摘要:本文介紹了貝加萊緊湊智能型PowerPanel和分布式X20I/O在污水處理廠自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用。基于EthernetPOWERLINK現(xiàn)場(chǎng)總線(一種工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng))和工控組態(tài)軟件PowerVision的分布式控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了對(duì)污水處理廠的自動(dòng)控制和監(jiān)控。整個(gè)系統(tǒng)采用上位機(jī)集中管理和現(xiàn)場(chǎng)控制站分散控制的方式,其上位機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)站之間組網(wǎng)簡(jiǎn)單、運(yùn)行速度快、通信穩(wěn)定性強(qiáng),操作可視化程度高,這些特點(diǎn)有利于提高污水處理設(shè)備的運(yùn)行效率和管理水平。運(yùn)行實(shí)踐表明該系統(tǒng)具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。
1、引言
水是人類(lèi)生活和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的*的重要資源。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,工業(yè)現(xiàn)代化的加快,人口的高度集中,城市用水量和污水的排放量不斷增加,加劇了用水緊張和水質(zhì)污染。
建設(shè)可靠、穩(wěn)定、*、經(jīng)濟(jì)和可擴(kuò)展的水處理自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)成為自動(dòng)化和城市水行業(yè)營(yíng)運(yùn)管理部門(mén)共同關(guān)心的問(wèn)題。微電子、通信、自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展大大提高了水處理控制系統(tǒng)的信息化和智能化程度,也同時(shí)促進(jìn)了水處理自動(dòng)化系統(tǒng)向智能化方向發(fā)展。
在污水處理控制系統(tǒng)中,存在著分布區(qū)域廣、設(shè)備分散、控制點(diǎn)多、控制信息量較大、輸入/輸出點(diǎn)以開(kāi)關(guān)量居多而模擬量相對(duì)較少等特點(diǎn),比較適合采用PLC(或PCC)來(lái)進(jìn)行控制。因此,以PLC為控制核心就成為污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)架構(gòu)的主要模式。
2、污水處理的工藝流程
目前污水處理的工藝主要包括SBR、A/O、氧化法、CASS、HCR生物、膜生物法等方式。污水處理廠工藝的選擇要根據(jù)占地面積、運(yùn)行成本、總投資和自動(dòng)化程度等因素和實(shí)際情況來(lái)選用適合的污水處理工藝。無(wú)論什么工藝,一般污水處理都包括一級(jí)處理和二級(jí)處理兩部分,不同工藝的關(guān)鍵在于生化反應(yīng)階段工藝的不同。
■一級(jí)處理部分
粗格柵
進(jìn)水泵房
細(xì)格柵
旋流沉沙池
■二級(jí)處理部分
生化池
儲(chǔ)泥池
脫水機(jī)房
消毒池
污水處理的工藝流程如圖1所示。
圖1污水處理的工藝流程
3、基于貝加萊控制方案的污水處理廠自動(dòng)化系統(tǒng)
3.1系統(tǒng)構(gòu)成
根據(jù)城市污水處理廠工藝流程、廠區(qū)布置、生產(chǎn)和管理體制等方面的具體要求,污水處理廠自動(dòng)化系統(tǒng)主要由現(xiàn)場(chǎng)控制層、集中監(jiān)控層、廠部生產(chǎn)管理層和公司級(jí)生產(chǎn)調(diào)度層組成。
現(xiàn)場(chǎng)控制層是污水處理自動(dòng)化系統(tǒng)的基礎(chǔ),構(gòu)成它的裝置主要有PLC(或PCC)、過(guò)程檢測(cè)儀表和機(jī)電控制設(shè)備等。根據(jù)廠區(qū)平面布置及工藝流程的特點(diǎn),該層一般由以下工段的PLC工作站組成:
Ø污水預(yù)處理系統(tǒng)/進(jìn)水泵房
Ø生化處理系統(tǒng)/配電中心
Ø鼓風(fēng)機(jī)房(如有鼓風(fēng)機(jī)曝氣)
Ø污水消毒系統(tǒng)/出水泵房
Ø污泥處理系統(tǒng)/脫水車(chē)間
3.2貝加萊控制方案
3.2.1系統(tǒng)構(gòu)架
根據(jù)污水處理廠的特點(diǎn)和控制要求,提出了基于貝加萊工控產(chǎn)品的自動(dòng)化系統(tǒng)方案,其系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示:
圖2基于貝加萊工控產(chǎn)品的
污水處理自動(dòng)化系統(tǒng)架構(gòu)
3.2.2特點(diǎn)
在每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站上,操作員可從現(xiàn)場(chǎng)的觸摸屏(PP420)上看到整個(gè)工藝段的數(shù)據(jù),方便讀取,監(jiān)控及操作,便于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備維護(hù)。
緊湊智能型PowerPanel系列,集成了控制器,顯示和靈活的接口,與第三方控制系統(tǒng)兼容,產(chǎn)品緊湊的設(shè)計(jì)和性?xún)r(jià)比使之廣泛地應(yīng)用在工控行業(yè)。
X20I/O,不僅僅是一個(gè)遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng),而是一個(gè)完整的控制方案。根據(jù)客戶(hù)的要求以及單個(gè)項(xiàng)目的要求,X20系列產(chǎn)品能連接所有的必要組件。
3.2.3優(yōu)勢(shì)
(1)其集成軟件平臺(tái)AutomationStudio,支持6種IEC-61131(LD、IL、ST、SFC、CFC、FBD)編程語(yǔ)言和2種語(yǔ)言(ANSIC、B&RAutomationBasic)。
(2)高速實(shí)時(shí)的EthernetPOWERLINK總線系統(tǒng)
ØPOWERLINK遠(yuǎn)程I/O擴(kuò)展方式,介質(zhì)為以太網(wǎng)交叉線。
Ø通訊速率為100Mb,通訊距離為100米。
Ø可采用總線型、樹(shù)型、環(huán)型,星型。避免了其它現(xiàn)場(chǎng)總線因單一結(jié)構(gòu)(總線型)帶來(lái)的不便。如每遠(yuǎn)程IO站可獨(dú)立工作,斷開(kāi)任何一個(gè)I/O站也不會(huì)造成關(guān)鍵影響。
圖3示出了有關(guān)各類(lèi)總線的技術(shù)性能比較。
圖3各類(lèi)現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)性能比較
(3)站間數(shù)據(jù)通訊
各控制站可獨(dú)立運(yùn)行。
各獨(dú)立站之間可有數(shù)據(jù)交換。
貝加萊有專(zhuān)門(mén)用于CPU之間通訊的協(xié)議IMA,通訊介質(zhì)可為以太網(wǎng)、CAN、串線等,組態(tài)方便。
支持路由。
圖4站間數(shù)據(jù)通訊
(4)方便快捷的診斷工具
通過(guò)IE就可診斷CPU、IO狀態(tài)(無(wú)須編程軟件)
VNCClient客戶(hù)端(可顯示現(xiàn)場(chǎng)屏畫(huà)面和完成操作),如圖5所示。
圖5VNCClient可顯示現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)面并完成操作
(5)方便快捷的維護(hù)工具
一鍵自動(dòng)安裝程序
使用生成的CD-ROM啟動(dòng)盤(pán)(帶有autoplay)
使用生成的CF卡
(6)一鍵自動(dòng)升級(jí)程序
應(yīng)用程序或操作系統(tǒng)升級(jí)可通過(guò)CD-ROM、CF卡或在線接口實(shí)現(xiàn)。
圖6應(yīng)用程序或操作系統(tǒng)升級(jí)
3.2.4上位監(jiān)控系統(tǒng)
(1)上位監(jiān)控軟件
PowerVision組態(tài)軟件可方便快速的從控制站上上載變量,加快組態(tài)的進(jìn)程,并支持?jǐn)?shù)組、結(jié)構(gòu)體變量的上載。
圖7PowerVision組態(tài)軟件
PowerVision是一款*基于windows平臺(tái)的流程監(jiān)控軟件,使用起來(lái)方便簡(jiǎn)捷,運(yùn)行起來(lái)穩(wěn)定可靠。主要功能有:
●的動(dòng)力和靈活性,擁有全面的腳本與圖形動(dòng)畫(huà)功能;
●可視化操作界面,真彩顯示、支持漸進(jìn)色、豐富的圖庫(kù)及動(dòng)畫(huà)連接;
●可對(duì)畫(huà)面中的部分進(jìn)行保存,以便分析或打印;
●變量導(dǎo)入導(dǎo)出,支持Excel,以方便對(duì)于變量名稱(chēng)和屬性進(jìn)行修改,并導(dǎo)出便于變量二次使用;
●強(qiáng)大的分布式報(bào)警、事件處理,并支持實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)的分布式保存;
●強(qiáng)大的腳本語(yǔ)言處理,支持復(fù)雜邏輯操作與決策處理;
●全新WebServer架構(gòu),支持畫(huà)面、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的發(fā)布;
●方便的配方處理功能;
●豐富的設(shè)備支持能力,支持常見(jiàn)的PLC、智能儀表、智能控制單元;
●提供硬件加密和軟*兩種方式;
●支持從控制器中上載變量。
(2)上位監(jiān)控系統(tǒng)的功能畫(huà)面
污水處理自動(dòng)化系統(tǒng)的上位監(jiān)控部分主要配置了粗/細(xì)格柵、進(jìn)水泵房、生化池、污泥回流泵房和消毒池等流程畫(huà)面,分別如圖8~13所示。操作員通過(guò)流程畫(huà)面在中控室就可以掌握整個(gè)工廠的運(yùn)行情況,完成設(shè)備的啟停操作。
圖8粗格柵
圖9細(xì)格柵
圖10進(jìn)水泵房
圖11生化池
圖12污泥回流泵房
圖13消毒池
(3)PowerVision的用戶(hù)安全管理系統(tǒng)
PowerVision軟件為用戶(hù)提供了一個(gè)強(qiáng)有力的安全管理系統(tǒng)。在“PowerVision”的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)里可以對(duì)所創(chuàng)建的工程進(jìn)行加密,必須輸入正確的密碼才能進(jìn)入該工程的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。對(duì)畫(huà)面上的圖形對(duì)象也可設(shè)置訪問(wèn)權(quán)限,同時(shí)給各類(lèi)操作者分配不同的訪問(wèn)優(yōu)先級(jí)權(quán)限和安全區(qū),當(dāng)操作者擬進(jìn)行操作時(shí),如其優(yōu)先級(jí)低于對(duì)象所要求的訪問(wèn)優(yōu)先級(jí)或不在對(duì)象的訪問(wèn)安全區(qū)內(nèi)時(shí),則不可訪問(wèn)該對(duì)象。即欲訪問(wèn)一個(gè)有權(quán)限設(shè)置的對(duì)象,要求操作者必須具有相應(yīng)的訪問(wèn)優(yōu)先級(jí),且操作者的操作安全區(qū)須在對(duì)象的安全區(qū)內(nèi)方能訪問(wèn)。PowerVision以此方式來(lái)保障系統(tǒng)的安全運(yùn)行。
(4)PviUser界面可完成各類(lèi)變量的創(chuàng)建和上載
設(shè)備配置PviUser界面可以完成CPU變量的上載,上載包括全局變量和各個(gè)任務(wù)下面的局部變量,在上載的同時(shí)我們可以設(shè)置監(jiān)控軟件從CPU中實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)的頻率,還可以手動(dòng)創(chuàng)建全局變量、任務(wù)及任務(wù)里的局部變量,這樣以便在沒(méi)有CPU站的時(shí)候,也可以按照原設(shè)計(jì)IO變量完成上位監(jiān)控畫(huà)面的組態(tài)。
3.2.5網(wǎng)絡(luò)通訊
利用各PP420自帶以太網(wǎng)接口實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制站之間的通訊,以及與監(jiān)控中心數(shù)據(jù)通訊。光纖連接現(xiàn)場(chǎng)站和監(jiān)控中心。分布式I/O擴(kuò)展采用100M速率的EthernetPowerLink總線。RS485接口模塊與現(xiàn)場(chǎng)站儀器儀表通訊。
EthernetPOWERLINK(EPL)標(biāo)準(zhǔn)是一種可滿(mǎn)足zui苛刻要求(4級(jí))、并已投入實(shí)際應(yīng)用的實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)。EPL的主要技術(shù)指標(biāo)有:用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)IEEE802.3u(FastEther-net)作為傳輸媒介;傳輸速率100Mb/s;使用標(biāo)準(zhǔn)Hub和標(biāo)準(zhǔn)接線;實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸周期zui小達(dá)200μs;抖動(dòng)小于1μs;可同時(shí)傳輸實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及IP協(xié)議;使用以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)硬件設(shè)備,并且支持冗余技術(shù)。它不僅具有工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的可靠性及環(huán)境適應(yīng)性,還很好地解決了標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議的實(shí)時(shí)性問(wèn)題。
貝加萊控制系統(tǒng)支持分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng),每個(gè)觸摸屏現(xiàn)場(chǎng)控制站均采用一個(gè)開(kāi)發(fā)軟件AS來(lái)開(kāi)發(fā),是面向?qū)ο蟮木幊谭绞健S軟件提供完善的PID算法,對(duì)完成生產(chǎn)過(guò)程壓力、溫度、流量等工藝參數(shù)進(jìn)行PID回路調(diào)節(jié)。高性能的控制器和支持帶電插拔X20I/O系統(tǒng),單個(gè)模塊或部件的損壞不會(huì)影響其它設(shè)備的正常運(yùn)行,提高了污水控制系統(tǒng)的可靠性,有利于系統(tǒng)的維護(hù)。I/O就地接入,再通過(guò)總線接入PP420,通訊介質(zhì)為屏蔽雙絞線,減少布線成本,提高電氣系統(tǒng)可靠性,實(shí)現(xiàn)就近接線,遠(yuǎn)程監(jiān)控。PP420接口豐富,可以提供RS232、RS485、Profibus-DP等與第三方設(shè)備的通訊接口,方便用戶(hù)擴(kuò)展和使用。
4、結(jié)束語(yǔ)
貝加萊污水處理自動(dòng)化系統(tǒng)是基于PCC、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)及軟件系統(tǒng)的污水處理廠實(shí)時(shí)控制和管理系統(tǒng),使污水處理廠的自動(dòng)化控制水平得到全面提升,可以安全、可靠地實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜污水處理工藝流程,減少人為因素帶來(lái)的事故隱患,保證污水處理質(zhì)量,同時(shí)能提高工作效率和經(jīng)濟(jì)效益,使傳統(tǒng)污水處理廠的生產(chǎn)運(yùn)行及管理產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。
貝加萊(B&R)的自控系統(tǒng)滿(mǎn)足了污水處理廠運(yùn)行管理和安全處理的要求,即生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制和報(bào)警、自動(dòng)保護(hù)、自動(dòng)操作、自動(dòng)調(diào)節(jié)、提高了運(yùn)行效率,降低了運(yùn)行成本,減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度,對(duì)污水處理廠內(nèi)各系統(tǒng)工藝流程中的重要參數(shù)、設(shè)備工況等進(jìn)行集中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),對(duì)重要設(shè)備進(jìn)行集散控制。目前使用該系統(tǒng)的污水處理廠從正式投運(yùn)至今,控制設(shè)備運(yùn)行正常,污水處理廠的出廠水質(zhì)達(dá)到了設(shè)計(jì)排放標(biāo)準(zhǔn)。