OPC技術在城市污水處理控制系統中的應用研究

趙芳

摘要：目前，污水處理工程越來越受到人們的重視，加之工業自動化水平的逐步提高及計算機技術的廣泛應用，人們對于控制系統的通用性及靈活性的要求也越來越高。為了確保污水處理自動控制系統得以持續穩定的運行，設計一套基于OPC技術的污水處理控制系統尤為必要?；诖?，筆者結合工程實例，重點論述了OPC技術在城市污水處理控制系統中的應用。

關鍵詞：OPC技術；城市污水處理；控制系統；應用研究

一、OPC技術概述

通常企業會選用不同廠家的硬件設備用于控制系統中，但是不同廠商所生產的設備之間的通訊協議是不兼容的，這樣就導致通訊相對比較復雜。作為自動化系統的廠商則希望能夠將不同廠家的軟硬件產品集成到一起，實現不同廠家設備之間的相互通信及相互操作，并且能夠將工業現場的數據從車間直接匯入到企業整個信息系統之中。因此，企業在綜合自動化的過程中更加關注實時數據的有效、可靠、實時及高效的獲取。OPC技術就是在這種時代背景之下產生的。OPC（OLE（Object Linking and Embedding）for Process Control，一一用于過程控制的OLE）作為軟硬件的一個中間件，就能夠解決上述所出現的問題，其為工業數據通訊提供了一種標準。

OPC技術是在微軟的OLE/COM技術的基礎之上發展而來的一項技術規范及標準，其主要運用的是Client/Server模型，該模式具有語言無關性、易于集成性及代碼重用性等特點，同時其明確了一組COM對象和其雙接口的定義。OPC的服務器同時也可以成為OPC的數據源，其數據的使用者主要是OPC應用程序。PLC、DCS及條形碼讀取器等控制設備均可以作為數據源，且其他的應用程序或者是數據庫也可以作為數據源。針對不同構成的控制系統，OPC服務器不僅可以是和OPC應用程序在同一臺計算機上運行的本地的OPC服務器，還可以是在其他計算機上運行的遠程的OPC服務器。一個客戶程序能夠同時和一個或者是多個廠商提供的OPC服務器進行連接。

OPC技術的誕生主要是為了解決現場管理層和過程管理之間的通信標準而設計的一種標準或者是規范，它為過程管理客戶端和現場數據源之間進行通信提供了一種標準模式。作為硬件生產廠商，主要的任務是開發設備數據的訪問接口，也就是數據的采集端口，并稱之為OPC Server，該部分封裝了針對具體硬件設備的數據通信邏輯，提供標準的OPC接口供客戶訪問，從而完全實現了軟/硬件的隔離。而由軟件開發商來負責創建服務器的對象及訪問服務器所支持的接口，即客戶程序端，視為OPC Client。

二、應用實例

（一）污水處理工藝

某城區的污水處理主要采取一級處理和二級處理兩種處理工藝。一級處理主要是運用物理法將污水中的懸浮物及部分的有機物取出，具體做法如下：首先將管網中的污水排放到控制井中，進而有效條件污水量和水質，確保污水的處理時限穩定平衡的運轉。接著分別利用粗細格柵來截阻顆粒較大的懸浮物。最后利用重力分離的原理，在沉砂池中將污水中所包含的砂粒及礦渣等無機顆粒進行分離，并利用吸砂機將沉砂吸出，再送至砂水分離器當中。

二級處理是基于一級處理的基礎之上，主要是采取物化法將污水中的膠體和溶解性物質去除，其主要是采用CASS池工藝生化處理，CASS池包含了厭氧池、好氧池及沉淀池等。首先在厭氧區處理一級處理后的污水，利用厭氧池中的污泥來吸收污水當中的部分有害物質，然后將污水放進好氧池中，利用鼓風機來提供微生物所需要的氧氣，并和池內的活性污泥進行混合成為混合液；接著在曝氣池當中對其進行連續且充分的曝氣；然后將污水放入沉淀池當中，沉淀之后的污泥流入污泥濃縮池當中進行處理，并將沉淀雜質比較少的上清液通過污泥回流泵送至厭氧池進行循環處理。最終經過CASS池、接觸池并進行加氯消毒之后，該污水已經達到了國家的排放標準。

（二）污水處理系統結構

在該城區的污水處理自動系統中，依據其污水處理工藝、構筑物及整體控制的需求，其自動控制系統總共設置了3個現場PLC監控站及1個中心控制室，以便于實現分散檢測及控制和集中顯示管理。其中污水處理過程中的粗格柵和污水提升泵房的控制、變配電室的控制室及污泥脫水機房控制室等主要由3個現場監控站進行監督管理；并在廠區綜合辦公樓內設置中心控制室，且中央控制室當中的中央監控機能夠監視整個廠區各個工藝設備的運行情況、工藝過程中的相關參數、主要設備的控制機事故報警和主要參數的越限報警等。下位機系統采用PLC，上位機系統采用IPC（工業PC機）。

該污水處理自動控制系統主要采用的是集散型的控制系統，也就是分別由上位機、通信網絡、現場控制站（PLC可編程的控制器）和就地控制盤共同組成。在就地控制室內設置各個現場控制站，且各個現場控制站主要是將收集到的各種參數及信號傳輸至中央監控管理計算機，同時接收上位機的指令。如果上位機系統出現故障，則整個自動控制系統依然可以依照預先編好的程序來控制整個轄區內的設備。就地控制盤直接設置在被控設備的附近，其主要作為工藝設備成套的控制裝置，并具備3種主要的控制功能：第一，就地手動控制，主要用于自動控制系統發生故障或者需要檢修的時候；第二，遠程遙控控制，通常用于異常情況下的控制，操作員主要在中心控制室直接進行控制；第三，自動控制。該種情況主要用于系統自動運行的模式之下。以上三種控制模式在實際運用當中，其控制的級別由高至低依次為：現場手動控制、遙控控制、自動控制。

（二）OPC技術的通信實現

在該污水處理工程中，主要選用的是西門子及羅克韋爾公司所生產的PLC作為OPC Server，并且在上位機當中開發了OPC Client，并實現了這2種PLC之間的互操作。西門子公司為S7-300/400提供的OPC Server接口集成在Simatic Net軟件包內，所以可直接利用S7系統提供的OPC Server；同時，在PC機上創建OPC服務器，并采用Simatic Net軟件建立Profibus-DP網絡，實現了OPC服務器與S7 300 /400系列PLC輸入、輸出接口點對點的連接。

RSL inx是AB可編程控制器在Windows環境下建立工廠所用通信方案的工具，它不僅提供了多種網絡驅動程序，而且提供了快速的OPC，DDE和Custom C /C++接口。在項目的具體實施過程中，采用VB軟件編寫OAPC客戶端應用程序，實現了上位機與Logix5550控制器之間的通信。

首先在WinCC中組態監控畫面，再在Logix5000中進行I/0組態及控制程序編寫，然后在RSL inx中配置通信驅動，最后采用OPC技術實現RSL inx與W inCC之間的通信以及AB PLC與s7-300 PLC之間的互操作。待RSL inx配置完后，再到W inCC里新建用于監控的變量，最后利用RSL inx中Edit單下的Copy /DDE OPC Link功能，找到所需的通信地址、OPC鏈接格式。逐個建立完這種鏈接后，即可在WinCC里像使用本地直接鏈接的變量一樣使用通過OPC鏈接的變量。

總之，在本城區污水處理工程中，充分利用OPC技術所開發出的智能控制系統，有效降低了系統造價成本，確保了通信網絡具備較好的兼容性及穩定性，并有效實現了不同廠商設備之間的無縫集成，且確保了通信的時效性和快速性，因此OPC技術在污水處理工程中的應用值得大力推廣。

參考文獻：

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[2]王東云，牛正光.基于CompactLogix PLC控制的污水處理系統[J].電氣自動化，2008，30