基于IPC+PLC的污水處理智能控制系統設計

馮嚴冰

(常州廣播電視大學，江蘇 常州 213001)

隨著技術的發展，智能控制技術在工業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。污水處理對環境保護和社會發展的作用日益突出，而污水處理過程的自動化監測與控制是該行業發展的一個重要課題，本文將智能控制系統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。

一 控制系統總體設計

污水處理過程復雜，需監測和控制的項目多，且流程長、距離遠，故該過程的自動控制所需系統規模較大，對硬件、組網、通信等要求較高。通過對各種控制系統的比較，結合該控制過程的實際需求，本設計采用由工業計算機(IPC)和可編程控制器(PLC)組成的控制系統。

該控制系統符合污水處理“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，能實現智能控制。本控制系統由管理子系統、控制子系統、現場子系統構成。

1.管理子系統

管理子系統以IPC為核心處于中央控制室內，主要功能是監控污水處理全過程中各工藝參數和設備狀態，并管理各環節的運行。通過該系統的IPC可以對控制系統的軟件進行開發調試，對系統參數進行修改，可實時監控全過程各環節，自動處理實時采集的數據，智能決策，并發布控制指令。為防止意外，設計配置二臺IPC，互為備用，確保系統能連續運行，同時配置顯示設備，能將系統中的工藝流程、設備運行狀態、參數變化趨勢、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控。

2.控制子系統

控制子系統主要用PLC構建，主要功能是接收由現場子系統采集的模擬量信號，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據通信，接收管理子系統傳來的指令，通過邏輯運算和控制電路操控設備運行，實現自動控制。

3.現場子系統

現場子系統主要包括各類傳感器、變送器、執行設備和控制箱等。其中，傳感器負責采集現場數據，變送器負責實現所采集的模擬信號與計算機系統的數字信號相互轉換，并將采集數據傳送給管理子系統的IPC，將控制信號傳給各現場控制站PLC。執行設備負責執行PLC發來的控制信號，實現對現場設備的直接控制。此外，還包括各種流量計、電磁液位計、壓力表等儀表。

二 上位機監控系統的設計

上位機監控系統由監控設備和監控組態軟件組成。

1.監控設備

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

2.組態軟件

監控組態軟件處在自動控制系統監控層一級的軟件平臺和開發環境，為用戶提供快速構建工業自動控制系統監控功能的、通用層次的軟件工具。組態軟件通過I/O驅動程序從現場I/O設備獲得實時數據，對數據進行加工后，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，對執行機構實施控制或調整控制參數。儲存歷史數據，并對歷史數據檢索的請求給予響應。當報警發生時，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。根據控制系統的要求及性價比等方面的考慮，本系統使用組態王7.0作為監控組態軟件。

三 下位機控制系統的設計

本控制系統采用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，控制點數多，控制要求高等因素，本控制系統選用西門子的S7-400PLC。

以就近和單元控制為劃分區域的原則，根據污水處理各工藝流程位置分布、控制對象的數量，在現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 通信系統的設計

本系統采用多級分布式控制，這就要求構成控制系統的PLC要有通信及網絡的功能。PLC網絡通信就是將數據信息通過適當的傳送路線從一臺PLC傳送到另一臺PLC，或在PLC與計算機之間交換信息。經對比分析本系統選用工業以太網作為通信網絡，經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，對污水處理各工藝段現場的狀態、參數、儀表等進行實時監測，根據智能決策系統發出的指令精確控制設備，提高了污水處理系統的智能化程度，使系統運行更加安全穩定，降低了能耗和人工，提高了效率和產出，對實現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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