引言

　　為減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度和實(shí)現(xiàn)無人值守自動(dòng)化監(jiān)控，就需要控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程采集和設(shè)備的集中監(jiān)控贡按∥捶埽控制核心設(shè)備對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行本地或遠(yuǎn)程的自動(dòng)控制，并對工藝流程進(jìn)行全面矫震、實(shí)時(shí)的監(jiān)控顯示裁甘，為生產(chǎn)、調(diào)度和管理提供必要的數(shù)據(jù)控屡。

1. 導(dǎo)語

　　火力發(fā)電廠工業(yè)廢水水量大区蛹，污水種類較多，水質(zhì)差別較大阴默，為了最大程度實(shí)現(xiàn)廢水的重復(fù)利用和節(jié)約廢水處理成本缺沿，火力發(fā)電廠工業(yè)廢水處理系統(tǒng)一般實(shí)行清污分流處理。采用PLC將分散的工業(yè)設(shè)備組合起來形成智能工業(yè)網(wǎng)絡(luò)稚补，實(shí)現(xiàn)了污水處理的精確控制童叠、智能診斷和實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2. 現(xiàn)代化污水處理系統(tǒng)的基本要求

　　2.1 遠(yuǎn)程采集與集中監(jiān)控

　　工業(yè)污水處理設(shè)備分布于不同的車間或區(qū)域课幕，使得控制系統(tǒng)I/O點(diǎn)特別分散厦坛。為減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度和實(shí)現(xiàn)無人值守自動(dòng)化監(jiān)控，就需要控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程采集和設(shè)備的集中監(jiān)控乍惊《沤眨控制核心設(shè)備對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行本地或遠(yuǎn)程的自動(dòng)控制，并對工藝流程進(jìn)行全面润绎、實(shí)時(shí)的監(jiān)控顯示撬碟，為生產(chǎn)、調(diào)度和管理提供必要的數(shù)據(jù)莉撇。

　　2.2 控制核心高度集成化呢蛤、模塊化

　　控制系統(tǒng)高度集成化、模塊化棍郎，系統(tǒng)能夠滿足數(shù)據(jù)采集與傳輸其障、邏輯運(yùn)算，數(shù)據(jù)處理的要求恃感。污水處理大部分是對輸水泵和配水泵的邏輯控制斜曾，閉環(huán)控制只用在出水壓力控制上，而邏輯控制是可編程序控制器PLC的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域侦需。PLC不僅能夠采集開關(guān)量信號南椒、完成邏輯控制范咖，其強(qiáng)大的模塊化設(shè)計(jì)還可以擴(kuò)展模擬量采集模塊、通信模塊完成不同數(shù)據(jù)的采集和保證數(shù)據(jù)的及時(shí)傳輸估宏，另外PLC兼容性高投充、抗干擾能力強(qiáng)、功能擴(kuò)展簡單芙卸，因此使PLC成為目前工業(yè)控制系統(tǒng)的首選控制器敷液。

　　2.3 自我診斷、報(bào)表生成后摧、自我恢復(fù)等智能化功能

　　通過對控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集進(jìn)行分析處理粱祟，判斷系統(tǒng)運(yùn)行情況，記錄系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)咙驾。當(dāng)系統(tǒng)根據(jù)采集數(shù)據(jù)分析判斷設(shè)備故障時(shí)持偏，控制器自動(dòng)運(yùn)行保護(hù)程序，發(fā)出聲光報(bào)警信號并生成報(bào)表氨肌。當(dāng)技術(shù)人員排除現(xiàn)場設(shè)備故障后鸿秆，控制器根據(jù)操作人員操作信號，自動(dòng)恢復(fù)系統(tǒng)運(yùn)行怎囚。目前先進(jìn)的控制系統(tǒng)可以根據(jù)系統(tǒng)故障級別和分類卿叽，將故障信息分類發(fā)送到各個(gè)部門。

　　2.4 可靠恳守、高速的傳輸介質(zhì)

　　分布式智能控制系統(tǒng)的基本條件是具有可靠考婴、高速的傳輸介質(zhì)。傳輸介質(zhì)目前有屏蔽雙絞線催烘、光纖沥阱、無線電臺、工業(yè)以太網(wǎng)等形式伊群。隨著各種儀表的智能化考杉，大多數(shù)智能儀表都帶有通信接口和控制器連接，采用通信的方式舰始，通過傳輸介質(zhì)一次性采集多組數(shù)據(jù)成為智能儀表的發(fā)展方向奔则。考慮本系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)分散的特點(diǎn)滋箫，而且現(xiàn)場具有大變頻和大電機(jī)等干擾源，采用有線很難繞開這些干擾哩晕，所以采用無線通訊箕径，考慮無線以太網(wǎng)的高頻特性，需投入較大做信號傳遞和覆蓋冯爷，故決定用無線低頻通訊方式迅督，采用工業(yè)等級的支持工業(yè)通訊ASCII協(xié)議的無線模塊陪罕。本系統(tǒng)采用賽遠(yuǎn)的工業(yè)無線通訊模塊SY-WT6，該模塊支持MODBUS通訊胃症，也支持ASCII通訊将借。

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3. 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　污水處理站環(huán)境惡劣，操作和維護(hù)人員在中控室完成對整個(gè)污水站監(jiān)控肢椅，并根據(jù)現(xiàn)場狀態(tài)及時(shí)維護(hù)讽椿。污水站控制系統(tǒng)由PLC、變頻器害唧、壓力傳感器及上位機(jī)組成朗涩。本系統(tǒng)的控制核心為SIEMENS S7-300，硬件主要由電源绑改、CPU谢床、數(shù)字量輸入輸出、模擬量輸入厘线、通信單元等模塊組成识腿。控制系統(tǒng)主要完成數(shù)字造壮、模擬信號采集渡讼，邏輯分析和控制，數(shù)字费薄、模擬信號輸出硝全，數(shù)據(jù)通信控制等功能。變頻器根據(jù)管網(wǎng)壓力結(jié)合自帶PID功能對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速楞抡，保持管網(wǎng)壓力恒定伟众。控制系統(tǒng)及污水處理狀態(tài)采集到PLC中召廷，通過WINCC在工業(yè)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)顯示凳厢。

4. 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　程序的編制采用模塊化結(jié)構(gòu)，針對污水處理的特點(diǎn)二焰，把程序設(shè)計(jì)為電機(jī)控制子程序纹站、參數(shù)采集程序、系統(tǒng)報(bào)警子程序和安全保護(hù)程序等谣旨。由于本系統(tǒng)設(shè)備比較集中泌位，主控制采用SIEMENS公司S7-300控制器，因此系統(tǒng)采用SIEMENS通信模塊CP340將污水處理各個(gè)單獨(dú)的設(shè)備組成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)尘蟋。CP340通信處理是Siemens公司提供的串行通信的低成本解決方案酒妄，是Siemens公司PLC與其他智能終端進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的橋梁。

　　系統(tǒng)通信子程序是軟件中的重要部分巍也，對變頻器和反應(yīng)池的檢測和控制蜜硫、故障代碼采集都采用通信的方式极胸，一根通信電纜一次性采集、傳輸多組數(shù)據(jù)谚碌，減少電氣連線和信號干擾眯穴，已成為智能儀表的發(fā)展方向。

　　該通信模塊提供了三種不同形式的傳輸接口：

　」懔稀①砾脑、RS232C

　　②性昭、20mA（TTY）

　±怪埂③、RS422／RS485

　　但每個(gè)CP340只提供一種接口形式糜颠。該模塊可以實(shí)現(xiàn)三種通信協(xié)議ASC II碼汹族，3964（R）和打印機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過集成在STEP 7中的參數(shù)化工具可進(jìn)行簡單的參數(shù)化其兴，其設(shè)置主要包括通信方式（波特率顶瞒、數(shù)據(jù)位數(shù)、停止位數(shù)和奇偶校驗(yàn)）元旬、接收幀結(jié)束方式榴徐、接口方式等，編程人員要關(guān)注的是根據(jù)智能儀表的通信協(xié)議編寫程序匀归。CP340使用自由口模式與這些設(shè)備進(jìn)行信息互換坑资。自由口通信是通過用戶程序控制通信口的操作模式。利用自由口模式毯舞，可以實(shí)現(xiàn)通信連接多種智能設(shè)備爹故。STEP 7中的功能塊FB2（P_RCV）和FB3（P_SEND）是系統(tǒng)自帶的專為CP340提供的通信功能塊，利用STEP7自帶的功能塊可以減少編程時(shí)間降低編程難度沥院。

　　采用CP340主從站妹茬、半雙工的通信方式時(shí)，通信子程序考慮：

　∑取①泳唇、采用半雙工的通信方式，在每個(gè)時(shí)刻總線上只能有一個(gè)站處于接收或發(fā)送狀態(tài)殃描。由于主夜勋、從站的工作方式為主站主動(dòng)、從站完全被動(dòng)扒哩，所以在程序中當(dāng)主站成功發(fā)送完控制命令后聚伤，應(yīng)該給予從站足夠的時(shí)間反應(yīng)主站命令。

　　②袭靶、對每次接收的數(shù)據(jù)都應(yīng)該進(jìn)行校驗(yàn)，保證接收的數(shù)據(jù)的正確性從而避免系統(tǒng)發(fā)生誤動(dòng)作威恼。

　∑沸铡③、當(dāng)診斷系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤立即置位標(biāo)識位箫措，給出相應(yīng)的報(bào)警信息腹备，并且根據(jù)報(bào)警信息自動(dòng)對該報(bào)警信息給予分類，對重故障作停車檢修斤蔓。設(shè)備故障時(shí)植酥，對此設(shè)備停車并且屏蔽此設(shè)備，程序?qū)⒉辉僭L問該設(shè)備弦牡，這樣可以大大節(jié)省由于多次重復(fù)對故障設(shè)備通信所帶來的程序執(zhí)行時(shí)間過長友驮。

　　④驾锰、每次發(fā)送新信息前卸留，確保接收緩沖器中的內(nèi)容取走，并且應(yīng)對接收緩沖區(qū)和接收緩沖區(qū)清零椭豫。電動(dòng)機(jī)控制程序依據(jù)管網(wǎng)實(shí)際壓力值耻瑟，自動(dòng)切換電機(jī)（即變頻器頻率出現(xiàn)工頻或者最低PI調(diào)節(jié)頻率時(shí)）。因此采集的管網(wǎng)壓力值的可靠性尤為重要宛殉，壓力取自管網(wǎng)的壓力傳感器溃墨，其傳輸線較長，并且經(jīng)過干擾較大的變頻器等設(shè)備希镶，所以在使用雙絞屏蔽線的基礎(chǔ)上必須經(jīng)過軟件濾波等處理擂益。精確判斷管網(wǎng)壓力，大大減少了切換泵的次數(shù)窒埃，且采用了變頻器不僅提高了系統(tǒng)的安全性也克服了電機(jī)起動(dòng)時(shí)的大電流沖擊诺订。系統(tǒng)報(bào)警子程序是對系統(tǒng)所有的告警信號處理程序，例如電源故障宽考、蓄水池水位超限马榆、電動(dòng)機(jī)溫度超溫、變頻器故障和PLC模塊故障等啃碗。由于選用了具有中斷能力的數(shù)字量和模擬量輸入模塊庞吆，所以當(dāng)硬件檢測到現(xiàn)場故障信號時(shí)，便自動(dòng)執(zhí)行硬件中斷處理程序塊（OB40）荞看，對故障進(jìn)行判別并按故障級別作相應(yīng)處理弄察。

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　　上位機(jī)采用組態(tài)軟件WinCC，針對串口操作，可以通過調(diào)用編寫好的VB串口通訊程序來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換芦倒，也可以用全局腳本VBS實(shí)現(xiàn)對串口的訪問艺挪，在WINCC圖形編輯器中調(diào)用Active X控件MSComm，如添加按鈕兵扬，按鈕鏈接了一個(gè)VBS鼠標(biāo)動(dòng)作麻裳，主要是對串口進(jìn)行初始化。在MSComm中組態(tài)了一個(gè)oncomm事件器钟，利用事件觸發(fā)的形式對串口進(jìn)行讀寫操作津坑。在按鈕1的鼠標(biāo)事件中做端口初始化，具體代碼如下：

　　Sub procedure20

　　‘打開串口

　　Dim objMSComm1

　　Dim tagConnection

　　Set objMSComm1 = HMIRuntime.Screens（“Main”）.ScreenItems（“MSComm1”）

　　Set tagConnection = HMIRuntime.Tags（“Connection”）

　　If objMSComm1.PortOpen = False Then

　　(暫不可見)mport = 1

　　objMSComm1.Settings = “9600傲霸，e疆瑰，7，1”

　　objMSComm1.InputLen = 0

　　objMSComm1.PortOpen = True

　　tagConnection.Write（True）

　　HMIRuntime.Trace（“Port open.” & vbCrLf）

　　Else

　　HMIRuntime.Trace（“Port is already opened.” & vbCrLf）

　　End If

　　End Sub

　　Sub procedure1（）

　　‘關(guān)閉串口

　　Dim objMSComm1昙啄， tagConnection

　　Set objMSComm1 = HMIRuntime.Screens（“Main”）.ScreenItems（“MSComm1”）

　　Set tagConnection = HMIRuntime.Tags（“Connection”）

　　If objMSComm1.PortOpen = True Then

　　objMSComm1.PortOpen = False

　　tagConnection.Write（False）

　　HMIRuntime.Trace（“Port close.” & vbCrLf）

　　End If

　　End Sub

5. 污水站系統(tǒng)特點(diǎn)

　∧乱邸（1）可靠的控制策略。遠(yuǎn)程自動(dòng)控制跟衅、遠(yuǎn)程手動(dòng)控制踪觉、就地控制三種控制方式保證系統(tǒng)安全啟停。變頻器载呢、電機(jī)等設(shè)備都具有獨(dú)立的控制且能夠相互備用撕第，即可以在自動(dòng)方式下實(shí)現(xiàn)任意組合的連鎖控制，又能在手動(dòng)方式下獨(dú)立控制取蓝。

　∽ド睢（2）形象的監(jiān)控見面，強(qiáng)大的報(bào)表功能芥斋。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)顯示污水處理工藝流程圖斟记、設(shè)備運(yùn)行情況、運(yùn)行趨勢圖趋沧、故障報(bào)警畫面等盈械。操作人員通過這些畫面可以全面的了解污水處理運(yùn)行情況，方便對設(shè)備進(jìn)行操作妻诚。大大降低操作人員工作強(qiáng)度案贩。

6. 結(jié)束語

　　基于PLC、變頻器愤厦、無線通訊等設(shè)備組成的污水處理工業(yè)網(wǎng)絡(luò)攒庵，很好的滿足了現(xiàn)代化污水處理需求。采用Siemens公司的S7-300系列控制器败晴，通過串口通訊功能浓冒，根據(jù)現(xiàn)場的不便布線特點(diǎn)，采用工業(yè)無線通訊，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集與集中監(jiān)控功能稳懒，大大降低了污水處理成本闲擦，目前該系統(tǒng)運(yùn)行效果良好。

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