污水處理遠程集中控制系統設計研究

溫志軍

（北京中燕通科技開發有限公司，北京 102599）

1 系統概述

本污水處理遠程集中控制系統是一個縣級集中控制總站，通過Internet 網絡集中顯示、控制5 個鎮的污水廠的全部設備。5 個鎮的單一污水廠內部可編程控制器作為主站；使用西門子EM277 模塊通過Profibus_DP 現場總線組成現場總線網絡。各鎮的污水廠分別配置一臺觸摸一體計算機和北京杰控科技有限公司的Fame View 組態軟件作為鎮級污水廠的總控制和操作系統。各鎮的可編程控制器利用國產的企業智能VPN（Virtual Private Network，虛擬專用網絡）網關通過跨區組網功能組成遠程局域網。通過在整個系統的硬件配置、地址分配、程序編制、狀態記錄、曲線記錄、報表打印等方面的統一標準。本系統的主網絡采用VPN 架設，分站的網絡采用ROFIBUS_DP 架設。

2 單一污水廠硬件配置

單一污水廠的硬件結構包括ABB_AC500_PM573_ETH 主站、通過DC551-CS31 組成的遠程終端單元、西門子S7-200CPU+EM277 模塊做為4 個PLC 分站。上位機采用電阻觸摸的一體化工業電腦，在Windows 系統上安裝北京杰控科技有限公司的Fame View 組態軟件做為顯示和操作單元。用微軟的SQL Server 和Office 軟件做為數據庫平臺和報表打印的支持軟件。

為了總站能實現顯示和控制分站的功能，需要將通過通信方式獲取的數據分配給總站PLC 然后上傳給各個污水廠的上位機PC 的組態軟件中。這就需要分配一系列地址給各個硬件，以便能做到數據的一致性（表1）。

3 單一污水廠PLC 軟件編制

ABB_PLC 軟件編制可以使用ABB_Automation_Builder 軟件中集成的軟件來實現的。在ABB_Automation_Builder 中配置好硬件后，在CoDeSys 中定義全局變量名然后使用這些變量名編程。

表1 地址表分配

3.1 數字量輸入映射

（1）PLC 物理地址定義Excel 公式：=IF (變量注釋單元格=0,"",PLC 物理地址變量名單元格&" AT "&PLC 物理地址單元格&" :BOOL;(*"& 變量注釋單元格&"*)")

（2）上位機變量名定義Excel 公式：=IF (變量注釋單元格=0,"",上位機變量名單元格&" AT "& PLC_M 轉換地址單元格2&" :BOOL;(*"& 變量注釋單元格&"*)")

（3）=IF(變量注釋單元格=0,"",上位機變量名單元格&":="& PLC 物理地址變量名單元格&";(*"&變量注釋單元格&"*)")

3.2 數字量輸出映射

（1）PLC 物理地址定義Excel 公式：=IF (變量注釋單元格=0,"",PLC 物理地址變量名單元格&" AT "&PLC 物理地址單元格&" :BOOL;(*"& 變量注釋單元格&"*)")

（2）上位機變量名定義Excel 公式：=IF (變量注釋單元格=0,"",上位機變量名單元格&" AT "& PLC_M 轉換地址單元格2&" :BOOL;(*"& 變量注釋單元格&"*)")

（3）上位機和PLC 數據傳送Excel 公式：=IF(變量注釋單元格=0,"",PLC 物理地址變量名單元格&":="&上位機變量名單元格&";(*"&變量注釋單元格&"*)")

3.3 模擬量輸入映射

（1）PLC 物理地址定義Excel 公式：=IF (變量注釋單元格=0,"",PLC 物理地址變量名單元格&" AT "&PLC 物理地址單元格&" :INT;(*"& 變量注釋單元格&"*)")

（2）上位機變量名定義Excel 公式：=IF(變量注釋單元格=0,"",上位機變量名單元格&" AT "& PLC_M 轉換地址單元格2&" :INT;(*"& 變量注釋單元格&"*)")

（3）上位機和PLC 數據傳送Excel 公式：=IF(變量注釋單元格=0,"",上位機變量名單元格&":="& PLC 物理地址變量名單元格&";(*"&變量注釋單元格&"*)")

3.4 模擬量輸出映射程序

=IF(變量注釋單元格=0,"",PLC 物理地址變量名單元格&"AT "&PLC 物理地址單元格&" :INT;(*"& 變量注釋單元格&"*)")

3.5 故障和非遠程狀態復位程序

="IF "&自動變量名單元格&"=0 OR "&故障變量名單元格&"=1 THEN "&輸出變量名單元格&":=0;END_IF; (*"&輸出注釋單元格&"*)"

3.6 數字量聯鎖控制

首先利用Excel 公式的方法編制ST 語言程序，然后再利用CoDeSys 軟件轉換成LAD 程序，在LAD 程序里面做聯鎖控制。

3.7 其余的復雜控制

（1）提升泵頻率控制程序。提升泵頻率控制方法有3 種：手動設定頻率方式、液位隨動頻率控制方式、通過流量計閉環PID設定方式。采用手動控制方式時，提升泵頻率按手動設定頻率運行；采用液位控制頻率時候，提升泵按液位高低自動調整頻率運行。

（2）轉盤膜厚度測量及控制程序。每過2～3 h，用自動程序將調整轉盤的速度到測量頻率5 Hz，在此頻率下測量轉盤輸出功率。通過和對照值進行比較，以此來核定轉盤掛膜厚度的程序。膜厚測定后，再通過自動程序來控制轉盤的轉速來控制生物轉盤的掛膜厚度。

（3）輸入模擬量整理功能FCN 指令的編制。ABB_AC500 系列PLC 模擬量輸入的數據類型是-32768～32767 的無符號整形，而CoDeSys 軟件識別的物理地址AI 是0～63535 的無符號整形，當物理信號小于零時候，由于位序的原因CoDeSys 輸入信號值將大于27648，這時就需要編制一個整理功能FCN 來保證信號的準確。

（4）低液位有水信號功能FCN 指令的編制。有水和無水直接要設定一個緩沖區間，比如100 mm，以免信號頻繁切換。這就要編制一個能自動實現這個功能的功能函數，以便頻繁調用。可以將這個函數叫做HAVE_WATER。這個函數輸出一個BOOL值，用這個值去控制潛水泵的啟停即可。

（5）分站模板PLC 程序編制。通過對變量有規律的命名，比如DI、DO、AI、AO、X、B、R、PLC、PC、以及序列號xxx 和注釋的配合，編制出第一個站點的程序代號A01_。其余的站點程序只需要變更一下IP 地址的網段即可。

4 單一污水廠程序的編制

4.1 上位機人機界面程序

用按鈕的標題做為設備的指示，按鈕的顏色紅綠做為設備啟停指示，按鈕下面的3 個短棒的顏色和閃爍功能做為遠程、運行、故障的指示。

4.2 報警及啟停記錄程序

利用Fame View 的變量報警功能對故障進行提醒、確認、記錄和查詢。將運行信號取反后，做為停止信號，即可利用變量報警功能編制出設備啟停時間的記錄程序。

4.3 數據報表程序

數據報表除了要做日、周、月、季年報等常規內容以外，最好做一個設備運行的狀態和故障表。每1 h 記錄一個運行和故障狀態，以便能及時、直觀地發現所有設備運行和故障問題，這將對運行管理人員全面掌握水廠運行狀態大有益處。

5 全部污水廠系統組網

通過國產的企業級智能VPN（虛擬專用網絡）網關的跨區組網功能組成遠程局域網。各分站的網段不同，在總站能連接每個網段的IP 地址，將所有數據集中匯總。

6 總站程序編制

利用北京杰控的Fame View 組態軟件的監控對象功能實現變量分組及畫面復用。每個變量都帶前綴Axx_（xx 是站點序號），先做出一個分站的畫面，然后用工具欄上的監控對象替換的辦法做出其余分站的畫面。各個分畫面通過子畫面的方式切換即可。

7 結論及建議

（1）通過有規律的設定變量名能夠利用Excel 的公式功能快速的編制CoDeSys 軟件的全局變量表，結構化文本ST 程序。

（2）用Excel 公式的方法直接編制故障和手動的時候復位輸出功能的程序，會使得程序的編制變得高效、可靠。

（3）通過CoDeSys 軟件的轉換功能將ST 語言的程序轉換成LAD 語言的程序，從而實現聯鎖控制。

（4）地址分配要事先約定好，有效利用有限的PLC 內部繼電器資源，使得程序結構合理，方便擴展和合作開發。

（5）復雜的控制功能要經過長期的經驗積累和時間才能做到，這些都是軟件制作人員的智慧的結晶。可以將這些功能制作成功能模塊，以便隨時調用。

（6）組態軟件的畫面制作時要定義監控變量，利用監控變量替換功能實現畫面復用，提高畫面的制作效率。