基于IPC+PLC的污水處理智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馮嚴(yán)冰

(常州廣播電視大學(xué)，江蘇 常州 213001)

隨著技術(shù)的發(fā)展，智能控制技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛，這對于降低成本、提高效率、科學(xué)管理等方面意義重大。污水處理對環(huán)境保護(hù)和社會(huì)發(fā)展的作用日益突出，而污水處理過程的自動(dòng)化監(jiān)測與控制是該行業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要課題，本文將智能控制系統(tǒng)應(yīng)用于污水處理的過程控制，設(shè)計(jì)出一套基于IPC+PLC模式的污水處理智能控制系統(tǒng)。

一 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

污水處理過程復(fù)雜，需監(jiān)測和控制的項(xiàng)目多，且流程長、距離遠(yuǎn)，故該過程的自動(dòng)控制所需系統(tǒng)規(guī)模較大，對硬件、組網(wǎng)、通信等要求較高。通過對各種控制系統(tǒng)的比較，結(jié)合該控制過程的實(shí)際需求，本設(shè)計(jì)采用由工業(yè)計(jì)算機(jī)(IPC)和可編程控制器(PLC)組成的控制系統(tǒng)。

該控制系統(tǒng)符合污水處理“集中管理、分散控制”的要求，且性價(jià)比高，技術(shù)成熟可靠，可擴(kuò)展性強(qiáng)，能實(shí)現(xiàn)智能控制。本控制系統(tǒng)由管理子系統(tǒng)、控制子系統(tǒng)、現(xiàn)場子系統(tǒng)構(gòu)成。

1.管理子系統(tǒng)

管理子系統(tǒng)以IPC為核心處于中央控制室內(nèi)，主要功能是監(jiān)控污水處理全過程中各工藝參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)，并管理各環(huán)節(jié)的運(yùn)行。通過該系統(tǒng)的IPC可以對控制系統(tǒng)的軟件進(jìn)行開發(fā)調(diào)試，對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行修改，可實(shí)時(shí)監(jiān)控全過程各環(huán)節(jié)，自動(dòng)處理實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)，智能決策，并發(fā)布控制指令。為防止意外，設(shè)計(jì)配置二臺(tái)IPC，互為備用，確保系統(tǒng)能連續(xù)運(yùn)行，同時(shí)配置顯示設(shè)備，能將系統(tǒng)中的工藝流程、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、參數(shù)變化趨勢、故障報(bào)警等畫面直觀地顯示出來，以供管理和技術(shù)人員實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2.控制子系統(tǒng)

控制子系統(tǒng)主要用PLC構(gòu)建，主要功能是接收由現(xiàn)場子系統(tǒng)采集的模擬量信號，對傳來的信號進(jìn)行處理，并與IPC或同級的控制器進(jìn)行信息數(shù)據(jù)通信，接收管理子系統(tǒng)傳來的指令，通過邏輯運(yùn)算和控制電路操控設(shè)備運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

3.現(xiàn)場子系統(tǒng)

現(xiàn)場子系統(tǒng)主要包括各類傳感器、變送器、執(zhí)行設(shè)備和控制箱等。其中，傳感器負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，變送器負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)所采集的模擬信號與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)字信號相互轉(zhuǎn)換，并將采集數(shù)據(jù)傳送給管理子系統(tǒng)的IPC，將控制信號傳給各現(xiàn)場控制站PLC。執(zhí)行設(shè)備負(fù)責(zé)執(zhí)行PLC發(fā)來的控制信號，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的直接控制。此外，還包括各種流量計(jì)、電磁液位計(jì)、壓力表等儀表。

二 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控設(shè)備和監(jiān)控組態(tài)軟件組成。

1.監(jiān)控設(shè)備

上位監(jiān)控設(shè)備采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)即IPC。工控機(jī)是能在非常惡劣的環(huán)境下使用，專門為工業(yè)現(xiàn)場而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，綜合考慮各種因素本系統(tǒng)的上位機(jī)選用研祥IPC-810B型工控機(jī)。

2.組態(tài)軟件

監(jiān)控組態(tài)軟件處在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺(tái)和開發(fā)環(huán)境，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件通過I/O驅(qū)動(dòng)程序從現(xiàn)場I/O設(shè)備獲得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工后，一方面以圖形方式直觀地顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上;另一方面按照程序要求和操作人員的指令將控制指令送給I/O設(shè)備，對執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)施控制或調(diào)整控制參數(shù)。儲(chǔ)存歷史數(shù)據(jù)，并對歷史數(shù)據(jù)檢索的請求給予響應(yīng)。當(dāng)報(bào)警發(fā)生時(shí)，及時(shí)將報(bào)警以聲音、圖像的方式通知給操作人員，并記錄報(bào)警的歷史信息，以備檢索。根據(jù)控制系統(tǒng)的要求及性價(jià)比等方面的考慮，本系統(tǒng)使用組態(tài)王7.0作為監(jiān)控組態(tài)軟件。

三 下位機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本控制系統(tǒng)采用PLC作為底層控制單元，考慮到污水處理過程復(fù)雜，處理工藝地理位置分散，控制點(diǎn)數(shù)多，控制要求高等因素，本控制系統(tǒng)選用西門子的S7-400PLC。

以就近和單元控制為劃分區(qū)域的原則，根據(jù)污水處理各工藝流程位置分布、控制對象的數(shù)量，在現(xiàn)場分別設(shè)置細(xì)格柵間、配電室、污泥濃縮脫水間三個(gè)PLC控制站。

四 通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用多級分布式控制，這就要求構(gòu)成控制系統(tǒng)的PLC要有通信及網(wǎng)絡(luò)的功能。PLC網(wǎng)絡(luò)通信就是將數(shù)據(jù)信息通過適當(dāng)?shù)膫魉吐肪€從一臺(tái)PLC傳送到另一臺(tái)PLC，或在PLC與計(jì)算機(jī)之間交換信息。經(jīng)對比分析本系統(tǒng)選用工業(yè)以太網(wǎng)作為通信網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)試驗(yàn)測試通信效果良好。

五 總結(jié)與展望

本文結(jié)合污水處理全過程控制的實(shí)際情況，采用IPC+PLC分布式智能控制系統(tǒng)，對污水處理各工藝段現(xiàn)場的狀態(tài)、參數(shù)、儀表等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，根據(jù)智能決策系統(tǒng)發(fā)出的指令精確控制設(shè)備，提高了污水處理系統(tǒng)的智能化程度，使系統(tǒng)運(yùn)行更加安全穩(wěn)定，降低了能耗和人工，提高了效率和產(chǎn)出，對實(shí)現(xiàn)污水處理廠運(yùn)行的全智能控制有較高的實(shí)用價(jià)值。

［1］陳在平，岳有軍.工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2006

［2］鄭煥振，劉雪蓮，劉忠謙.自動(dòng)控制系統(tǒng)在污水處理中的應(yīng)用［C］.2005年全國自動(dòng)化新技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)會(huì)議論文集.2005.

［3］顏云華，趙文兵.基于工業(yè)以太網(wǎng)的污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào).2008(35)：102-103.