PLC控制系統(tǒng)及工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)在污水處理廠的應(yīng)用講解學(xué)習(xí)

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。PLC控制系統(tǒng)及工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)在污水處理廠的應(yīng)用PLC控制系統(tǒng)及工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)在污水處理廠的應(yīng)用（張慶慶）時間：2006年12月7日09:34來源：中國水利水電市場2005年10期HYPERLINK/newsdisplay/newsdisplay.asp?Id=162535l#放大HYPERLINK/newsdisplay/newsdisplay.asp?Id=162535l#縮小HYPERLINKjavascript:printPage();打印摘要:本文通過介紹天津咸陽路污水處理工程控制系統(tǒng)的解決方案和

2、實(shí)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)，對該工程所涉及到的PLC控制系統(tǒng)及相關(guān)通訊，以太網(wǎng)和ControllerLink網(wǎng)的特點(diǎn)及應(yīng)用進(jìn)行了探討，其成功應(yīng)用對類似系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)具有廣泛的參考意義。1.概述圖1略為保證污水處理過程的安全性、可靠性和生產(chǎn)的連續(xù)性，提高污水處理廠的自動化水平，控制系統(tǒng)采用目前國內(nèi)外污水處理廠廣泛應(yīng)用并取得良好效果的基于可編程邏輯控制器（PLC）的集散型控制系統(tǒng)，以及監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)。集散型控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是將管理層和控制層分開。管理層主要是對全廠的生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視、數(shù)據(jù)存儲和分析；控制層主要是通過現(xiàn)場PLC或計(jì)算機(jī)完成各自轄域內(nèi)工藝過程和工藝設(shè)備的自動控制，同時在傳統(tǒng)控制的基礎(chǔ)上，提供

3、了智能控制的可能性。SCADA系統(tǒng)通過現(xiàn)場檢測儀表和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備完成對主要工藝參數(shù)的數(shù)據(jù)采集并對生產(chǎn)流程進(jìn)行監(jiān)控。污水處理流程中的各檢測儀表均為在線式智能儀表，變送器均帶有數(shù)字顯示裝置并通過可編程序控制器（PLC）的接口傳送標(biāo)準(zhǔn)的模擬、數(shù)字信號。系統(tǒng)除具備對生產(chǎn)過程的監(jiān)視和控制功能外，數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)通信的功能更加強(qiáng)大，為運(yùn)行階段的生產(chǎn)管理、調(diào)度、科研打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。考慮到遠(yuǎn)期污水廠增加設(shè)備的需要，自控設(shè)備、通信網(wǎng)絡(luò)和上位管理系統(tǒng)擁有擴(kuò)展的能力。天津咸陽路污水處理工程選用了OMRON的工控產(chǎn)品CS1系列及其工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，和GEFanuc的iFix3。5監(jiān)控軟件。成功地應(yīng)用了上位機(jī)+PLC+工業(yè)以太

4、網(wǎng)+ControllerLink網(wǎng)構(gòu)成的分布式監(jiān)控系統(tǒng)。實(shí)踐證明，這樣的控制系統(tǒng)對水處理工業(yè)來說是安全、可靠和經(jīng)濟(jì)適用的。自控系統(tǒng)包括污水廠部分和廠外泵站（咸陽路泵站、密云路泵站）部分。污水處理廠處理工藝的控制系統(tǒng)由三級組成。2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2略2.1現(xiàn)場控制層咸陽路污水處理系統(tǒng)因其分布面積較大，廠區(qū)內(nèi)共有5個PLC分站：預(yù)處理系統(tǒng)分控主站PLC1、生物處理系統(tǒng)分控主站PLC2、污泥處理系統(tǒng)分控主站PLC3、出水及雨水系統(tǒng)分控主站PLC4和污泥消化系統(tǒng)PLC5，使用的CPU均為OMRON的CS1H-CPU66。該功能層實(shí)現(xiàn)污水處理廠各單元過程所有過程參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及電氣參數(shù)的數(shù)據(jù)采集，單元過

5、程及設(shè)備的控制，并通過OMRON網(wǎng)絡(luò)模塊CS1W-ETN21，和中央控制室通過德國Hirschmann公司的卡軌式工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，組成100M光纖以太環(huán)網(wǎng)，向監(jiān)控層傳送數(shù)據(jù)和接受監(jiān)控層控制指令。在工業(yè)以太網(wǎng)作為作為主網(wǎng)絡(luò)的同時，ControllerLink網(wǎng)的出現(xiàn)使更多的單元設(shè)備在系統(tǒng)的監(jiān)控之中。ControllerLink網(wǎng)，即控制鏈路網(wǎng)，它所使用的ControllerLink協(xié)議是歐姆龍的專用協(xié)議。計(jì)算機(jī)配置過Omron的專用通訊網(wǎng)卡后，可以通過此協(xié)議與Omron的PLC通訊。Omron的ControllerLink網(wǎng)是建立在一種網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議上的通訊機(jī)制，它通過PLC上的板卡與其它站PL

6、C上的板卡或計(jì)算機(jī)上的板卡相配合，在板卡之內(nèi)建立一個數(shù)據(jù)區(qū)。該網(wǎng)采用雙絞通訊電纜，其最大通訊速率為2M，最大距離達(dá)1km。本系統(tǒng)中，預(yù)處理系統(tǒng)分控主站PLC1包括進(jìn)水泵房、沉砂池，同時通過ControllerLink總線串接到其下三個初沉池、初沉污泥泵房分站（PLC1-1、PLC1-2、PLC1-3）；生物處理系統(tǒng)分控主站PLC2包括：鼓風(fēng)機(jī)房、加氯間，同時通過ControllerLink總線串接到其下五個二沉池、曝氣池、回流泵房分站（PLC2-1、PLC2-2、PLC2-3、PLC2-4、PLC2-5）。所有ControllerLink子站所用CPU型號均為CS1H-CPU44H。2.2過程

7、監(jiān)控層該層的中心是在中控室內(nèi)，同樣是工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)器、兩臺工程師/操作員站計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、UPS電源及監(jiān)視屏等設(shè)備，其主要職能是進(jìn)行系統(tǒng)中的信息交換與信息顯示及控制。該層通過上位監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)對主要工藝設(shè)備的控制和調(diào)度，對污水處理全過程中的工藝參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、優(yōu)化和調(diào)整，對主要工藝流程進(jìn)行動態(tài)模擬和趨勢分析、實(shí)時數(shù)據(jù)處理和實(shí)時控制，在控制組態(tài)上實(shí)現(xiàn)各種常規(guī)與復(fù)雜的優(yōu)化控制、專家控制、模糊控制等先進(jìn)的智能控制。同時，功能強(qiáng)大與穩(wěn)定的實(shí)時和歷史數(shù)據(jù)庫亦通過以太網(wǎng)成為上下層間的信息通道。2.3廠區(qū)管理層廠長辦公室計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器組成的局域網(wǎng)即構(gòu)成了廠區(qū)管理層。通過關(guān)系數(shù)據(jù)庫和

8、相關(guān)的管理軟件，為決策者提供了各項(xiàng)生產(chǎn)及運(yùn)營的調(diào)度管理所必須的信息平臺。該層和過程監(jiān)控層，與Internet接軌但有著較高的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)功能，僅授權(quán)的用戶等級可對進(jìn)程數(shù)據(jù)庫進(jìn)行訪問。2.4遠(yuǎn)程訪問層污水廠中控室控制站通過RIAMBView和信息中心、便攜計(jì)算機(jī)及廠外泵站（咸陽路泵站、密云路泵站）等處進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊，RIAMBView具備遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)（最適合SCADA）功能，通過寬帶接收或發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端對部分實(shí)時畫面、進(jìn)程數(shù)據(jù)庫的訪問。3.軟件構(gòu)成3.1操作系統(tǒng)，采用Windows2000系統(tǒng)既具有Windows友好且易于使用的界面，又具有系統(tǒng)的可靠性和數(shù)據(jù)的安全性。3.2監(jiān)控軟件，采用G

9、EFanuc的iFix3。5iFix提供真正的分布式、客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，為系統(tǒng)提供最大的可擴(kuò)展性。無論是Server和Client功能運(yùn)行在單一計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)簡單的單機(jī)人機(jī)界面(HMI)，還是網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜的分布式多Server和多Client數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)，iFIX都可以保證優(yōu)異的性能。iFix是世界領(lǐng)先的工業(yè)自動化軟件解決方案，提供了生產(chǎn)操作的過程可視化、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)監(jiān)控。iFIX可以幫助您精確地監(jiān)視、控制生產(chǎn)過程，并優(yōu)化生產(chǎn)設(shè)備和企業(yè)資源管理。它能夠?qū)ιa(chǎn)事件快速反映，減少原材料消耗，提高生產(chǎn)率，從而加快產(chǎn)品對市場的反應(yīng)速度，提高用戶收益。3.3網(wǎng)關(guān)軟件，采用OMRON的FinsGatew

10、ay2003FinsGateWay是OMRON的FINS協(xié)議的驅(qū)動程序。通過該驅(qū)動，上位機(jī)可以通過各層網(wǎng)絡(luò)（包括網(wǎng)絡(luò)互連）來訪問網(wǎng)上的PLC。3.4編程軟件，采用OMRON的CX-ProgrammerCX-Programmer是OMRON公司PLC的軟件編程、調(diào)試工具程序，其運(yùn)行在Windows98NT2000操作系統(tǒng)下，具有豐富、簡捷的操作環(huán)境和強(qiáng)大的編程、調(diào)試功能。OMRON的SYSMACCS1系列PLC具有較豐富的指令系統(tǒng)，利用這些指令即可完成污水處理廠相關(guān)設(shè)備參數(shù)的數(shù)據(jù)采集和處理；順序和邏輯聯(lián)鎖控制設(shè)備電機(jī)的啟停和閥開關(guān)等操作。4.方案特點(diǎn)4.1高可靠與高穩(wěn)定性隨著以太網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展

11、，它不僅在辦公自動化領(lǐng)域而且在工業(yè)自動化場合得到了廣泛應(yīng)用，這些都標(biāo)志著工業(yè)以太網(wǎng)已經(jīng)成為為當(dāng)今工業(yè)控制的主流網(wǎng)絡(luò)，真正開放互連的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向，環(huán)形冗余方案的出現(xiàn)則保證了更高的可靠性，單一點(diǎn)的鏈路中斷不會造成網(wǎng)絡(luò)通訊的中斷；而ControllerLink網(wǎng)作為OMRON專用的，能在OMRONCS系列PLC或IBMPC/AT之間靈活方便的傳送和接收大量數(shù)據(jù)的工廠自動控制網(wǎng)絡(luò)，與自控系統(tǒng)在通訊方面有極高的穩(wěn)定性。該系統(tǒng)采用了基于工業(yè)以太網(wǎng)的集成式全分布控制，與ControllerLink網(wǎng)的結(jié)合使用，充分體現(xiàn)了集中管理分散控制的原則，也保證了高可靠與高穩(wěn)定性。與此同時，基于工業(yè)以太網(wǎng)的FIN

12、S通訊服務(wù)(FINS通訊服務(wù)功能)。提供OMRON標(biāo)準(zhǔn)通訊服務(wù)之FINS通訊服務(wù)的支持，即使在通訊負(fù)擔(dān)較大的環(huán)境下，仍可保持高穩(wěn)定性的通訊效果。除網(wǎng)絡(luò)部分外，自控系統(tǒng)通過下列技術(shù)與工程措施，也確保了系統(tǒng)的長期穩(wěn)定可靠運(yùn)性：整個系統(tǒng)選用符合工業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)的成熟定型產(chǎn)品；PLC模塊具有自診斷（檢錯）與容錯功能；PLC控制柜內(nèi)具有完善的抗干擾及防雷等技術(shù)措施；中控室及現(xiàn)地控制站設(shè)備均具備供電冗余功能；即使在上位機(jī)發(fā)生故障或通信中斷時，現(xiàn)地控制站亦可以在手動模式下獨(dú)立完成基本局部控制；4.2高擴(kuò)展性工業(yè)以太網(wǎng)具有向下兼容性。對于雙絞線或光纖介質(zhì)，如果將傳輸速度從10Mbps提升到100Mbps，在大多數(shù)場

13、合不需要改變現(xiàn)有的布線，只需更新網(wǎng)絡(luò)設(shè)備即可。同樣，如果將本系統(tǒng)主干網(wǎng)從100Mbps以太網(wǎng)提升到千兆以太網(wǎng)，只需升級網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備，而無需重新鋪設(shè)光纜；4.3開放性系統(tǒng)對用戶是開放的。設(shè)備的增減、控制方案的選取、系統(tǒng)的擴(kuò)縮與維護(hù)等，用戶都可以在廣泛的設(shè)備環(huán)境下便利地自己完成。所有硬件接口，軟件協(xié)議全部按開放性的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、編制。4.4操作的實(shí)用性本系統(tǒng)具有全功能漢字處理和漢字顯示的友好界面。由于VBA的內(nèi)置，使系統(tǒng)功能更為強(qiáng)大，操作更為靈活。iFix采用電子簽名技術(shù)后，能夠創(chuàng)建一個更加安全的環(huán)境。不僅設(shè)置了二次確認(rèn)功能，防止誤操作，而且對于那些由于數(shù)據(jù)輸入和報警確認(rèn)所產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)庫過程的改變，

14、要求操作者進(jìn)行電子“簽名”?！半娮雍灻蹦軌蛭ㄒ蛔R別操作者所做的更改，而且可以有選擇地要求其他人對于這些更改進(jìn)行電子簽名。操作者不再需要使用紙和筆對他們的動作進(jìn)行記錄和簽名，而且從根本上排除了丟失或破壞這些記錄的可能性。同時，系統(tǒng)提供了更為高級的安全管理，可根據(jù)不同的登錄帳號，賦予操作者不同的操作權(quán)限；能按要求對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，如記錄、歸檔、統(tǒng)計(jì)、查詢、打印等。由于內(nèi)嵌有強(qiáng)大的VBA功能，以上操作更加靈活，實(shí)用。關(guān)鍵的信息和數(shù)據(jù)都會自動記錄入數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，操作員可通過相關(guān)程序通過ODBC從該數(shù)據(jù)庫瀏覽和查詢記錄，以便更好地分析整理；全3D圖形人機(jī)接口，使用戶清晰的了解污水處理廠各工段的運(yùn)行情況，故障報警點(diǎn)的分支細(xì)節(jié)，使操作員僅通過