李慕潔 董國軍 史建華
（甘肅金橋給水排水技術(shù)與工程有限公司設(shè)計院   730030）

摘  要：通過現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在實際污水處理工程中的一個應(yīng)用案例，闡述了基于Interbus現(xiàn)場總線技術(shù)在污水處理工程中的設(shè)計方法及應(yīng)用。
Abstract: An example of fieldbus technology system applied in wastewater treatment is given .The method and application of design in wastewater treatment Base on Interbus fieldbus technology is introduced.

關(guān)鍵詞：Interbus  現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)  污水處理 軟件
Key word： Interbus  fieldbus  Control System  Wasteater Treatment  Software

引言

    隨著我國的環(huán)保事業(yè)迅速發(fā)展,工業(yè)廢水、生活污水的凈化處理成為當(dāng)務(wù)之急。投資少、運行靈活的生物曝氣濾池技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。生物曝氣濾池是當(dāng)今世界污水處理研究試驗的新技術(shù)。國外從20世紀初開始進行研究，于20世紀80年代末基本成型，近年來隨著自動化技術(shù)、設(shè)備及在線監(jiān)測儀表的發(fā)展，使得對污水處理的自動化成為可能。同時對污水處理工藝進行自動化監(jiān)測和實時控制是提高污水處理效率，降低加藥量、降低能耗的關(guān)鍵。一般采用以PLC為核心的工藝過程自動監(jiān)控系統(tǒng)，實時控制鼓風(fēng)機、水泵、電動閥等設(shè)備及反應(yīng)段時間，曝氣時間、強度，反沖洗時間及強度等，使水質(zhì)達到國家規(guī)定的排放標準。
由此可見，污水處理是一個多參量（如液位，水質(zhì)成份，溫度、壓力、流量）、多任務(wù)（如污水輸送、風(fēng)量控制、反沖水量控制、水泵的啟停等）、多設(shè)備（如格柵機、水泵、鼓風(fēng)機、閥門等）且具有隨機性、時變性和耦合性的復(fù)雜系統(tǒng)。因此污水處理應(yīng)由一個智能監(jiān)控與綜合管理系統(tǒng)來進行現(xiàn)代化的管理，使之安全可靠地運行。

1、現(xiàn)場總線技術(shù)

    在污水處理廠中，現(xiàn)場控制設(shè)備分布范圍比較廣，如果采用傳統(tǒng)的控制方案，勢必要敷設(shè)大量的控制和信號電纜，浪費大量的人力和物力，十分不經(jīng)濟。同時使系統(tǒng)復(fù)雜，可靠性降低。采用目前比較流行的現(xiàn)場總線技術(shù)，可以降低成本，同時提高系統(tǒng)的可靠性，使系統(tǒng)易于擴展和維護。InterBus是一種國際性的開放式的現(xiàn)場總線標準。目前世界上多數(shù)自動化生產(chǎn)廠家都為它們的自動化設(shè)備提供InterBus通訊接口。InterBus已廣泛地應(yīng)用于加工制造、過程控制是一項成熟的技術(shù)。使用InterBus總線模塊用于分布式控制系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳輸可以取代昂貴的24V或4～20mA并行信號線，并解決車間級普通的通信任務(wù)，提供大量數(shù)據(jù)通信服務(wù)，提供中等任務(wù)的傳輸速度。

2、系統(tǒng)組成及功能設(shè)計

    現(xiàn)代化的污水處理系統(tǒng)需要實現(xiàn)管理與控制一體化、實現(xiàn)辦公自動化。控制系統(tǒng)不僅與下層控制設(shè)備有良好的接口，而且具有與上層管理系統(tǒng)集成的接口，同時具有可擴展性。所以現(xiàn)代化污水處理系統(tǒng)要求在底層采用現(xiàn)場總線或者工業(yè)以太網(wǎng)等技術(shù)，上層則選用優(yōu)秀的監(jiān)控組態(tài)軟件。為了加強系統(tǒng)的可靠性，使整個系統(tǒng)長時間無故障地運行，需要采用冗余和容錯技術(shù)。根據(jù)全集成自動化（Totally Integrated Automation）的思想，將污水廠控制系統(tǒng)分為管理級、控制級、現(xiàn)場級。

（1）管理級是系統(tǒng)的核心部分，完成對污水處理過程各部分的管理和控制，并實現(xiàn)廠級的辦公自動化。管理級提供人機接口，是整個控制系統(tǒng)與控制部分信息交換的界面。管理級的各臺計算機具有相互通訊功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和共享。考慮到管理層功能結(jié)構(gòu)的層次性和可分割性，采用客戶／服務(wù)器的體系結(jié)構(gòu)。服務(wù)器選用大型的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系數(shù)據(jù)庫，滿足開放、分布式數(shù)據(jù)庫管理方法的要求。由服務(wù)器、管理部門計算機等站點的計算機組成的計算機辦公局域網(wǎng)。中央監(jiān)控計算機及車間級現(xiàn)場控制站組成廠區(qū)工業(yè)控制網(wǎng)，完成對各車間范圍內(nèi)的生產(chǎn)過程、儀表、設(shè)備的監(jiān)控與控制；本系統(tǒng)采用研華公司生產(chǎn)的兩臺工業(yè)計算機(操作員站及工程師站)互為備用，它們之間通訊協(xié)議是TCP/IP。
（2）控制級。控制級是實現(xiàn)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵，也是管理級與現(xiàn)場級之間的樞紐層，其主要功能是接愛管理層的參數(shù)或命令，對污水處理生產(chǎn)過程進行控制，同時將現(xiàn)場狀態(tài)送到管理層。控制器是整個系統(tǒng)的核心，所以在控制級中采用菲尼克斯公司的ILC350控制器，該控制器本自具有一個TCP/IP通訊接口，并通過分支模塊與遠程I／O模塊連接，遠程分布式I／O模塊與現(xiàn)場設(shè)備和傳感器通信。
（3）現(xiàn)場級。 現(xiàn)場級是實現(xiàn)系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)。現(xiàn)場級主要由一次儀表、控制設(shè)備組成。其功能主要是完成其范圍內(nèi)的生產(chǎn)過程、儀表、設(shè)備的監(jiān)視與監(jiān)測及并把監(jiān)測到的數(shù)據(jù)上傳；接受控制級的指令對執(zhí)行機構(gòu)進行控制。分布式配置意味著控制器、遠程I／O模塊和現(xiàn)場設(shè)備通過現(xiàn)場總線的信號電纜連接。每個控制點比較集中的控制現(xiàn)場配置一個遠程分布式智能I／O模塊IBS IL 24 BK，現(xiàn)場I／O信號直接輸入I／O模塊，每個IBS IL 24 BK模塊具兩個InterBus接口。
根據(jù)此設(shè)計思想和關(guān)鍵技術(shù)方案分析，在酒鋼集團榆中鋼廠污水廠的自動控制設(shè)計中采用系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)見圖1。
             圖 1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

3、上位組態(tài)軟件

    上位機系統(tǒng)要求：具有與多臺下位機系統(tǒng)通訊的能力，實時監(jiān)控多臺下位機的工作狀態(tài)，顯示生產(chǎn)過程中的工作曲線；具有遠程控制能力；向下位機采集數(shù)據(jù)，對歷史數(shù)據(jù)進行存儲、查詢、顯示、打印等。因此，在一個自動監(jiān)控系統(tǒng)中，投入運行監(jiān)控組態(tài)軟件是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集處理中心、遠程監(jiān)視中心和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)中心，處于運行狀態(tài)的監(jiān)視組態(tài)軟件與各種控制、檢測設(shè)備共同構(gòu)成快速響應(yīng)的控制中心。
選用北京亞控公司研發(fā)的KingView6.5組態(tài)軟件，該組態(tài)軟件的功能及特點是：
（1）友好的人機界面，控制操作方便。
（2）實時畫面顯示功能：用設(shè)計或?qū)嵉貓D片的方法生成圖形，實時地顯示某參數(shù)，顯示圖表包括：全廠平面圖，全廠工藝流程圖，各構(gòu)筑物的平面圖，各部分主要的工藝及設(shè)備狀況的動態(tài)模擬圖，趨勢分析圖，數(shù)據(jù)棒圖，狀態(tài)表，報警表，日報表，月報表。數(shù)據(jù)處理：利用在線數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行分析、統(tǒng)計、計算、顯示。
（3）報警功能：當(dāng)某一參數(shù)異常或設(shè)備故障時，可根據(jù)不同的報警類別，發(fā)出諸如聲、光報警、屏幕報警、輸入報警表、打印機輸出或播放事先錄制的語音提示，同時顯示相應(yīng)的提示信息和畫面，記錄在數(shù)據(jù)庫中，且可分等級。
（4）報表功能：生存并存貯年、月、日報表及運行參數(shù)報表。
（5）打印功能：各種報表打印、各種事件及報警實時打印。
（6）通訊功能：該組態(tài)軟件支持如DDE、OLE、ODBC、OPC和SQL等標準，可以提供多種方式與上層數(shù)據(jù)交換。

4、控制軟件編程

    軟件編程的主要依據(jù)為生產(chǎn)工藝提供控制的控制規(guī)律，同一種處理工藝可能會有不同的控制策略，根據(jù)對該污水廠的功能劃分共分三個功能塊：自動加藥控制、澄清池自動排泥控制、生物曝氣濾池控制。
（1）自動加藥控制：是指根據(jù)在線測得的水質(zhì)參數(shù)與設(shè)定參數(shù)形成閉環(huán)控制。每座澄清池配兩臺計量泵，一運一備，當(dāng)任何一臺泵事故時，備用泵自動投入運行，計量泵配變頻器，根據(jù)進水流量、進水濁度、出水濁度信號控制計量泵沖程及馬達轉(zhuǎn)速，從而達到控制加藥量的目的。
（2）澄清池自動排泥控制：是指根據(jù)在線測的水質(zhì)參數(shù)，澄清池泥界面及出水水質(zhì)實時調(diào)整排泥時間和排泥周期。
（3）生物曝氣濾池控制：根據(jù)近年來對生物曝氣濾池運行控制方式的研究，生曝氣濾工藝控制可分為水頭損失法和時間控制法，其中以水頭損失來控制生物曝氣濾池的的反沖洗，當(dāng)設(shè)有多格曝氣池時，配水平衡的準確度直接影響了反沖洗的效果，在實際運行過程中，要實現(xiàn)各池嚴格的配水平衡，難度較大，因此在實際工程案例中一般采用時間控制法。并通過上位機設(shè)置靈活的時間調(diào)整給定界面，是保證生物曝氣濾池高效運行很好的解決方案。

5、結(jié)束語
    在污水處理控制系統(tǒng)中采用現(xiàn)場總線改變了傳統(tǒng)的全模擬量傳輸方式，在現(xiàn)場總線級實現(xiàn)了數(shù)字傳輸，達到了提高信號傳送精度，增強了現(xiàn)場控制靈活性。該自動控制系統(tǒng)已在酒鋼集團榆中鋼廠污水廠、西北民族大學(xué)污水廠等投入運行，取得了良好的經(jīng)濟效益與社會效益。

參考文獻
1、陽憲惠.現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用。北京：清華大學(xué)出版社
2、菲尼克斯電氣：PCWORX3.03用戶手冊
3、《KINGVIEW version6.5使用手冊》北京亞控科技發(fā)展有限公司
4、崔光亮等《基于Profibus的SBR工藝污水處理自動控制系統(tǒng)》。給水排水 2003Vol 29 No 11