一、系統(tǒng)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(chǎn)管理監(jiān)控級﹑現(xiàn)場控制級和就地控制級三層網(wǎng)絡結(jié)構，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。本污水處理項目電氣自控系統(tǒng)以三菱Q系列PLC和網(wǎng)絡系統(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認證的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)絡構建了現(xiàn)場控制層和信息管理層的兩層網(wǎng)絡結(jié)構，其特點是數(shù)據(jù)量大、實時性高、可靠性高、整體造價低。
系統(tǒng)拓撲結(jié)構圖如下：
1、CC-Link現(xiàn)場總線簡介
以三菱電機為主導的多家公司以"多廠家設備環(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。CC-Link現(xiàn)場總線已于2004年獲得中國國家標準GB/Z的審核，成為為數(shù)不多在中國市場上推廣的國標產(chǎn)品。其具備了一些特點：
減少配線，提高效率。CC-Link顯著減少了當今復雜生產(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，CC-Link實現(xiàn)了10Mbps的高速通訊速度，輸入輸出響應可靠、迅速、具有確定性。
CC-Link總延長距離高達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)絡擴張時需遠距離設置的設備。
豐富的RAS功能（Reliability可靠性, Availability有效性, Serviceability可維護性）。
2、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)絡訪問，支持多層網(wǎng)絡冗余，極大的提高了軟件的安全性和穩(wěn)定性。
在支持網(wǎng)絡冗余體系的國內(nèi)組態(tài)軟件開發(fā)商中，是高性價比軟件。
在國產(chǎn)軟件廠家中適合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用。
分布在網(wǎng)絡中不同節(jié)點的力控軟件，節(jié)點之間可以任意通訊，構成了完整的分布式網(wǎng)絡體系，由力控軟件組成的C/S和B/S網(wǎng)絡體系都支持雙網(wǎng)容錯切換。
能有效的管理多個網(wǎng)絡節(jié)點狀態(tài)，數(shù)據(jù)采用變化傳輸，節(jié)省了網(wǎng)絡開銷，故障和容錯機制更完善。
適合企業(yè)信息化的信息集成,軟件不僅有大數(shù)據(jù)量處理功能，而且組態(tài)更便捷。
二、自控系統(tǒng)方案說明
根據(jù)設計要求，采用“集中監(jiān)測，分散控制”的原則構建整個自控系統(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)構成
為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，設計中采用了CC-Link現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)絡，構建了現(xiàn)場控制層和信息管理層的兩層網(wǎng)絡結(jié)構控制方案，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)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、實時數(shù)據(jù)庫技術、網(wǎng)絡技術、人機界面技術、圖形技術于一身，包含動態(tài)顯示、報警、控件、趨勢、網(wǎng)絡通訊等組件，用戶只需編寫少量代碼即可生成高質(zhì)量的控制系統(tǒng)。整套系統(tǒng)建設有多幅實時監(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備運行狀態(tài)。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(xiàn)場設備。傳感器的瞬時值依據(jù)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(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫是上位機監(jiān)控軟件的核心所在，因此依據(jù)實際需要首先將其建設好，然后將各功能模塊進行恰當?shù)慕M合。實際編程過程中在定義變量時，記錄可設定為不記錄、數(shù)據(jù)變化時記錄和定時記錄，要根據(jù)實際情況選擇相應的設置，從而節(jié)省存儲空間。報表分為實時報表和歷史報表兩種。
三、系統(tǒng)配置說明
1、中央控制站
整個系統(tǒng)核心部分的監(jiān)控組態(tài)軟件選用力控監(jiān)控組態(tài)軟件，該軟件具企業(yè)級實時歷史數(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)構設計，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。它通過開關量輸入輸出模塊和模擬量輸入輸出模塊采集現(xiàn)場信號，根據(jù)PLC程序判斷控制現(xiàn)場設備，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)絡結(jié)構還可方便地實現(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，可通過上位工控軟件的參數(shù)設定傳遞到各相關的就地控制站，從而方便地實現(xiàn)工藝調(diào)整。
3．自控2#站
同樣選用三菱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。它通過開關量輸入輸出模塊和模擬量輸入輸出模塊采集現(xiàn)場信號，并根據(jù)PLC程序判斷控制現(xiàn)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(shù)是1024點、程序容量8K步，基本指令處理速度高到0.16us。它通過開關量輸入輸出模塊和模擬量輸入輸出模塊采集現(xiàn)場信號，根據(jù)PLC程序判斷控制現(xiàn)場設備，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)場總線技術與監(jiān)控軟件技術在該項目的綜合運用，有效地實現(xiàn)了整個污水處理廠的管控一體化，助力工廠穩(wěn)定運營，大大降低了工人的勞動強度。同時，該系統(tǒng)整體造價不高，是現(xiàn)代污水處理項目的一種理想選擇。
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