污水處理遠程集中控制系統(tǒng)設計研究

溫志軍

（北京中燕通科技開發(fā)有限公司，北京 102599）

1 系統(tǒng)概述

本污水處理遠程集中控制系統(tǒng)是一個縣級集中控制總站，通過Internet 網(wǎng)絡集中顯示、控制5 個鎮(zhèn)的污水廠的全部設備。5 個鎮(zhèn)的單一污水廠內(nèi)部可編程控制器作為主站；使用西門子EM277 模塊通過Profibus_DP 現(xiàn)場總線組成現(xiàn)場總線網(wǎng)絡。各鎮(zhèn)的污水廠分別配置一臺觸摸一體計算機和北京杰控科技有限公司的Fame View 組態(tài)軟件作為鎮(zhèn)級污水廠的總控制和操作系統(tǒng)。各鎮(zhèn)的可編程控制器利用國產(chǎn)的企業(yè)智能VPN（Virtual Private Network，虛擬專用網(wǎng)絡）網(wǎng)關通過跨區(qū)組網(wǎng)功能組成遠程局域網(wǎng)。通過在整個系統(tǒng)的硬件配置、地址分配、程序編制、狀態(tài)記錄、曲線記錄、報表打印等方面的統(tǒng)一標準。本系統(tǒng)的主網(wǎng)絡采用VPN 架設，分站的網(wǎng)絡采用ROFIBUS_DP 架設。

2 單一污水廠硬件配置

單一污水廠的硬件結(jié)構(gòu)包括ABB_AC500_PM573_ETH 主站、通過DC551-CS31 組成的遠程終端單元、西門子S7-200CPU+EM277 模塊做為4 個PLC 分站。上位機采用電阻觸摸的一體化工業(yè)電腦，在Windows 系統(tǒng)上安裝北京杰控科技有限公司的Fame View 組態(tài)軟件做為顯示和操作單元。用微軟的SQL Server 和Office 軟件做為數(shù)據(jù)庫平臺和報表打印的支持軟件。

為了總站能實現(xiàn)顯示和控制分站的功能，需要將通過通信方式獲取的數(shù)據(jù)分配給總站PLC 然后上傳給各個污水廠的上位機PC 的組態(tài)軟件中。這就需要分配一系列地址給各個硬件，以便能做到數(shù)據(jù)的一致性（表1）。

3 單一污水廠PLC 軟件編制

ABB_PLC 軟件編制可以使用ABB_Automation_Builder 軟件中集成的軟件來實現(xiàn)的。在ABB_Automation_Builder 中配置好硬件后，在CoDeSys 中定義全局變量名然后使用這些變量名編程。

表1 地址表分配

3.1 數(shù)字量輸入映射

（1）PLC 物理地址定義Excel 公式：=IF (變量注釋單元格=0,"",PLC 物理地址變量名單元格&" AT "&PLC 物理地址單元格&" :BOOL;(*"& 變量注釋單元格&"*)")

（2）上位機變量名定義Excel 公式：=IF (變量注釋單元格=0,"",上位機變量名單元格&" AT "& PLC_M 轉(zhuǎn)換地址單元格2&" :BOOL;(*"& 變量注釋單元格&"*)")

（3）=IF(變量注釋單元格=0,"",上位機變量名單元格&":="& PLC 物理地址變量名單元格&";(*"&變量注釋單元格&"*)")

3.2 數(shù)字量輸出映射

（1）PLC 物理地址定義Excel 公式：=IF (變量注釋單元格=0,"",PLC 物理地址變量名單元格&" AT "&PLC 物理地址單元格&" :BOOL;(*"& 變量注釋單元格&"*)")

（2）上位機變量名定義Excel 公式：=IF (變量注釋單元格=0,"",上位機變量名單元格&" AT "& PLC_M 轉(zhuǎn)換地址單元格2&" :BOOL;(*"& 變量注釋單元格&"*)")

（3）上位機和PLC 數(shù)據(jù)傳送Excel 公式：=IF(變量注釋單元格=0,"",PLC 物理地址變量名單元格&":="&上位機變量名單元格&";(*"&變量注釋單元格&"*)")

3.3 模擬量輸入映射

（1）PLC 物理地址定義Excel 公式：=IF (變量注釋單元格=0,"",PLC 物理地址變量名單元格&" AT "&PLC 物理地址單元格&" :INT;(*"& 變量注釋單元格&"*)")

（2）上位機變量名定義Excel 公式：=IF(變量注釋單元格=0,"",上位機變量名單元格&" AT "& PLC_M 轉(zhuǎn)換地址單元格2&" :INT;(*"& 變量注釋單元格&"*)")

（3）上位機和PLC 數(shù)據(jù)傳送Excel 公式：=IF(變量注釋單元格=0,"",上位機變量名單元格&":="& PLC 物理地址變量名單元格&";(*"&變量注釋單元格&"*)")

3.4 模擬量輸出映射程序

=IF(變量注釋單元格=0,"",PLC 物理地址變量名單元格&"AT "&PLC 物理地址單元格&" :INT;(*"& 變量注釋單元格&"*)")

3.5 故障和非遠程狀態(tài)復位程序

="IF "&自動變量名單元格&"=0 OR "&故障變量名單元格&"=1 THEN "&輸出變量名單元格&":=0;END_IF; (*"&輸出注釋單元格&"*)"

3.6 數(shù)字量聯(lián)鎖控制

首先利用Excel 公式的方法編制ST 語言程序，然后再利用CoDeSys 軟件轉(zhuǎn)換成LAD 程序，在LAD 程序里面做聯(lián)鎖控制。

3.7 其余的復雜控制

（1）提升泵頻率控制程序。提升泵頻率控制方法有3 種：手動設定頻率方式、液位隨動頻率控制方式、通過流量計閉環(huán)PID設定方式。采用手動控制方式時，提升泵頻率按手動設定頻率運行；采用液位控制頻率時候，提升泵按液位高低自動調(diào)整頻率運行。

（2）轉(zhuǎn)盤膜厚度測量及控制程序。每過2～3 h，用自動程序?qū)⒄{(diào)整轉(zhuǎn)盤的速度到測量頻率5 Hz，在此頻率下測量轉(zhuǎn)盤輸出功率。通過和對照值進行比較，以此來核定轉(zhuǎn)盤掛膜厚度的程序。膜厚測定后，再通過自動程序來控制轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速來控制生物轉(zhuǎn)盤的掛膜厚度。

（3）輸入模擬量整理功能FCN 指令的編制。ABB_AC500 系列PLC 模擬量輸入的數(shù)據(jù)類型是-32768～32767 的無符號整形，而CoDeSys 軟件識別的物理地址AI 是0～63535 的無符號整形，當物理信號小于零時候，由于位序的原因CoDeSys 輸入信號值將大于27648，這時就需要編制一個整理功能FCN 來保證信號的準確。

（4）低液位有水信號功能FCN 指令的編制。有水和無水直接要設定一個緩沖區(qū)間，比如100 mm，以免信號頻繁切換。這就要編制一個能自動實現(xiàn)這個功能的功能函數(shù)，以便頻繁調(diào)用。可以將這個函數(shù)叫做HAVE_WATER。這個函數(shù)輸出一個BOOL值，用這個值去控制潛水泵的啟停即可。

（5）分站模板PLC 程序編制。通過對變量有規(guī)律的命名，比如DI、DO、AI、AO、X、B、R、PLC、PC、以及序列號xxx 和注釋的配合，編制出第一個站點的程序代號A01_。其余的站點程序只需要變更一下IP 地址的網(wǎng)段即可。

4 單一污水廠程序的編制

4.1 上位機人機界面程序

用按鈕的標題做為設備的指示，按鈕的顏色紅綠做為設備啟停指示，按鈕下面的3 個短棒的顏色和閃爍功能做為遠程、運行、故障的指示。

4.2 報警及啟停記錄程序

利用Fame View 的變量報警功能對故障進行提醒、確認、記錄和查詢。將運行信號取反后，做為停止信號，即可利用變量報警功能編制出設備啟停時間的記錄程序。

4.3 數(shù)據(jù)報表程序

數(shù)據(jù)報表除了要做日、周、月、季年報等常規(guī)內(nèi)容以外，最好做一個設備運行的狀態(tài)和故障表。每1 h 記錄一個運行和故障狀態(tài)，以便能及時、直觀地發(fā)現(xiàn)所有設備運行和故障問題，這將對運行管理人員全面掌握水廠運行狀態(tài)大有益處。

5 全部污水廠系統(tǒng)組網(wǎng)

通過國產(chǎn)的企業(yè)級智能VPN（虛擬專用網(wǎng)絡）網(wǎng)關的跨區(qū)組網(wǎng)功能組成遠程局域網(wǎng)。各分站的網(wǎng)段不同，在總站能連接每個網(wǎng)段的IP 地址，將所有數(shù)據(jù)集中匯總。

6 總站程序編制

利用北京杰控的Fame View 組態(tài)軟件的監(jiān)控對象功能實現(xiàn)變量分組及畫面復用。每個變量都帶前綴Axx_（xx 是站點序號），先做出一個分站的畫面，然后用工具欄上的監(jiān)控對象替換的辦法做出其余分站的畫面。各個分畫面通過子畫面的方式切換即可。

7 結(jié)論及建議

（1）通過有規(guī)律的設定變量名能夠利用Excel 的公式功能快速的編制CoDeSys 軟件的全局變量表，結(jié)構(gòu)化文本ST 程序。

（2）用Excel 公式的方法直接編制故障和手動的時候復位輸出功能的程序，會使得程序的編制變得高效、可靠。

（3）通過CoDeSys 軟件的轉(zhuǎn)換功能將ST 語言的程序轉(zhuǎn)換成LAD 語言的程序，從而實現(xiàn)聯(lián)鎖控制。

（4）地址分配要事先約定好，有效利用有限的PLC 內(nèi)部繼電器資源，使得程序結(jié)構(gòu)合理，方便擴展和合作開發(fā)。

（5）復雜的控制功能要經(jīng)過長期的經(jīng)驗積累和時間才能做到，這些都是軟件制作人員的智慧的結(jié)晶。可以將這些功能制作成功能模塊，以便隨時調(diào)用。

（6）組態(tài)軟件的畫面制作時要定義監(jiān)控變量，利用監(jiān)控變量替換功能實現(xiàn)畫面復用，提高畫面的制作效率。