??? 摘 ? 要: 以新蔡縣污水處理" title="污水處理">污水處理控制系統" title="控制系統">控制系統為背景，闡述了污水處理系統的作用、工藝流程、CompactLogix PLC控制系統的硬件配置方案、軟件設計和系統控制程序結構。該系統具有很高的自動化程度和可靠性,實現了污水廠的全自動控制,運行的實際效果顯著。
??? 關鍵詞: CompactLogix; PLC; 污水處理; 自動控制
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我國現有污水處理廠多數設計標準低,工藝技術和設備落后, 只是完成了人對設備簡單的機械性能的操作，這種系統在自動化高度發達的今天明顯不能很好滿足工業的要求。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、機械運行情況等，是一個非常復雜的系統，需要一種更高級的控制系統，使之能對生產過程出現的各種數據給予采集、計算,得出運行狀態是否正常的結論，并能給操作人員以有益的提示，從而實現真正的自動化。CompactLogix旨在為應用系統提供集成化的Logix解決方案[1-3]。它可以取代現在普遍應用的傳統PLC和多回路控制器，并可通過網絡集成伺服控制，實現真正意義上的一體化中小型控制系統（從機器控制到過程控制）。同時作為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”技術的控制編程軟件，用戶開發、閱讀和修改控制程序非常方便。本文介紹的污水處理自動控制系統運用Rockwell公司的CompactLogix PLC、1769-L32E控制器、RSView32組態軟件、RSLogix5000編程軟件和RSLinx通訊軟件,通過光纖EtherNet/IP星型網來構建一個集散型的污水處理控制系統, 是一個具有現代標準、高可靠性、高自動化程度的一體化控制系統。
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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污水廠自動控制系統中，現場 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、閥門及污水凈化專用機械設備，它們通常根據規定的時間周期、工藝參數條件及相互之間的狀態邏輯關系等進行開/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。以下對系統主要的過程控制加以說明。
(1) 粗細格柵" title="格柵">格柵程控系統
在粗細格柵處設置超聲波液位差計，通過對格柵前后液位差的檢測，判斷格柵是否堵塞，PLC按時間間隔，同時根據格柵前后的液位差，自動控制機械格柵轉動除渣，將柵渣通過帶式輸送機運走，因此帶式輸送機要與機械格柵聯動。起動順序為：帶式輸送機→機械格柵，關機順序相反。
(2) 污水提升泵房程控系統
污水提升泵房有3臺潛污提升泵，前兩臺是恒速泵，第三臺配變頻調速裝置。所有提升泵均可現場手動控制，也可以通過 PLC“遠程單動”控制或“遠程聯動”控制。在提升泵聯動狀況下，根據相應的超聲波液位計通過變頻自動調節并控制提升泵的運行臺數。
(3) 旋流沉砂系統
旋流沉砂池按預設時間排砂，砂水分離器與沉砂池排砂聯動工作，砂水分離器延時停機。起動順序為：砂水分離器→啟動開始提砂，關機順序相反。
2 系統構成及功能
本污水廠自控系統由管理層、控制管理層、現場控制層三層組成，控制系統選用可編程控制器作為主控制器,控制系統的結構采用集散型控制系統[6-7],以便于實現“集中管理、分散控制”的三級控制。即現場手動控制、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的以太網進行通訊及信息交換，把各控制子系統的工藝參數的設定值和對電氣設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，同時把各設備的狀態和工藝、電氣參數及故障信息由各控制子系統收集送到人機接口的CRT顯示。各控制子站彼此之間也可以通過光纖以太網EtherNet/IP來實現控制信息及數據傳送。系統結構如圖2所示。
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(1) 現場手動控制：當轉換開關打到手動控制方式，能在現場通過控制箱上的按鈕或控制器對設備進行手動控制。
(2) 分控站PLC控制：每一個PLC站都是一個獨立的子系統，由PLC控制單元和Eview觸摸屏組成，形成功能完整的工作環節。通過EtherNet/IP工業控制網協議把各分站連接起來。各分控站PLC執行自己的控制程序，采集該站現場I/O信號。在與控制室脫機或通訊出現故障時，各分控站能獨立利用自己的PLC進行控制以及完成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據通過網絡傳到中控室，中控室對生產過程進行監測控制，負責反映實時工況，進行事件及曲線記錄，故障報警，下達生產指令，設定工藝參數等等,覆蓋整個系統的每個控制操作環節，是整個控制系統的神經中樞。
3 系統硬件組成
新蔡縣污水處理自動化控制系統共有3個PLC站，1#PLC 站包括處理器1769-L32E 1個、模擬輸入模塊1769-IF8 1個；2#PLC 站包括處理器1769-L32E 1個、模擬輸入模塊1769-IF4 1個、模擬輸出模塊1769-OF8C 2個、數字輸入模塊1769-IQ32 6個、數字輸出模塊1769-OB32 2個；3#PLC站包括處理器1769-L32E 1個、模擬輸入模塊1769-IF8 2個。1769-L32E處理器支持最大30個本地I/O,并內置支持100Mb/s EtherNet/IP實時工業控制以太網絡接口，在同一個EtherNet/IP網絡上，可以同時進行多處理器/上位機" title="上位機">上位機聯網以及分布式I/O控制。各個PLC分站之間與中央監控之間以EtherNet/IP工業控制網協議連接。
3.1 中央監控站
中控室包括1臺數據服務器、2 臺監控工作站以及相應的網絡設備。數據服務器提供RSView32實時工況趨勢圖數據，2 臺監控工作站則通過網絡，以數據服務器作為數據源，生成實時工況趨勢圖。上位機采用DELL商用機，配置為：P4 3.0G以上；256MDDR；80G硬盤；19英寸CRT。
3.2 電源系統
220VAC采用在線式、隔離型、連續雙轉換的UPS不間斷供電電源，蓄電池能力為一小時以上；24VDC配置直流穩壓電源。
4 系統軟件設計
4.1 PLC編程軟件
本文采用Rockwell公司提供的RSLogix5000 編程軟件。其運行環境為Win NT/Win 2000，具有非常友好的界面，并可滿足多人同時對系統中各控制器進行程序編制以及調試工作[8-9]，開發人員還可對程序離線仿真。PLC程序主要完成對設備的自動控制，數據采集的處理。例如根據讀入的氧化溝溶解氧值采用PID算法[10]實現了對表曝機轉速的控制，在RSLogix5000中集成了PID功能，很容易實現過程量的閉環控制，按照系統的控制要求，在這里采用比例加積分的控制算法。
4.2 RSLinx通訊軟件
RSLinx是一個完善的通訊服務軟件包，為多種Rockwell軟件應用程序提供底層驅動連通性，用戶只需簡單地選擇任意一點接入系統并組態相應的通訊方式，RsLinx即可自動建立整個控制網絡的通訊連接。借助RsLinx軟件，用戶在系統任意一點接入，即可對控制網絡內所有控制器、智能化現場設備等進行遠程訪問、編程組態、診斷和維護。并且,運行RsLinx的上位機本身即是一個OPC/DDE Sever。
4.3 上位機監控軟件
本系統采用RSView32作為監控軟件。RSView32可有效地監視并控制機器和過程，是一種集成式的、組件化的人機界面軟件，其基于Windows 2000、Windows XP平臺設計，并且把ActiveX控制嵌入畫面的HMI軟件包，極大增強其設計的開放性、互通性、易維護和易組態性。
4.4 系統通訊設置
對于大多數本機與遠程設備之間的通訊，RSView32采用OPC或DDE連接。本控制系統采用OPC作為與遠程設備的通訊方式，使RSView32可以作為一個客戶端或服務器，允許在不同的RSView32以及其他OPC服務器之間進行點對點通訊，本系統將RSLinx作為OPC Server。
? 首先要對RSLinx進行配置，在Configure Drivers 對以太網設備進行配置之后，要進行DDE/OPC服務設置，通過Topic Configuration配置以太網設備的Topic,然后由上位機調用相應設備的Topic。由于每臺電腦上都安裝了RSLinx，所以上位機與OPC Server的通訊是通過本機實現的。節點名可以自主設置；服務器一項名字因為選用的是RSLinx作為Server，所以要選擇RSLinx OPC Server，同時因為RSLinx安裝在本臺電腦上，所以服務器類型選擇“本機”；RSView32訪問的是OPC服務器，也就是訪問的是在RSLinx中配置的Topic主題，更新速率指定OPC服務器發送數據到OPC客戶機的最大速率，默認值為1秒。RSView32通訊配置界面如圖3所示。
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4.5 監控系統功能實現
監控系統畫面如圖4所示，采用RSView32在本系統中可方便地實現以下功能：
（1）畫面切換功能：多種目標控制(縮放、變色、移動、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，包括從菜單直接進入任何畫面，直接進入上級或下級流程圖和從其他任何畫面直接進入報警表等方面。
（2）趨勢：利用RSView 32，可在一個趨勢中繪制多條標簽曲線，可顯示當前數據、歷史數據，而且坐標軸可調，方便數據顯示。同時還可支持將歷史數據作為背景顯示。
（3）報警監視：可對開關量或模擬量標簽組態報警，并用窗口顯示報警信息。可以組態報警嚴重性級別、過濾報警信息、報警或按嚴重性排列報警信息等。
（4）報表處理功能：集成微軟的VBA作為內建的程序設計語言，系統自動記錄各種工藝運行數據，歸納匯總形成報表，報表可定時打印，操作員也可通過菜單或按鈕進入報表畫面查看歷史報表。
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基于CompactLogix PLC控制的“新蔡縣污水處理系統”在網絡結構方面，采用了當今業界流行的光纖EtherNet/IP網的網絡結構形式，構成的集散型控制系統指揮權集中，控制權分散，無論在設備層面還是在技術層面，均處于比較先進和實用的水平，有效地實現了“三級”控制，提高了整個系統的可靠性，在實際的工業應用當中具有很重要的現實意義。
參考文獻
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