；256MDDR；80G硬盤；19英寸CRT。
3.2 電源系統(tǒng)
220VAC采用在線式、隔離型、連續(xù)雙轉(zhuǎn)換的UPS不間斷供電電源，蓄電池能力為一小時(shí)以上；24VDC配置直流穩(wěn)壓電源。
4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
4.1 PLC編程軟件
本文采用Rockwell公司提供的RSLogix5000 編程軟件。其運(yùn)行環(huán)境為Win NT/Win 2000，具有非常友好的界面，并可滿足多人同時(shí)對系統(tǒng)中各控制器進(jìn)行程序編制以及調(diào)試工作[8-9]，開發(fā)人員還可對程序離線仿真。PLC程序主要完成對設(shè)備的自動(dòng)控制，數(shù)據(jù)采集的處理。例如根據(jù)讀入的氧化溝溶解氧值采用PID算法[10]實(shí)現(xiàn)了對表曝機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，在RSLogix5000中集成了PID功能，很容易實(shí)現(xiàn)過程量的閉環(huán)控制，按照系統(tǒng)的控制要求，在這里采用比例加積分的控制算法。
4.2 RSLinx通訊軟件
RSLinx是一個(gè)完善的通訊服務(wù)軟件包，為多種Rockwell軟件應(yīng)用程序提供底層驅(qū)動(dòng)連通性，用戶只需簡單地選擇任意一點(diǎn)接入系統(tǒng)并組態(tài)相應(yīng)的通訊方式，RsLinx即可自動(dòng)建立整個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)的通訊連接。借助RsLinx軟件，用戶在系統(tǒng)任意一點(diǎn)接入，即可對控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有控制器、智能化現(xiàn)場設(shè)備等進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問、編程組態(tài)、診斷和維護(hù)。并且,運(yùn)行RsLinx的上位機(jī)本身即是一個(gè)OPC/DDE Sever。
4.3 上位機(jī)監(jiān)控軟件
本系統(tǒng)采用RSView32作為監(jiān)控軟件。RSView32可有效地監(jiān)視并控制機(jī)器和過程，是一種集成式的、組件化的人機(jī)界面軟件，其基于Windows 2000、Windows XP平臺設(shè)計(jì)，并且把ActiveX控制嵌入畫面的HMI軟件包，極大增強(qiáng)其設(shè)計(jì)的開放性、互通性、易維護(hù)和易組態(tài)性。
4.4 系統(tǒng)通訊設(shè)置
對于大多數(shù)本機(jī)與遠(yuǎn)程設(shè)備之間的通訊，RSView32采用OPC或DDE連接。本控制系統(tǒng)采用OPC作為與遠(yuǎn)程設(shè)備的通訊方式，使RSView32可以作為一個(gè)客戶端或服務(wù)器，允許在不同的RSView32以及其他OPC服務(wù)器之間進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)通訊，本系統(tǒng)將RSLinx作為OPC Server。
? 首先要對RSLinx進(jìn)行配置，在Configure Drivers 對以太網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行配置之后，要進(jìn)行DDE/OPC服務(wù)設(shè)置，通過Topic Configuration配置以太網(wǎng)設(shè)備的Topic,然后由上位機(jī)調(diào)用相應(yīng)設(shè)備的Topic。由于每臺電腦上都安裝了RSLinx，所以上位機(jī)與OPC Server的通訊是通過本機(jī)實(shí)現(xiàn)的。節(jié)點(diǎn)名可以自主設(shè)置；服務(wù)器一項(xiàng)名字因?yàn)檫x用的是RSLinx作為Server，所以要選擇RSLinx OPC Server，同時(shí)因?yàn)镽SLinx安裝在本臺電腦上，所以服務(wù)器類型選擇“本機(jī)”；RSView32訪問的是OPC服務(wù)器，也就是訪問的是在RSLinx中配置的Topic主題，更新速率指定OPC服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)到OPC客戶機(jī)的最大速率，默認(rèn)值為1秒。RSView32通訊配置界面如圖3所示。
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4.5 監(jiān)控系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)
監(jiān)控系統(tǒng)畫面如圖4所示，采用RSView32在本系統(tǒng)中可方便地實(shí)現(xiàn)以下功能：
?。?）畫面切換功能：多種目標(biāo)控制(縮放、變色、移動(dòng)、填充等)都可以一次分檔編輯，明了、直觀。畫面間的切換簡明方便，包括從菜單直接進(jìn)入任何畫面，直接進(jìn)入上級或下級流程圖和從其他任何畫面直接進(jìn)入報(bào)警表等方面。
?。?）趨勢：利用RSView 32，可在一個(gè)趨勢中繪制多條標(biāo)簽曲線，可顯示當(dāng)前數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)，而且坐標(biāo)軸可調(diào)，方便數(shù)據(jù)顯示。同時(shí)還可支持將歷史數(shù)據(jù)作為背景顯示。
?。?）報(bào)警監(jiān)視：可對開關(guān)量或模擬量標(biāo)簽組態(tài)報(bào)警，并用窗口顯示報(bào)警信息。可以組態(tài)報(bào)警嚴(yán)重性級別、過濾報(bào)警信息、報(bào)警或按嚴(yán)重性排列報(bào)警信息等。
?。?）報(bào)表處理功能：集成微軟的VBA作為內(nèi)建的程序設(shè)計(jì)語言，系統(tǒng)自動(dòng)記錄各種工藝運(yùn)行數(shù)據(jù)，歸納匯總形成報(bào)表，報(bào)表可定時(shí)打印，操作員也可通過菜單或按鈕進(jìn)入報(bào)表畫面查看歷史報(bào)表。
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基于CompactLogix PLC控制的“新蔡縣污水處理系統(tǒng)”在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面，采用了當(dāng)今業(yè)界流行的光纖EtherNet/IP網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式，構(gòu)成的集散型控制系統(tǒng)指揮權(quán)集中，控制權(quán)分散，無論在設(shè)備層面還是在技術(shù)層面，均處于比較先進(jìn)和實(shí)用的水平，有效地實(shí)現(xiàn)了“三級”控制，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，在實(shí)際的工業(yè)應(yīng)用當(dāng)中具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。
參考文獻(xiàn)
[1] 王冠,符影杰.基于CompactLogix和現(xiàn)場總線的過程控制系統(tǒng)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2007，(1):80-81.
[2] 林穎. 基于CompactLogix5000系列控制器的智能交通燈控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].自動(dòng)化信息，1995，(10):57-60.
[3] 應(yīng)群民,黃海龍.RockwellA-B可編程序控制器.機(jī)電工程,1999，(2):50.
[4] 樊超. ControlLogixPLC控制系統(tǒng)的組成及應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù)，2004，(3):17-21.
[5] 梁紅兵.用ControlLogixPLC實(shí)現(xiàn)管道化溶出的過程控制[J].計(jì)算機(jī)自動(dòng)測量與控制,2001,9(6):37.
[6] 許純昕. 基于AB-PLC控制的電廠水處理系統(tǒng)[J].南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2005，4(11):59-61.
[7] 李憶,張莉娜.污水處理工程中的自動(dòng)控制系統(tǒng)[J].漳州師范學(xué)院學(xué)報(bào),2006，(1):54-58.
[8] 趙捷. 污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 測控技術(shù),?2005,24(12):12-14.
[9] 陳姝意,李少遠(yuǎn)．污水處理的綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)[J].控制工程，2006,13(2)：102-107．
[10] 趙建華,沈永良．一種自適應(yīng)PID控制算法[J].自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2001,27(2)：417-420．
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