三、應(yīng)用案例

　　下面以天津咸陽路污水處理廠為例[3]，具體說明污水處理廠自動控制系統(tǒng)的組成，控制系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖一所示：

　　信息層：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-CPU66H.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，和中央控制室通過赫斯曼太網(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。在中控室中，作為工業(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。污水廠中控室控制站還通過RIAMBView和信息中心、便攜計算機(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。

　　此外廠長辦公室計算機(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)庫和相關(guān)的管理軟件，為決策者提供了各項生產(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。

　　控制層：控制器網(wǎng)絡(luò)（ControllerLink）是建立在一種令牌總線或者令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議上的通訊機(jī)制，它通過PLC上的CLK模塊與其它站PLC上的CLK模塊或計算機(jī)上的板卡相配合，在板卡之內(nèi)建立一個數(shù)據(jù)交換區(qū)。該網(wǎng)可以采用雙絞線通訊電纜或者多模光纜通訊，線纜其最大通訊速率為2M，最大距離達(dá)1km，光纜通訊速率為2M，最大通訊距離為30KM.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，同時通過控制器網(wǎng)絡(luò)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）。所有控制器網(wǎng)絡(luò)子站所用CPU型號均為CS1H-CPU44H.

　　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)特點(diǎn)：

　　1、高可靠與高穩(wěn)定性：環(huán)形冗余以太網(wǎng)方案的出現(xiàn)則保證了系統(tǒng)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；而控制器網(wǎng)絡(luò)作為OMRON專用的，能在CS系列PLC或上位工控機(jī)之間建立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。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，omron基于工業(yè)以太網(wǎng)的FINS（FactoryInterfaceNetworkService）通訊服務(wù)（FINS通訊服務(wù)功能），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；

　　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；

　　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、編制。此外OMRON串行口的協(xié)議宏功能，使得開發(fā)方不需要編寫專門的通信程序與第三方設(shè)備進(jìn)行通信，原則上OMRONPLC能和任何帶RS-232C，RS-422或RS-485接口的設(shè)備進(jìn)行通信。

　　4、操作的實(shí)用性：組太軟件和編程軟件都是全中文界面，豐富的圖畫功能，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)，使操作員僅通過鼠標(biāo)便可發(fā)布各種指令或換畫面；用戶還可通過上位機(jī)的網(wǎng)絡(luò)訪問網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任一節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，梯形監(jiān)控工具亦可以監(jiān)控工業(yè)以太網(wǎng)甚至控制器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各站PLC梯形圖程序，而不需要現(xiàn)場操作，實(shí)現(xiàn)真正的無縫連接。

　　四、結(jié)束語

　　當(dāng)時我國污水處理廠自動化系統(tǒng)的設(shè)計和實(shí)施正處于一個成長的時期，系統(tǒng)的需求、設(shè)計、結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)的控制仍然存在不完善的地方，同時技術(shù)的發(fā)展也給污水處理自動化系統(tǒng)的改進(jìn)創(chuàng)造了條件和基礎(chǔ)，也使建設(shè)合理的監(jiān)控系統(tǒng)成為可能。

　　從系統(tǒng)的需求來看，一方面要兼顧系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠與可控，也要反映系統(tǒng)的先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)與可擴(kuò)展，同時也要使操作便捷與維護(hù)方便；另一方面，針對不同的區(qū)域條件和功能要求確定系統(tǒng)的規(guī)模和冗余度的大小，確定系統(tǒng)的合理集成方式、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式以力求系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、先進(jìn)性與經(jīng)濟(jì)性的有機(jī)結(jié)合；從系統(tǒng)的設(shè)計來看，除考慮系統(tǒng)的規(guī)模和設(shè)計方法外，也要考慮新技術(shù)的應(yīng)用，使整個系統(tǒng)既先進(jìn)又實(shí)用；從系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)來看，當(dāng)前我國普遍采用三級污水處理廠管理和分布式現(xiàn)場總線控制方式，事實(shí)上，主從式結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場總線如Profibus，由于系統(tǒng)的可靠性受主控制器的制約，并不適用于全分布式現(xiàn)場總線控制，采用對等的自愈網(wǎng)絡(luò)是今后的一個發(fā)展趨勢；從系統(tǒng)的控制來看，當(dāng)前我國污水處理廠監(jiān)控存在著只監(jiān)不控，或監(jiān)強(qiáng)控弱的現(xiàn)象，各種控制信息沒有得到很好利用，對于污水處理廠控制，要針對不同現(xiàn)象，采用不同的控制方法。

　　今后我國的污水處理廠監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展是，在原有基礎(chǔ)上，按照監(jiān)測與控制適當(dāng)分離、最大限度的集中監(jiān)測、靈活機(jī)動的現(xiàn)場控制的總體思想，逐步改進(jìn)，使得污水處理廠自動化系統(tǒng)的建設(shè)更趨合理。