城市污水泵站集中网络控制系统的防雷技术

城市污水泵站集中网络控制系统的防雷技术（共5篇）

城市污水泵站集中网络控制系统的防雷技术 篇1

城市污水泵站集中网络控制系统的防雷技术

摘要：依据《建筑物防雷设计规范》(GB 50057-94),对广西城市污水泵站集中网络控制系统防雷工程进行了设计.阐述了防雷措施的.整体构架策略和实现方法,详细介绍了系统信号部分的四种防雷措施、电源部分的三级防雷保护及等电位接地系统的设计方案.作 者：李纳璺 LI Na-wen 作者单位：桂林电子科技大学,设计系,广西,桂林,541004期 刊：中国给水排水 ISTICPKU Journal：CHINA WATER & WASTEWATER年，卷(期)：,22(22)分类号：X703.1关键词：污水泵站 防雷技术 等电位接地

城市污水泵站集中网络控制系统的防雷技术 篇2

在城市集中供热系统中, 如何使各个分散的供热站的运行数据汇聚到监控中心, 做到实时了解全网运行情况形成统一指挥统一调度, 是城市集中供热系统实现全网安全、稳定、节能运行的关键, 随着公共网络平台ADSL的广泛应用以及网络覆盖率的提高, 目前ADSL网络已成为城市集中供热系统实现全网自动控制的主要通讯方式之一。

2 网络特点

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line, 非对称数字用户环路) 网络是Internet (因特网) 中一种新的数据传输方式, 因为上行和下行带宽不对称, 所以称为非对称数字用户环路。它采用频分复用技术把普通的电话线分成了电话、上行和下行三个相对独立的信道, 从而避免了相互之间的干扰。即使边打电话边上网, 也不会发生上网速率和通话质量下降的情况。因此具有网络接入方便、传输距离较远等特点。

ADSL网络可使多数基于IP网络协议的控制系统在网上运行, 通过Internet很好的解决了系统控制信号受传输距离限制的问题, 而且网络的建设与维护工作都由网络提供商负责, 这为使用单位节省了很多建设和维护费用, 并有效的利用了网络资源。根据ADSL网络的特点在其上建立专业网络即VPN虚拟专用网, 这样就可以使监控中心与各换热站之间数据通过VPN虚拟专用网的安全“加密通道”在公共网络中进行传送, 组成了稳定的、实时的、安全的城市集中供热自动控制通讯系统的专用网络。

VPN网络结构如图1所示。

3 换热站控制原理

监控中心把由人或计算机经过运算分析后重新得到的被控参数设定值, 通过VPN虚拟专用网发送至相应的换热站控制单元, 改变现场控制单元的控制趋势;也可以按需要直接选定需要控制的某设备 (如水泵、阀门等) , 自动或手动给出由人或计算机运行分析后给出的控制指令, 让相应的现场控制单元执行。同时, 换热站控制器也实时将站内各相关参数通过VPN网络上传至监控中心。这样, 监控中心不仅可以监视整个系统的运行情况, 而且可以迅速的调整各换热站运行状态满足热用户的供热要求。

城市供热系统控制原理如图2。

4 网络配置

由于监控中心端需要较大的网络带宽接入方式为光缆, 此外VPN虚拟专用网的搭建需要中心端具有固定IP地址或域名。各个换热站端采用ADSL接入, 该接入方式只能获得动态的公网IP地址。VPN网络还需要在监控中心端配置VPN网关路由器。监控中心端与换热站端构成可相互访问的私有网络, Internet成为连接两个网段的中间环节。网关后的各个网络设备具有各自的固定私网IP地址, 且由于ADSL的带宽较高, 网络延时较小, 因此几乎所有适用于局域网的控制设备均可在该网络上运行。由于ADSL的高带宽, 在该虚拟局域网上可实现更多的应用, 例如网络视频等功能。

网络设备及配置要求:

监控中心端:

公网固定IP地址或Internet域名。

采用光纤接入方式, 宽带10M以上 (根据热力站数量多少选择相应带宽) 。

VPN网关路由器。

网络交换机。

热力站端:

VPN网络IP地址。

由ADSL接入, 下行带宽1.5M以上, 上行带宽128K以上。

ADSL调制解调器。

控制器设备支持局域网通讯, 具备RJ45接口。

5 结论

以ADSL网络组建的VPN虚拟专用网是通过一个公用网络建立安全的连接, 是一条穿过混乱的公用网络的安全、稳定的通道。VPN网络架构中采用了多种安全机制可保证数据在传输中的安全性, 确保信息资料在公众网络中传输时不被窃取, 网络的安全性、稳定性、实时性得到了充分体现。我公司通过几年的使用效果较好, 完全满足了城市集中供热系统自动控制的需要, 为城市集中供热系统安全、稳定、节能运行提供了可靠保障。

摘要：城市集中供热系统的热力站分布在城市的各个区域, 与监控中心 (调度室) 距离较远并且分散, 要实现集中供热系统的全网集中控制进行数据上传和指令下达等项工作, 我公司通过依靠公共网络平台ADSL很好的解决了热网自动控制系统控制信号传输的难题。

城市污水泵站集中网络控制系统的防雷技术 篇3

以往污水泵站主要通过单机常规进行控制, 控制方法较单一, 主要通过接触器和继电器实现污水泵控制, 大多数控制操作需要通过手动完成, 系统的管理水平、运行效率、自动化水平以及监控能力较低, 耗时耗力, 系统运行成本也比较高。PLC属于可编程控制器, 是一种电子控制系统, 可以PLC作为污水泵站自动控制系统的组成基础, 采用通信技术、自动控制技术以及计算机技术, 通过控制编程实现自动化管理。自动控制系统具有较高的可靠性, 操作方法简单易懂, 容易掌握, 且适用性广, 对工业环境要求不高, 可应用于各工种的生产管理中。由于PLC属于Internet接入技术, 具有众多优点, 但也存在一些不足, 数据管理能力和计算能力较低, 用户界面不够简便, 但相信随着我国经济和科技的飞速发展, PLC将更加成熟, 自动控制系统将更加完善。实现污水泵站自动化管理, 可有效提高污水泵站工作效率, 降低污水处理成本。

2. PLC应用于污水泵站中的运行原理

污水并不完全是液体, 有一部分为固体垃圾, 可采用格栅进行垃圾过滤, 并经皮带机将固体垃圾输送到垃圾箱, 污水经过滤后统计存放在污水储存池中, 储存量到达规定值时, 污水泵站将会根据污水量启动潜水泵, 将污水抽出池外。污水泵站处理设备通常采用手动操作或是自动操作模式, 自动操作主要通过PLC完成, 监控机发出指令后, 遥控传输至PLC, 由PLC执行指令完成自动控制操作。

3. PLC在污水泵站的自动控制作用

污水泵站主要由进水闸门、进水渠道、集水井、除污机、机器间、控制室以及变压器房组成。污水泵站是PLC自动控制系统中的设施对象, 通过PLC进行自动控制, 从而实现污水泵站自动管理[1]。在这个过程中, 首先对格栅液位差进行检测, 然后对格栅除污机进行自动投切, 最后将格栅上的垃圾或污物进行清理。采用PLC进行自动控制后, 电网实际情况、闸门位置、污水总量、污水泵运行状态及水位等, 均会通过控制器自动投切。通过CRT可见, 污水泵站的动态管理情况, 从而获取工况实际情况, 并进行故障报警、报表打印及工况记录等, 并通过无线数码机或全天线等, 向水质净化中心输送污水处理数据, 并接收控制室命令, 执行调度要求。

4. 污水泵站PLC自动控制系统监控情况

应用PLC进行数据采样时, 可靠性高, 数据量较小, 且分布性较广, 在污水泵站中通过PLC进行数据传输, 可进一步扩大PLC应用范围, 可将PLC用于数据传输、遥测以及遥控等方面, 可以充分发挥自动控制系统同步解调、功率控制、信道均衡等技术, 使PLC技术更加成熟, 从而提高污水泵站自动化程度。以污水泵站实际情况为准, PLC自动控制系统主要由可分为三个程序, 分别为格栅池子、污水集水池以及主程序, 控制软件可进行就地控制、传达指令、上位通讯、数据采集以及控制算法等[2]。

5. 污水泵站PLC自动控制系统主要组成部分

(1) 检测系统:该系统主要负责输入信号处理及输入信号检测, 根据输入信号情况做出响应, 处理信号包括污水泵站集水井液位电网、格栅液位差、补偿柜以及进水闸门等运行状态及工作情况。

(2) 处理系统:该系统指的是格栅除污机控制系统, 污水泵站通常会配置一台除污机, 并通过处理系统全面监控除污机运行状况, 以除污机发出的信号为准, 执行命令, 当指示灯熄灭或点亮时, 则提示故障报警, 报警信号输送至CRT, 并由CRT输送至显示屏。

(3) 运行系统:污水泵运行系统主要用于污水处理, 通过污水泵信号掌握系统运行状态, 指示灯熄灭过点亮时, 说明故障报警已启动, 可从CRT上获取信息[3]。如污水泵站开关柜为远程控制, 可采用3种方式运行污水泵, 包括检修方式、手动方式以及自动方式, 在操作台面上设置有不同的选择开关、状态指示灯以及手动操作按钮, 选择开关可分为检修档、停止档、手动挡以及自动挡, 选择手动档时, 允许自动操作, 且可完成自动运行, 实现自动化管理。

6. 结束语

综上所述, PLC技术对污水泵站具有重要作用, 不仅提高了污水泵站的自动化管理水平, 且应用范围较广, 作用较大, 有效减少了污水泵站的运营费用, 实现污水泵自动控制, 且可靠性较高, 为污水泵站控制系统运行提供了重要保障。

摘要：PLC是一种可编程控制器, 可根据污水泵站的实际情况, 应用PLC进行自动控制, 建立污水泵自动控制系统, 从而提高污水泵站智能化、自动化管理水平, 降低污水处理成本。本文主要分析了污水泵站自动控制系统中的PLC应用效果, 简要分析了PLC的软件和硬件设计, 探讨PLC的应用价值。

关键词：PLC,污水泵站,自动控制系统,应用

参考文献

[1]张烨, 朱震.基于SLC500 PLC的污水提升泵站自动控制系统设计[J].福建电脑, 2010, 10 (08) :124-125.

[2]张锋, 张大为, 胡详文.PLC在雨水泵站控制系统中的应用[J].数字技术与应用, 2011, 12 (03) :162-163.

城市污水泵站集中网络控制系统的防雷技术 篇4

1 泵站设备的构成与控制要求

结合当期我国对外贸易的发展状况, 我国对外投资的现状主要有以下几个特点:在投资数量上, 流量增速, 但是存量少;在投资流向上, 制造业的比例增大;投资的地理分布上, 亚洲占主要地位;投资主体上, 国企占主要地位;形式上, 跨国并购是主要方式。

1.1 泵站构成

(1) 进水闸门。用来隔断污水与设备, 可阻止污水进水, 主要在设备进行维修和维护使用。 (2) 进水渠道。污水由此流过然后进入集水井, 进水渠道内安装有专门的超声波液位差计用来测量内外液位差。 (3) 除污机。泵站内装有除污机, 此除污机属于钢丝绳牵印式。除污机的主要作用是把一些垃圾和污染物从进水渠道提取出来并加以处理, 防止其进入集水井。在整个泵站中起到重要的作用。 (4) 集水井。集水井内一般装有四台潜水式排污泵, 这四台排污泵不是同时工作的, 通常是三个工作, 一个备用。并且井内装有液位计, 检测集水井的污水的液位, 并且实时的进行监控。 (5) 机器间。处于集水井上方, 这个机器间是用于污水泵进行检修和控制时使用。 (6) 控制室。控制室内主要包括低压进线柜、功率因数补偿柜、污水泵以及一些动力开关。除此之外还有联络柜主要负责信息的传递, 还有控制PLC的柜机。 (7) 变压器房。为了泵站的正常工作, 泵站内的电压必须稳定, 变压器房内提供泵站所需的电压, 一般具有两台变压器。

1.2 控制要求

控制对象是污水泵站, 采用PLC能够对整个污水泵站实现自动化的控制。主要的控制的内容有以下几种。

(1) 通过液位差的检测, 利用除污机进行除污工作, 清除格栅上的污染物。因此, 主要是清理设备的作用。 (2) 通过PLC的控制, 污水泵将泵的各个参数进行自动的投切, 其中包括泵的水位、工作状态、污水的体积、电网的情况等等参数。 (3) 采用CRT的显示屏, 这主要是考虑到能够高效的对整个泵站进行管理, 以及进行故障的报警。同时有利于管理人员对泵站工作进行记录和相应内容的记录和打印。另外CRT的显示屏是彩色的, 这能够更加直观生动的表现泵站的工作情况。 (4) 通过无线或者全天线进行数据传送。为了确保能够实时的进行信息的传送, 以及随时接受控制中心的控制以及调度, 对于整个系统需要采用无线或全天线联系。按照实际的情况决定是使用无线还是全天线。

2 PLC硬件系统

2.1 污水泵站监控系统

污水泵站监控系统如图1所示。污水泵站的主要配置主要包括PLC配置、显示屏配置、电网监控配置。

美国ABB公司的PLC控制系统所包含的配置模块主要有: (1) 中央处理模块即CPU, 包含Control Net接口模块。 (2) 数字量输入模块即DI, 此模块通常有三个。 (3) 数字量输出模块即DO, 此模块通常有两个。 (4) 模拟量输入模块即AI, 此模块由一块。 (5) 通信模块, 此模块用于PLC系统内部的通信和与外界进行数据的通信。

电网监控配置可采用DPM420, 可以用来检测相电压、相电流、功率、频率以及所对应的最大的值。泵站所采用的是双路的进线方式, 因此, 电力仪表采用的是网络电力仪表。所有的接入点与PLC进行连接。

2.2 软件监控的实况

软件监控系统主要是用来实现控制算法、数据的收集和一些通讯控制和一些就地的控制等等。主要的功能模块主要有系统检测模块、格栅除污机的运行以及污水泵的运行。系统检测模块是检测各个部分的工作状态, 如液位差、电网工况、功率等等工作参数。除污机的运行模块主要对除污机进行监控, 控制除污机的工作, 包括开关、排污工作, 也包括对排污的自动控制等等。污水泵的运行主要负责对污水泵的故障报警、检测、启动以及制停等工作。具体在操作台上的运行包括三种方式, 手动、自动和检修方式三种。

2.3 数据处理与人机交互界面

数据的统计包括数据的统计和数据的设置, 数据统计包括运行时间的统计、污水量统计和用电量统计。数据设置包括液位差、液位值和电力参数和污水量设置等等。人机界面体现控制的人性化, 以便对系统进行控制。

3 PLC控制的优点

相较于传统的泵站系统, 利用PLC进行控制有很多的优点。因为PLC控制器通常采用的是最先进和可靠的设备。而且在软件应用上, 通常使用的是最为先进的方法, PLC的应用对于用户控制泵站系统更加的方便, 最大程度的满足了用户的需求。PLC控制的主要优点有以下几个方面。

首先, 利用PLC控制的泵站自动化监控系统容易进行维护。通过PLC控制的系统能够更加直观的进行对系统的实时监控。并且能够随时进行检测, 如果发生故障还能随时进行维修。其次, 利用PLC控制的泵站自动化监控系统操作更加方便。利用PLC控制的泵站在操作上更加直观。因为系统有很多的人性化设计, 设计人机界面, 有利于对整个系统的熟悉和掌握, 容易上手, 对于维护人员来说能更加高效的管理整个系统。最后, 利用PLC控制的泵站自动化监控系统运行更加稳定。由PLC控制的系统抗干扰能力强。污水泵站所处的环境复杂并且恶劣, 这就对泵站的设备提出了很高的要求。如果没有很好的系统进行管理, 整个系统就不能稳定的进行工作, 在PLC的控制下能够保证设备在复杂的工业环境中能够正常稳定的工作。

4 结语

PLC在污水泵站的系统中应用越来越广泛, 污水泵监控系统也逐步的向自动化方式迈进, 靠人工来进行控制的方式也将逐步被淘汰。由PLC控制的污水泵站自动化监控系统还需在工艺、设计和控制等方面逐步的进行改进, 以求的对污水净化达到最大的效率。

参考文献

[1]刘洪斌.PLC在污水泵站自动控制系统中的应用分析[J].机电信息, 2011, 18:141-142.

城市污水泵站集中网络控制系统的防雷技术 篇5

OPC(OLE for Process Control)是一套在基于windows操作平台的工业应用程序之间提供高效信息集成和交互功能的组件对象模型接口标准,它以微软的分布式组件对象模型COM/DCOM/COM+技术为基础,采用客户端/服务器模式。OPC服务器是数据的供应方,负责为OPC客户端提供所需的数据;OPC客户端是数据的使用方,处理OPC服务器提供的数据。OPC定义了一个开放的接口,通过这个接口,不同厂商的工业控制设备和应用程序之间可以进行灵活的数据交换,而不用单独为某一种或几种工控设备开发专门的驱动程序。OPC客户端/服务器结构如图1所示。

OPC技术是实现控制系统现场设备与过程管理设备之间进行信息交互、实现控制系统的开放性的关键技术,同时也为不同现场总线系统的集成提供了有效的软件实现手段。

现场总线是用于现场仪表与控制系统和控制室之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、互联、多变量、多点、多站的通信网络[1]。现场总线技术将专用微处理器植入传统的测量控制设备及仪器仪表中,使其除了具备测量控制的功能以外,还有一定的数字通信能力,成为能独立承担某些测控、通信任务的网络节点。在传统的控制系统中,仪器设备和控制器之间、控制器与各信号点之间是点对点的连接,采用现场总线技术后,现场设备可以采用同一组通信线,不仅节约了连线,而且实现了通信链路的多点信息传输,提高通信的可靠性。

工业以太网是指技术上与以太网(IEEE802.3标准)兼容,但在产品设计,材质选择、实用性等方面能够满足工业现场各种恶劣环境。工业以太网在物理层和数据链路层均采用了IEEE802.3标准,在网络层和传输层则采用标准TCP/IP协议族,网络协议用来确定信息传输路线,而传输控制协议(TCP)则是用来保证传输的可靠性,它们构成了工业以太网的第四层。在高层协议上,工业以太网协议通常都省略了会话层、表示层,而定义了用户层,部分工业以太网协议还定义了用户层。[2]

Profibus是用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线标准,主要由三个兼容的协议类型组成:Profibus-FMS(现场总线报文规范)、Profibus-DP(分散化外围设备)和Profibus-PA(过程自动化)。Profibus-DP协议是专门为现场级控制系统与分散I/O的高速通信而设计的,数据传输速率范围在9.6kbps～12Mbps之间,每次可传输的数据量为244个字节,采用周期通信方式,响应时间较高,适合于大多数工业控制场合。[2]

Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议,控制器相互之间、控制器经由网络和其它设备之间可以通信。该协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构,描述了控制器请求访问其他设备的过程,如何回应来自其他设备的请求,以及怎样侦测错误并记录。Modbus有RTU(远程终端单元)和ASCII两种报文传输方式。

1 污水处理工艺简介

污水处理就是利用各种不同的方法,将污水中所含污染物质分离出来或将其转化为无害物质,从而使污水得到净化的过程。当前,国际国内污水处理行业对于生活污水处理的主要方法就是活性污泥法(SBR),即利用活性污泥对污水中的污染物质进行生物处理,去除污水中呈胶体状态和溶解状态的有机物质。污水处理的一般流程是一级处理、二级处理和三级处理。一级处理只是简单滤掉和沉淀去除较大的颗粒;二级处理是生物处理,去除COD;三级处理是减少出水微生物和病原体。

一级处理的方法是采用格栅机、沉砂池等将污水中较大的颗粒状杂物滤除,以免其对后续处理单元的设备和管线造成损害。二级处理主要采用活性污泥法,即在人工充氧条件下,对污水和各种微生物群体进行连续混合培养,形成活性污泥。利用活性污泥的生物凝聚、吸附和氧化作用,以分解去除污水中的有机污染物。然后使污泥与水分离,大部分污泥再回流到曝气池,多余部分则排出活性污泥系统。目前国际和国内的生活污水处理行业主要的二级处理工艺有以下几种:(1)氧化沟工艺:氧化沟是活性污泥法的一种变型,其曝气池呈封闭的沟渠型,所以它在水力流态上不同于传统的活性污泥法,它是一种首尾相连的循环流曝气沟渠,污水渗入其中得到净化,最早的氧化沟渠不是由钢筋混凝土建成的,而是加以护坡处理的土沟渠,是间歇进水间歇曝气的,从这一点上来说,氧化沟最早是以序批方式处理污水的技术。(2)CASS池工艺,其基本结构是:在SBR法的基础上,反应池沿池长方向设计为两部分,前部为生物选择区也称预反应区,后部为主反应区,其主反应区后部安装了可升降的自动滗水装置。整个工艺的曝气、沉淀、排水等过程在同一池子内周期循环运行,省去了常规活性污泥法的二沉池和污泥回流系统;同时可连续进水,间断排水。三级处理的目的是为了污水回用。其使用的措施有膜滤、深床过滤以及消毒(臭氧、液氯或紫外线),根据出水水质的要求,部分污水处理厂还添加化学沉淀除磷环节。

2 项目介绍

本文是以甘肃省某县城区污水处理厂自控及仪表设计开发项目为背景的,该污水处理厂工程处理规模:远期(2020年)1.7万m3/d;近期(2015年)1.2万m3/d。污水提升泵站至污水厂距离1.5 km。污水处理采用CASS工艺,出水采用二氧化氯消毒,污水处理厂出水用于农灌或绿化,污泥处理采用机械浓缩脱水和污泥处置工艺,脱水后污泥进一步好氧稳定堆肥,可用作农林肥料。主要处理构筑物的粗格栅及提升泵房、高地水池、细格栅及漩流沉砂池、配水井、CASS生物反应池、接触池、鼓风机房、贮泥曝气池、污泥浓缩脱水机房、变配电室、厂区废水提升泵房、加氯间等。系统工艺流程图如图2。

系统自动控制环节要求安全、实用、经济、高效,遵循“集中管理、分散控制、数据共享”的原则。系统各部分具有相对的独立性,并可利用网络技术完成系统的纵向与横向扩展;当系统任何一部分发生故障时都不会影响其他部分的正常运行,以最大限度地降低了系统危险性。本系统要求采用典型三层网络结构:管理层、控制层和现场层。管理层负责全厂运行系统的调度、参数分配和信息管理;控制层负责全厂设备的监视与控制、仪器仪表的数据采集与监视,控制层配置触摸屏;现场层主要提供设备、仪表等的就地控制与参数调节。

3 网络构建

自动控制系统根据污水处理厂工艺特点、构筑物的分布以及控制工艺流程的不同,该污水处理厂自动控制系统设计为三个现场PLC监控站和一个主控中心,以实现分散监视和控制,集中显示和管理的目的。PLC1控制柜设在粗格栅及污水提升泵房就地控制室内,负责粗格栅及污水提升泵房的设备控制及数据采集;PLC2控制柜设在变配电室就地控制室内,负责鼓风机房、变配电室、细格栅间、漩流沉沙池、CASS反应池、接触池、加氯间、滗水器、进厂水水质及出厂水水质的设备控制及数据采集;PLC3控制柜设在污泥浓缩脱水机房就地控制室内,负责贮泥池、污泥脱水机房、冲洗水池的设备控制及数据采集。全厂各现场控制站分别采用威纶通触摸屏构建现场操作平台,厂区水质分析仪表和部分成套控制设备采用现场总线完成向控制站的集成。

作为本自控系统的核心,PLC系统有着举足轻重的作用。本项目选择ABB公司的AC500系列可编程控制器系统,该系列PLC除了自带的CS31、FBP等通信协议外,还集成了Ethernet、Profibus-DP、Modbus等通信协议。现场控制站操作屏采用威纶通MT8100i系列触摸屏,该系列触摸屏采用400MHz CPU,128MB内存,分辨率高,触摸屏还集成了一个以太网口,1个USB2.0接口,1个USB1.1接口,三个COM端口(分别可以采用RS232,RS485,MODBUS等方式通信)。本工程自控系统由三层网络组成。即管理层、控制层和现场层。管理层与控制层之间的通信网络采用工业以太网100M TCP/IP光纤环型网进行高速大容量数据交换;现场PLC控制站与仪表、专用控制设备等现场层之间通过标准工业现场总线(Profibus-DP)进行数据通信;控制站PLC与操作屏采用Modbus总线进行通信。系统自控系统结构示意图如图3所示。

3.1 管理层——控制层

控制层是实现系统功能的关键,也是管理层与现场层之间的枢纽层。其主要功能是接受管理层设置的参数或命令,对污水处理过程进行手自动控制,同时将现场状态输送到管理层。因控制层要求具有高可靠性,故在系统的网络部分要采用冗余技术。控制层工业以太网是一个全集成的、完全符合IEEE802.3国际标准、为工业应用设计的、高可靠、高速率的工业通讯网络。采用了标准化数据通讯协议:TCP/IP协议。工业以太网的通讯速率为100Mbit/s。控制层工业以太网采用光纤冗余环网拓扑结构,在系统正常运行中,当某一个通道的部件或电缆发生故障时,可自动快速地切换到另一个通道,因此充分保证系统中央操作级通讯网络的可靠性。控制层工业以太网具有很好的开放性和可扩展性。

3.2 控制层——现场层

现场层是实现系统功能的基础,主要由分析、检测仪表、控制设备、现场就地操作盘等组成,其功能是对系统的设备状态、仪器仪表的参数进行检测,同时完成控制设备的手自动及远程控制。由于现场部分设备分布比较分散,采用导线进行硬链接会产生工作量大、成本高、可扩展性差等问题。采用开放的、标准化的现场总线来完成设备的集成,可以有效地解决上述问题[3]。本系统中,控制层与现场层之间的数据交换方式采用Profibus-DP网络,以可靠、快速地完成控制层与现场层的集成,该网络符合EN50170欧洲标准和IEC1158国际标准的现场总线系统,其最高通讯速率可达12Mbit/s。控制站PLC控制系统CPU未集成Profibus-DP通信协议,因此需要扩展Profibus-DP通信模块CM572-DP。在系统网络配置时需将第三方设备、仪表等的Profibus-DP通信配置文件(GSD文件)导入PS501软件的GSD文件库中,以便完成对现场仪器仪表的集成。

3.3 触摸屏——PLC

为了方便现场操作人员对现场设备的控制与监视,系统在每个控制站设置一个触摸屏作为操作人员与控制器的接口(HMI)。由于操作屏一般安装在控制层控制柜上,因此触摸屏与控制器的距离不会受到影响,只要双方都能够接受的通信方式,即可作为触摸屏和PLC的通信方式[4]。常用的通信方式有Modbus、RS232、RS485等方式,本系统考虑触摸屏与PLC的通信接口和各种通信方式下数据地址对应的方式等因素,采用Modbus方式进行通信。采用Modbus通信方式时,控制器和触摸屏之间采用主从技术(触摸屏为主站,PLC为从站),通信模式采用RTU方式。标准的Modbus口采用RS232兼容串行接口,定义了连接器针脚、接线电缆、信号电平、波特率、奇偶校验等信息。

4 系统组态

工业以太网完成了管理层与控制层通信的硬件连接,然而这还不能够实现管理层工控组态软件与现场控制器(PLC)的数据交换。工业现场控制器与上位组态软件的通信接口一般采用两种方式进行开发:基于DDE(Dynamic Data Exchange)技术和OPC技术。本项目采用OPC技术完成上、下位之间的通信。ABB AC500系列PLC自带的OPC服务器CodeSys OPC Configurator作为OPC服务器,上位组态软件(组态王)利用其自带的OPC客户端读取CodeSys OPC Server上的数据。在OPC Configurator上进行配置前,需在PS501(ABB系列PLC自带的程序开发软件)上进行符号配置,如图4所示。

此时,将生成一个“文件名.SDB”文件,在设备联机/登陆时,系统自动将该文件拷贝到“C:WindowsGateway Files”目录下。然后在CodeSys OPC Configurator软件中进行OPC配置。完成上述配置后进行组态王6.53与CodeSys OPC Server之间的OPC通讯连接。

5 结束语

本文分析了污水处理厂控制系统结构,利用当前工业控制行业先进的控制系统、先进的总线技术、先进的网络集成方式,开发了一套完整、先进、可靠、扩展性强的控制网络平台,并且在某县城生活污水处理自动控制项目中进行实际的系统平台测试。通过长时间的实际运行测试,该系统网络平台都表现出良好的运行性能,稳定性、可靠性都有了很好的保障。因此,该网络平台在污水处理行业乃至其他大型的自动控制系统中都有很好的推广价值。

参考文献

[1]李正军.现场总线及其应用技术[M].北京:机械工业出版社,2005.

[2]张凤登.现场总线技术与应用[M].北京:科学出版社,2008.

[3]刘如有.Profibus总线在伊春市污水处理厂的应用[J].中国给水排水,2010,26(10):85-86,90.

[4]宋建瞿金平.基于Modbus协议的PCC与触摸屏串口通信的实现[J].机电一体化,2007(2):68-69,73.