PLC控制系统及工业控制网络在污水处理厂的应用.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流PLC控制系统及工业控制网络在污水处理厂的应用时间： 2006年12月7日09:34 来源：中国水利水电市场2005年10期 放大缩小打印摘 要: 本文通过介绍天津咸阳路污水处理工程控制系统的解决方案和实现经验，对该工程所涉及到的PLC控制系统及相关通讯，以太网和ControllerLink网的特点及应用进行了探讨，其成功应用对类似系统的实现具有广泛的参考意义。1.概述 图1略为保证污水处理过程的安全性、可靠性和生产的连续性，提高污水处理厂的自动化水平，控制系统采用目前国内外污水处理厂广泛应用并取得良好效果的基于可编程逻辑控制器（PLC）的集

2、散型控制系统，以及监控和数据采集（SCADA）系统。集散型控制系统的特点是将管理层和控制层分开。管理层主要是对全厂的生产过程进行监视、数据存储和分析；控制层主要是通过现场PLC或计算机完成各自辖域内工艺过程和工艺设备的自动控制，同时在传统控制的基础上，提供了智能控制的可能性。SCADA系统通过现场检测仪表和网络设备完成对主要工艺参数的数据采集并对生产流程进行监控。污水处理流程中的各检测仪表均为在线式智能仪表，变送器均带有数字显示装置并通过可编程序控制器（PLC）的接口传送标准的模拟、数字信号。系统除具备对生产过程的监视和控制功能外，数据处理和网络通信的功能更加强大，为运行阶段的生产管理、调度、

3、科研打下坚实的基础。考虑到远期污水厂增加设备的需要，自控设备、通信网络和上位管理系统拥有扩展的能力。 天津咸阳路污水处理工程选用了OMRON的工控产品CS1系列及其工业以太网技术，和GE Fanuc的iFix3。5监控软件。成功地应用了上位机+PLC+工业以太网+ControllerLink网构成的分布式监控系统。实践证明，这样的控制系统对水处理工业来说是安全、可靠和经济适用的。自控系统包括污水厂部分和厂外泵站（咸阳路泵站、密云路泵站）部分。污水处理厂处理工艺的控制系统由三级组成。2.系统结构 图2略2.1 现场控制层咸阳路污水处理系统因其分布面积较大，厂区内共有5个PLC分站：预处理系统分控

4、主站PLC1、生物处理系统分控主站PLC2、污泥处理系统分控主站PLC3、出水及雨水系统分控主站PLC4和污泥消化系统PLC5，使用的CPU均为OMRON的CS1H-CPU66。 该功能层实现污水处理厂各单元过程所有过程参数、设备运行状态及电气参数的数据采集，单元过程及设备的控制，并通过OMRON网络模块CS1W-ETN21，和中央控制室通过德国Hirschmann公司的卡轨式工业以太网交换机，组成100M光纤以太环网，向监控层传送数据和接受监控层控制指令。在工业以太网作为作为主网络的同时，ControllerLink网的出现使更多的单元设备在系统的监控之中。ControllerLink网，即

5、控制链路网，它所使用的 ControllerLink协议是欧姆龙的专用协议。计算机配置过Omron的专用通讯网卡后，可以通过此协议与Omron的PLC通讯。Omron的ControllerLink网是建立在一种网络通讯协议上的通讯机制，它通过PLC上的板卡与其它站PLC上的板卡或计算机上的板卡相配合，在板卡之内建立一个数据区。该网采用双绞通讯电缆，其最大通讯速率为2M，最大距离达1km。本系统中，预处理系统分控主站PLC1包括进水泵房、沉砂池，同时通过ControllerLink总线串接到其下三个初沉池、初沉污泥泵房分站（PLC1-1、PLC1-2、PLC1-3）；生物处理系统分控主站PLC2

6、包括：鼓风机房、加氯间，同时通过ControllerLink总线串接到其下五个二沉池、曝气池、回流泵房分站（PLC2-1、PLC2-2、PLC2-3、PLC2-4、PLC2-5）。所有ControllerLink子站所用CPU型号均为CS1H-CPU44H。 2.2过程监控层该层的中心是在中控室内，同样是工业以太网结点的系统数据服务器、两台工程师/操作员站计算机、打印机、UPS电源及监视屏等设备，其主要职能是进行系统中的信息交换与信息显示及控制。该层通过上位监控软件实现对主要工艺设备的控制和调度，对污水处理全过程中的工艺参数进行数据采集、监控、优化和调整，对主要工艺流程进行动态模拟和趋势分析、

7、实时数据处理和实时控制，在控制组态上实现各种常规与复杂的优化控制、专家控制、模糊控制等先进的智能控制。同时，功能强大与稳定的实时和历史数据库亦通过以太网成为上下层间的信息通道。2.3厂区管理层厂长办公室计算机和数据库服务器组成的局域网即构成了厂区管理层。通过关系数据库和相关的管理软件，为决策者提供了各项生产及运营的调度管理所必须的信息平台。该层和过程监控层，与Internet接轨但有着较高的网络安全防护功能，仅授权的用户等级可对进程数据库进行访问。2.4远程访问层污水厂中控室控制站通过RIAMBView和信息中心、便携计算机及厂外泵站（咸阳路泵站、密云路泵站）等处进行远程通讯， RIAMBVi

8、ew具备远程数据服务（最适合SCADA）功能，通过宽带接收或发送相关数据，实现远端对部分实时画面、进程数据库的访问。 3.软件构成3.1 操作系统，采用Windows2000系统既具有Windows友好且易于使用的界面，又具有系统的可靠性和数据的安全性。3.2 监控软件，采用GE Fanuc的iFix3。5iFix提供真正的分布式、客户/服务器结构，为系统提供最大的可扩展性。无论是 Server和 Client 功能运行在单一计算机，实现简单的单机人机界面 (HMI)，还是网络复杂的分布式多Server和多Client数据采集和控制系统，iFIX都可以保证优异的性能。iFix是世界领先的工业自

9、动化软件解决方案，提供了生产操作的过程可视化、数据采集和数据监控。iFIX可以帮助您精确地监视、控制生产过程，并优化生产设备和企业资源管理。它能够对生产事件快速反映，减少原材料消耗，提高生产率，从而加快产品对市场的反应速度，提高用户收益。3.3 网关软件，采用OMRON的FinsGateway2003FinsGateWay 是 OMRON 的 FINS 协议的驱动程序。通过该驱动，上位机可以通过各层网络（包括网络互连）来访问网上的PLC。3.4 编程软件，采用OMRON的CX-ProgrammerCX-Programmer是OMRON公司PLC的软件编程、调试工具程序，其运行在Windows9

10、8NT2000操作系统下，具有丰富、简捷的操作环境和强大的编程、调试功能。OMRON的SYSMAC CS1系列PLC具有较丰富的指令系统，利用这些指令即可完成污水处理厂相关设备参数的数据采集和处理；顺序和逻辑联锁控制设备电机的启停和阀开关等操作。4.方案特点4.1 高可靠与高稳定性随着以太网技术的不断发展，它不仅在办公自动化领域而且在工业自动化场合得到了广泛应用， 这些都标志着工业以太网已经成为为当今工业控制的主流网络，真正开放互连的工业网络的发展方向，环形冗余方案的出现则保证了更高的可靠性，单一点的链路中断不会造成网络通讯的中断；而ControllerLink网作为OMRON专用的， 能在O

11、MRON CS系列PLC或IBM PC/AT之间灵活方便的传送和接收大量数据的工厂自动控制网络，与自控系统在通讯方面有极高的稳定性。 该系统采用了基于工业以太网的集成式全分布控制，与ControllerLink网的结合使用， 充分体现了集中管理分散控制的原则，也保证了高可靠与高稳定性。与此同时，基于工业以太网的FINS 通讯服务(FINS 通讯服务功能)。 提供OMRON标准通讯服务之FINS通讯服务的支持，即使在通讯负担较大的环境下，仍可保持高稳定性的通讯效果。除网络部分外，自控系统通过下列技术与工程措施，也确保了系统的长期稳定可靠运性：整个系统选用符合工业级标准的成熟定型产品；PLC模块具

12、有自诊断（检错）与容错功能；PLC控制柜内具有完善的抗干扰及防雷等技术措施；中控室及现地控制站设备均具备供电冗余功能；即使在上位机发生故障或通信中断时，现地控制站亦可以在手动模式下独立完成基本局部控制；4.2 高扩展性工业以太网具有向下兼容性。对于双绞线或光纤介质，如果将传输速度从10Mbps提升到100Mbps，在大多数场合不需要改变现有的布线，只需更新网络设备即可。同样，如果将本系统主干网从100Mbps以太网提升到千兆以太网，只需升级网络传输设备，而无需重新铺设光缆；4.3 开放性系统对用户是开放的。设备的增减、控制方案的选取、系统的扩缩与维护等，用户都可以在广泛的设备环境下便利地自己完

13、成。所有硬件接口，软件协议全部按开放性的标准设计、编制。4.4 操作的实用性本系统具有全功能汉字处理和汉字显示的友好界面。由于VBA的内置，使系统功能更为强大，操作更为灵活。iFix采用电子签名技术后，能够创建一个更加安全的环境。不仅设置了二次确认功能，防止误操作，而且对于那些由于数据输入和报警确认所产生的所有数据库过程的改变，要求操作者进行电子“签名”。“电子签名”能够唯一识别操作者所做的更改，而且可以有选择地要求其他人对于这些更改进行电子签名。操作者不再需要使用纸和笔对他们的动作进行记录和签名，而且从根本上排除了丢失或破坏这些记录的可能性。同时，系统提供了更为高级的安全管理，可根据不同的登

14、录帐号，赋予操作者不同的操作权限；能按要求对数据进行统一管理，如记录、归档、统计、查询、打印等。由于内嵌有强大的VBA功能，以上操作更加灵活，实用。关键的信息和数据都会自动记录入数据库服务器的关系型数据库，操作员可通过相关程序通过ODBC从该数据库浏览和查询记录，以便更好地分析整理；全3D图形人机接口，使用户清晰的了解污水处理厂各工段的运行情况，故障报警点的分支细节，使操作员仅通过鼠标便可发布各种指令或换画面；图3略用户可通过网络访问网络内任一节点的数据，梯形监控工具亦可以监控工业以太网甚至ControllerLink网内各站PLC梯形图程序，而不需要现场操作。5.结束语天津咸阳路污水处理工程控制系统在计算机、通信、模拟屏显示、自动化控制等多方面采用了目前比较先进的技术。 随着工业自动化的发展，对于任一个技术先进、功能完善、监控可靠的自动化控制系统，本项目控制方案都具有广泛的参考价值。（由北京机械工业自动化研究所供稿）.精品文档.PLC控制系统及工业控制网络在污水处理厂的应用（张庆庆）