基于工業互聯網的污水處理自動控制系統

王愷

近年來，我國工業與農業的快速發展給自然環境帶來了重大污染，并且污染現象越來越嚴重，當前水系污染問題惡化、水資源日益枯竭，為了降低資源損失，避免環境繼續惡化，很多城市都興建了污水處理廠。我國污水處理廠絕大多數還處于傳統工業控制DCS/FCS系統階段，對數據的采集與分析由自控系統集成商根據所選PLC和監控組態軟件的品牌以及各自的經驗、習慣進行規劃與實施，很難做到對各水廠的處理數據進行綜合分析和共享。在工業互聯網發展的大背景之下，不改變底層PLC及組態軟件，用工業互聯網的新思路去研究污水廠的網絡構建、數據采集、數據處理，建立一個基于工業互聯網平臺架構的污水處理廠數據采集與應用系統。

一、系統總體結構

本系統由匯川AM610 PLC、匯川IT6100E-J 觸摸屏、匯川MD380變頻器、匯川AM600-RTU-D-J遠程控制器、康尼智能無線終端KNET-BOX、數字量輸入輸出、模擬量輸入輸出等組成，控制對象由各類電動機、液位壓力溫度流量等模擬信號、指示燈等組成。控制要求實現的是匯川AM610 PLC通過Profibus-DP 總線與遠程模擬量從站、匯川MD380變頻器之間的通信控制，可以對遠程液位、壓力、流量、溫度等模擬量進行采集，所采集到的數據通過智能無線終端KNET-BOX通過4G網絡上傳至云服務器，經過在工業互聯網配置軟件設置和云平臺組態配置后，能夠在網頁端監控到采集的數據。同時能夠通過PLC模擬量輸出對調壓模塊與比例閥進行控制，變頻器既可以通過DP通信控制，也可以通過電位器進行手動頻率的改變。其中匯川IT6100E-J 觸摸屏與PLC之間、上位計算機之間、康尼智能無線終端KNET-BOX之間實現互聯網通信，網頁端通過工業互聯網實現數據實時監控、觸摸屏實現手動控制、自動運行、實時監控等操作。PLC主站上實現各類開關按鈕、位指示燈與各類電動機的數字量輸入輸出，如圖1所示。

這樣設計的優點在于，下位機數據實時性高，采用Profibus-DP 總線可以很好的滿足各類數據高速傳輸;上位機數據通過互聯網和工業云平臺，可以方便地實現跨平臺，跨區域的調用和整合分析，不需要每臺計算機上都裝有專業軟件，只要通過網頁就能實現某個具體設備運行數據的監控，降低了成本，并可以方便地調用數據進行分析處理。

二、PLC控制系統網絡

該結構采用 PC 機作為上位機;匯川AM610 PLC具有較強的抗干擾能力、組態方便、可靠性較高，帶有以太網、Profibus-DP等各類接口;使用現場總線網絡、工業以太網建立一個拓撲結構的通訊網絡，其中，上位 PC機與下位機 AM610 PLC 之間的通訊利用工業以太網搭建，現場設備與 PLC 之間的通訊利用現場總線Profibus-DP搭建。由于污水處理廠占地面積大，可以將現場多個I/O信息匯集到匯川AM600-RTU-D-J遠程控制器上，再通過Profibus-DP現場總線傳遞到AM610 PLC上，這種網絡結構有一個非常大的優點在于系統擴展性與穩定性較好，各個節點之間獨立運行，如果其中一個節點無法正常運行，其它節點不會受到影響，整個網路不會出現癱瘓情況。

此外，為了方便操作，在控制柜上安裝觸摸屏。上位PC機和觸摸屏通過網線連接，組態配置完成后下載到觸摸屏上，在觸摸屏上完成對PLC中參數的設定和監控。

三、工業云平臺

由于各個污水處理廠使用的PLC不同，使用的協議也不一樣，為了能將數據發送到云端，這里使用工業云網絡，在控制柜中安裝康尼智能無線終端KNET-BOX，里面含有各類工業網絡協議，可以將不同工業網絡協議的報文進行處理，提取各類信息數據。

工業云平臺實現通過網頁對指定的設備進行實時監控，任何一臺連上互聯網的PC機打開網頁瀏覽器，通過賬戶和密碼登錄上康尼工業互聯網云平臺，綁定與PLC對應的智能無線終端的數據后，在設備模板里進行組態設計，畫面如圖2所示，要求顯示污水自動處理系統的實時數據，包含實時液位、溫度、流量、比例閥開度、壓力、變頻器實際頻率等信息。系統運行時，在工業互聯網云平臺的“設備監控”界面中能夠監控系統實時數據。

總之，通過工業互聯網的方式，實現了跨PLC平臺，遠距離的實時監控，實現了各水廠的數據綜合分析和共享，為后續數據分析和應用打下了良好的基礎。（作者單位：江蘇海事職業技術學院）