基于IPC+PLC的污水處理智能控制系統(tǒng)設計

馮嚴冰

(常州廣播電視大學，江蘇 常州 213001)

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

一 控制系統(tǒng)總體設計

污水處理過程復雜，需監(jiān)測和控制的項目多，且流程長、距離遠，故該過程的自動控制所需系統(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，結合該控制過程的實際需求，本設計采用由工業(yè)計算機(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，且性價比高，技術成熟可靠，可擴展性強，能實現(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，主要功能是監(jiān)控污水處理全過程中各工藝參數(shù)和設備狀態(tài)，并管理各環(huán)節(jié)的運行。通過該系統(tǒng)的IPC可以對控制系統(tǒng)的軟件進行開發(fā)調試，對系統(tǒng)參數(shù)進行修改，可實時監(jiān)控全過程各環(huán)節(jié)，自動處理實時采集的數(shù)據(jù)，智能決策，并發(fā)布控制指令。為防止意外，設計配置二臺IPC，互為備用，確保系統(tǒng)能連續(xù)運行，同時配置顯示設備，能將系統(tǒng)中的工藝流程、設備運行狀態(tài)、參數(shù)變化趨勢、故障報警等畫面直觀地顯示出來，以供管理和技術人員實時監(jiān)控。

2.控制子系統(tǒng)

控制子系統(tǒng)主要用PLC構建，主要功能是接收由現(xiàn)場子系統(tǒng)采集的模擬量信號，對傳來的信號進行處理，并與IPC或同級的控制器進行信息數(shù)據(jù)通信，接收管理子系統(tǒng)傳來的指令，通過邏輯運算和控制電路操控設備運行，實現(xiàn)自動控制。

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)行設備和控制箱等。其中，傳感器負責采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，變送器負責實現(xiàn)所采集的模擬信號與計算機系統(tǒng)的數(shù)字信號相互轉換，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)行設備負責執(zhí)行PLC發(fā)來的控制信號，實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的直接控制。此外，還包括各種流量計、電磁液位計、壓力表等儀表。

二 上位機監(jiān)控系統(tǒng)的設計

上位機監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控設備和監(jiān)控組態(tài)軟件組成。

1.監(jiān)控設備

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

2.組態(tài)軟件

監(jiān)控組態(tài)軟件處在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，為用戶提供快速構建工業(yè)自動控制系統(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驅動程序從現(xiàn)場I/O設備獲得實時數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行加工后，一方面以圖形方式直觀地顯示在計算機屏幕上;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設備，對執(zhí)行機構實施控制或調整控制參數(shù)。儲存歷史數(shù)據(jù)，并對歷史數(shù)據(jù)檢索的請求給予響應。當報警發(fā)生時，及時將報警以聲音、圖像的方式通知給操作人員，并記錄報警的歷史信息，以備檢索。根據(jù)控制系統(tǒng)的要求及性價比等方面的考慮，本系統(tǒng)使用組態(tài)王7.0作為監(jiān)控組態(tài)軟件。

三 下位機控制系統(tǒng)的設計

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雜，處理工藝地理位置分散，控制點數(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)場分別設置細格柵間、配電室、污泥濃縮脫水間三個PLC控制站。

四 通信系統(tǒng)的設計

本系統(tǒng)采用多級分布式控制，這就要求構成控制系統(tǒng)的PLC要有通信及網(wǎng)絡的功能。PLC網(wǎng)絡通信就是將數(shù)據(jù)信息通過適當?shù)膫魉吐肪€從一臺PLC傳送到另一臺PLC，或在PLC與計算機之間交換信息。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，經(jīng)試驗測試通信效果良好。

五 總結與展望

本文結合污水處理全過程控制的實際情況，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)、儀表等進行實時監(jiān)測，根據(jù)智能決策系統(tǒng)發(fā)出的指令精確控制設備，提高了污水處理系統(tǒng)的智能化程度，使系統(tǒng)運行更加安全穩(wěn)定，降低了能耗和人工，提高了效率和產(chǎn)出，對實現(xiàn)污水處理廠運行的全智能控制有較高的實用價值。

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