工業以太網在超濾膜水處理中的應用

★北京碧水源科技股份有限公司 李建牛，張巧玲，唐軍，郝金光

工業以太網在超濾膜水處理中的應用

★北京碧水源科技股份有限公司 李建牛，張巧玲，唐軍，郝金光

對于大型的污水處理項目，先進的自動控制系統是極其重要的。本文重點闡述了工業以太網在超濾膜系統及閥島系統中的配置及其應用，并通過實際工程項目加以論證分析。

超濾；工業以太網；環網；閥島；通訊

隨著以太網技術的不斷發展，工業以太網以其帶寬更大、可靠性高、開放互聯、低成本、標準化等優勢，在工業控制領域越來越占據主導地位。與此同時，人們對污水排放的要求越來越高，進而對污水處理工藝提出了更高的要求，從傳統活性污泥法、氧化溝工藝等發展到超濾膜系統等多種工藝。本文依托北京市高碑店再生水廠及再生水利用工程項目OW-UF超濾水處理系統（100萬噸/天），介紹了工業以太網、超濾膜系統網絡框架、雙環網（主環網+子環網）的配置及其在PLC控制系統、上位組態系統中的應用。

1 工業以太網簡介

工業以太網是基于IEEE 802.3（Ethernet）的強大的區域和單元網絡。EtherNet/IP是適合工業環境應用的協議體系。它是由ODVA（Open Devicenet Vendors Asso-cation）和Control Net International兩大工業組織推出的最新成員與Device Net和Control Net一樣，它們都是基于CIP（Controland Information Proto-Col）協議的網絡。它是一種是面向對象的協議，能夠保證網絡上隱式（控制）的實時I/O信息和顯式信息（包括用于組態、參數設置、診斷等）的有效傳輸[1]。

2 超濾膜網絡系統

高碑店超濾膜系統由四個系列組成，每個系列的PLC系統硬件組態完全一致，采用羅克韋爾自動化公司的ControlLogix5561系列CPU，共6臺PLC柜，I/O模塊采用1756系列模塊，遠程I/O站采用1794-AENT模塊搭配1794系列I/O模塊，膜組器系統氣動閥、儀表通過Festo公司提供的閥島系統控制。

系統分四個系列，各系列間通過主工業以太網環網鏈接，各系列內六面PLC控制柜由CONTROLNET網絡連接，電力儀表、流量計、溫度巡檢儀通過Modbus RTU協議與CPU通訊，遠程I/O站和閥島通過工業以太網協議與CPU通訊，且組成系統雙層環網，如圖1所示。

圖 1 超濾系統網絡拓撲圖

每個系統內部形成環網，確保系統內出現一處斷點時，不會影響整個系統的網絡，四個系統間又形成大環網，出現一處斷點后，不影響上位機監控其它系統運行情況，最大程度地確保了系統的穩定，有利于水廠運行。

3 工業以太網配置

3.1 PLC與PLC通訊

高碑店項目PLC間數據交換采用MSG通訊方式，只需在一端PLC中進行配置即可，避免了生產者、消費者方式需要更改通訊數據時，兩邊程序均要修改的麻煩。通過MSG通訊方式可以一次通訊數組內的多數個數據，節省通訊連接數量。

3.2 PLC與閥島通訊

高碑店項目PLC與閥島通訊利用BOOTPDHCP Server軟件配置，打開CPX Festo Maintenance Tool，根據向導連接閥島，可以看到閥島通訊所需的輸入、輸出數據量，以及模塊配置情況、各模塊當前的數據。由于超濾系統大部分設備都由閥島箱控制，所以閥島的通訊狀態至關重要，采取通過系統函數GSV讀取閥島模塊通訊狀態的方式進行判斷。

3.3 PLC與上位組態通訊

高碑店項目PLC與上位組態通訊通過工業以太網實現，設置上位機IP，與PLC站IP在同一網段，但不重復。在組態畫面上設有各系列PLC站總的通訊狀態及所有PLC模塊的狀態，可直觀判斷上位組態與PLC的通訊情況。

4 工業以太網應用

4.1 超濾膜系統控制方案

高碑店項目核心工藝采用碧水源公司自主研發的OW-UF超濾膜技術，工藝流程為生物濾池來水經方閘門進集水池，提升泵將水輸送至膜組，中間經自清洗過濾器初步過濾，膜系統產水輸送至下游臭氧、紫外等工段，部分進入反洗水池，膜系統過濾過程，周期性進行反沖洗，反洗泵根據程序及設定頻率運行，根據膜組器工作狀態，定期進行化學清洗，來水由廠內中水提供，藥劑由儲藥罐提供，化學清洗泵根據程序及設定流量運行。

4.2 超濾膜系統組態畫面

每個系列共有20套膜組器，每個膜組器均自動產水，整個系統分自動、手動兩種情況。超濾系統設備根據膜組器運行數量，運行步序協調工作，而膜組運行數量由集水池液位和進水泵運行數量共同決定。根據膜系統運行數量、進水壓力等條件，動態調節進水泵運行數量及進水泵運行頻率。超濾膜系統組態畫面高碑店項目包含四個完全獨立的超濾膜系統，每個系列含20個膜組，每個膜組含13個氣動閥，每個閥采集5個信號，經分析每兩個膜組可作為一個公用子畫面，每個氣動閥的控制均可調用一個公共子函數，以此為基礎，通過上位組態軟件內嵌的VBA代碼及參數替換文件，即可實現四個系統80個膜組1040個氣動閥信息的顯示與控制。圖2簡單闡述了超濾膜系統組態畫面的操作應用。

圖2 一系列1-2#膜組器控制系統

以圖2為例，其他膜組系統與之類似，只是參數與變量不同。20個膜組器的顯示通過切換按鈕來實現；其他系列膜系統通過導航條“二系列”、“三系列”、“四系列”選擇；每個氣動閥既可顯示實時狀態，又能點擊彈出小窗口進行控制；圖2中還包括每個膜組的產水信息、當前狀態及控制；參數設置需要權限，默認登錄的“操作員”無權修改，若要修改需以“工程師”身份登錄。

5 總結

通過工業以太網協議，各個廠家的設備能夠更方便、快捷地實現通訊、數據交換，而且由于光纖、交換機技術的發展，以太網通訊不再受限于通訊距離，能在更廣泛的范圍內實現設備互聯，集簡便性與通用性于一體。本文通過具體工程項目—北京市高碑店再生水廠及再生水利用工程項目OW-UF超濾水處理系統（100萬噸/天）中工業以太網集成架構解決方案的應用經驗，驗證了雙環網（主環網+子環網）技術在超濾膜系統及閥島系統中應用的可行性、可靠性及穩定性，保障了整個工程項目順利、安全、高效、可靠的實施。

AP

[1] 吳愛國，李長濱. 工業以太網協議EtherNet/IP [J]. 計算機應用. 2003, 23（11）：9 - 11.

Application of Industrial Ethernet in the Ultraf i ltration Membrane Water Treatment

For a large-scale sewage treatment projects, the advanced automatic control system is extremely important. This paper mainly expounds the configuration and application of industrial Ethernet in the ultrafiltration membrane system and valve terminal system, and proves it through the actual project.

Ultrafiltration; Industrial Ethernet; Ring; Valve terminal; Communication

李建牛（1984-），男，河北滄州人，工程師，本科，現就職于北京碧水源科技股份有限公司，主要研究方向為水處理控制工程。

張巧玲（1984-），女，河北張家口人，工程師，研究生，現就職于北京碧水源科技股份有限公司，主要研究方向為水處理控制工程。