OPC技術(shù)在城市污水處理控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

趙芳

摘要：目前，污水處理工程越來越受到人們的重視，加之工業(yè)自動化水平的逐步提高及計算機技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人們對于控制系統(tǒng)的通用性及靈活性的要求也越來越高。為了確保污水處理自動控制系統(tǒng)得以持續(xù)穩(wěn)定的運行，設(shè)計一套基于OPC技術(shù)的污水處理控制系統(tǒng)尤為必要。基于此，筆者結(jié)合工程實例，重點論述了OPC技術(shù)在城市污水處理控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：OPC技術(shù)；城市污水處理；控制系統(tǒng)；應(yīng)用研究

一、OPC技術(shù)概述

通常企業(yè)會選用不同廠家的硬件設(shè)備用于控制系統(tǒng)中，但是不同廠商所生產(chǎn)的設(shè)備之間的通訊協(xié)議是不兼容的，這樣就導(dǎo)致通訊相對比較復(fù)雜。作為自動化系統(tǒng)的廠商則希望能夠?qū)⒉煌瑥S家的軟硬件產(chǎn)品集成到一起，實現(xiàn)不同廠家設(shè)備之間的相互通信及相互操作，并且能夠?qū)⒐I(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)從車間直接匯入到企業(yè)整個信息系統(tǒng)之中。因此，企業(yè)在綜合自動化的過程中更加關(guān)注實時數(shù)據(jù)的有效、可靠、實時及高效的獲取。OPC技術(shù)就是在這種時代背景之下產(chǎn)生的。OPC（OLE（Object Linking and Embedding）for Process Control，一一用于過程控制的OLE）作為軟硬件的一個中間件，就能夠解決上述所出現(xiàn)的問題，其為工業(yè)數(shù)據(jù)通訊提供了一種標(biāo)準(zhǔn)。

OPC技術(shù)是在微軟的OLE/COM技術(shù)的基礎(chǔ)之上發(fā)展而來的一項技術(shù)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)，其主要運用的是Client/Server模型，該模式具有語言無關(guān)性、易于集成性及代碼重用性等特點，同時其明確了一組COM對象和其雙接口的定義。OPC的服務(wù)器同時也可以成為OPC的數(shù)據(jù)源，其數(shù)據(jù)的使用者主要是OPC應(yīng)用程序。PLC、DCS及條形碼讀取器等控制設(shè)備均可以作為數(shù)據(jù)源，且其他的應(yīng)用程序或者是數(shù)據(jù)庫也可以作為數(shù)據(jù)源。針對不同構(gòu)成的控制系統(tǒng)，OPC服務(wù)器不僅可以是和OPC應(yīng)用程序在同一臺計算機上運行的本地的OPC服務(wù)器，還可以是在其他計算機上運行的遠(yuǎn)程的OPC服務(wù)器。一個客戶程序能夠同時和一個或者是多個廠商提供的OPC服務(wù)器進行連接。

OPC技術(shù)的誕生主要是為了解決現(xiàn)場管理層和過程管理之間的通信標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計的一種標(biāo)準(zhǔn)或者是規(guī)范，它為過程管理客戶端和現(xiàn)場數(shù)據(jù)源之間進行通信提供了一種標(biāo)準(zhǔn)模式。作為硬件生產(chǎn)廠商，主要的任務(wù)是開發(fā)設(shè)備數(shù)據(jù)的訪問接口，也就是數(shù)據(jù)的采集端口，并稱之為OPC Server，該部分封裝了針對具體硬件設(shè)備的數(shù)據(jù)通信邏輯，提供標(biāo)準(zhǔn)的OPC接口供客戶訪問，從而完全實現(xiàn)了軟/硬件的隔離。而由軟件開發(fā)商來負(fù)責(zé)創(chuàng)建服務(wù)器的對象及訪問服務(wù)器所支持的接口，即客戶程序端，視為OPC Client。

二、應(yīng)用實例

（一）污水處理工藝

某城區(qū)的污水處理主要采取一級處理和二級處理兩種處理工藝。一級處理主要是運用物理法將污水中的懸浮物及部分的有機物取出，具體做法如下：首先將管網(wǎng)中的污水排放到控制井中，進而有效條件污水量和水質(zhì)，確保污水的處理時限穩(wěn)定平衡的運轉(zhuǎn)。接著分別利用粗細(xì)格柵來截阻顆粒較大的懸浮物。最后利用重力分離的原理，在沉砂池中將污水中所包含的砂粒及礦渣等無機顆粒進行分離，并利用吸砂機將沉砂吸出，再送至砂水分離器當(dāng)中。

二級處理是基于一級處理的基礎(chǔ)之上，主要是采取物化法將污水中的膠體和溶解性物質(zhì)去除，其主要是采用CASS池工藝生化處理，CASS池包含了厭氧池、好氧池及沉淀池等。首先在厭氧區(qū)處理一級處理后的污水，利用厭氧池中的污泥來吸收污水當(dāng)中的部分有害物質(zhì)，然后將污水放進好氧池中，利用鼓風(fēng)機來提供微生物所需要的氧氣，并和池內(nèi)的活性污泥進行混合成為混合液；接著在曝氣池當(dāng)中對其進行連續(xù)且充分的曝氣；然后將污水放入沉淀池當(dāng)中，沉淀之后的污泥流入污泥濃縮池當(dāng)中進行處理，并將沉淀雜質(zhì)比較少的上清液通過污泥回流泵送至厭氧池進行循環(huán)處理。最終經(jīng)過CASS池、接觸池并進行加氯消毒之后，該污水已經(jīng)達到了國家的排放標(biāo)準(zhǔn)。

（二）污水處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在該城區(qū)的污水處理自動系統(tǒng)中，依據(jù)其污水處理工藝、構(gòu)筑物及整體控制的需求，其自動控制系統(tǒng)總共設(shè)置了3個現(xiàn)場PLC監(jiān)控站及1個中心控制室，以便于實現(xiàn)分散檢測及控制和集中顯示管理。其中污水處理過程中的粗格柵和污水提升泵房的控制、變配電室的控制室及污泥脫水機房控制室等主要由3個現(xiàn)場監(jiān)控站進行監(jiān)督管理；并在廠區(qū)綜合辦公樓內(nèi)設(shè)置中心控制室，且中央控制室當(dāng)中的中央監(jiān)控機能夠監(jiān)視整個廠區(qū)各個工藝設(shè)備的運行情況、工藝過程中的相關(guān)參數(shù)、主要設(shè)備的控制機事故報警和主要參數(shù)的越限報警等。下位機系統(tǒng)采用PLC，上位機系統(tǒng)采用IPC（工業(yè)PC機）。

該污水處理自動控制系統(tǒng)主要采用的是集散型的控制系統(tǒng)，也就是分別由上位機、通信網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場控制站（PLC可編程的控制器）和就地控制盤共同組成。在就地控制室內(nèi)設(shè)置各個現(xiàn)場控制站，且各個現(xiàn)場控制站主要是將收集到的各種參數(shù)及信號傳輸至中央監(jiān)控管理計算機，同時接收上位機的指令。如果上位機系統(tǒng)出現(xiàn)故障，則整個自動控制系統(tǒng)依然可以依照預(yù)先編好的程序來控制整個轄區(qū)內(nèi)的設(shè)備。就地控制盤直接設(shè)置在被控設(shè)備的附近，其主要作為工藝設(shè)備成套的控制裝置，并具備3種主要的控制功能：第一，就地手動控制，主要用于自動控制系統(tǒng)發(fā)生故障或者需要檢修的時候；第二，遠(yuǎn)程遙控控制，通常用于異常情況下的控制，操作員主要在中心控制室直接進行控制；第三，自動控制。該種情況主要用于系統(tǒng)自動運行的模式之下。以上三種控制模式在實際運用當(dāng)中，其控制的級別由高至低依次為：現(xiàn)場手動控制、遙控控制、自動控制。

（二）OPC技術(shù)的通信實現(xiàn)

在該污水處理工程中，主要選用的是西門子及羅克韋爾公司所生產(chǎn)的PLC作為OPC Server，并且在上位機當(dāng)中開發(fā)了OPC Client，并實現(xiàn)了這2種PLC之間的互操作。西門子公司為S7-300/400提供的OPC Server接口集成在Simatic Net軟件包內(nèi)，所以可直接利用S7系統(tǒng)提供的OPC Server；同時，在PC機上創(chuàng)建OPC服務(wù)器，并采用Simatic Net軟件建立Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了OPC服務(wù)器與S7 300 /400系列PLC輸入、輸出接口點對點的連接。

RSL inx是AB可編程控制器在Windows環(huán)境下建立工廠所用通信方案的工具，它不僅提供了多種網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序，而且提供了快速的OPC，DDE和Custom C /C++接口。在項目的具體實施過程中，采用VB軟件編寫OAPC客戶端應(yīng)用程序，實現(xiàn)了上位機與Logix5550控制器之間的通信。

首先在WinCC中組態(tài)監(jiān)控畫面，再在Logix5000中進行I/0組態(tài)及控制程序編寫，然后在RSL inx中配置通信驅(qū)動，最后采用OPC技術(shù)實現(xiàn)RSL inx與W inCC之間的通信以及AB PLC與s7-300 PLC之間的互操作。待RSL inx配置完后，再到W inCC里新建用于監(jiān)控的變量，最后利用RSL inx中Edit單下的Copy /DDE OPC Link功能，找到所需的通信地址、OPC鏈接格式。逐個建立完這種鏈接后，即可在WinCC里像使用本地直接鏈接的變量一樣使用通過OPC鏈接的變量。

總之，在本城區(qū)污水處理工程中，充分利用OPC技術(shù)所開發(fā)出的智能控制系統(tǒng)，有效降低了系統(tǒng)造價成本，確保了通信網(wǎng)絡(luò)具備較好的兼容性及穩(wěn)定性，并有效實現(xiàn)了不同廠商設(shè)備之間的無縫集成，且確保了通信的時效性和快速性，因此OPC技術(shù)在污水處理工程中的應(yīng)用值得大力推廣。

參考文獻：

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