李衛(wèi)林

（云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650203）

我國是一個水資源短缺的國家，人均淡水資源是世界人均量四分之一，我國已經(jīng)被聯(lián)合國列入了13個世界人均水資源短缺的國家之一。水資源問題已成為保證我國社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的根本問題之一，隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，大部分的水資源已經(jīng)遭到了不同程度的污染，而工業(yè)污水的排放是水資源遭到污染的主要原因。為適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平不斷提高的要求，在工廠興建自動化程度高的污水處理工程已刻不容緩。據(jù)此云南玉溪某化工廠于2009年底決定建造符合國家化工廠污水排放標(biāo)準(zhǔn)的污水處理系統(tǒng)，本文結(jié)合該廠的污水處理工藝，選用CITECT作為上位計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件開發(fā)工具，并給出了具體的設(shè)計與實現(xiàn)方法。

該污水處理廠污水處理工藝采用傳統(tǒng)的活性污泥法，工藝流程圖如圖1所示。該工藝在我國已有多年的應(yīng)用歷史，積累了豐富的設(shè)計和管理經(jīng)驗，穩(wěn)定可靠，并已形成完備的配套設(shè)備。

圖1 污水處理工藝流程

1 系統(tǒng)簡介

1.1 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)

（1）頁面的動態(tài)顯示，以動態(tài)圖形的方式直觀地顯示現(xiàn)場各種設(shè)備的運行狀態(tài)。

（2）完成對現(xiàn)場主要控制設(shè)備的啟動/停止的控制和運行狀態(tài)的檢測，像閥門、水泵和攪拌機(jī)等。

（3）監(jiān)測主要模擬量的值，來自現(xiàn)場的各種變送器通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換，把現(xiàn)場的各種物理量通過顯示器顯示結(jié)操作員。如pH值、DO濃度和液位等。

（4）對現(xiàn)場的各種異常情況做報警處理，如各種設(shè)備故障，液位的超限等。

（5）把各種實時信息進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)庫存儲，并把各種信息歸檔整理，以便通過分析這些數(shù)據(jù)對整個系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。

（6）對關(guān)鍵的數(shù)據(jù)值以趨勢圖的形式顯示給用戶，用戶可以根據(jù)趨勢圖直觀地判斷設(shè)備的運行情況。

1.2 監(jiān)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

污水處理計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的整個結(jié)構(gòu)分為三層。底層是數(shù)據(jù)采集層，由各種現(xiàn)場控制設(shè)備組成包括風(fēng)機(jī)、攪拌器、水泵、閥門、pH計、DO濃度儀和 COD儀等等，主要完成現(xiàn)場狀態(tài)的檢測和數(shù)據(jù)的采集。中間為過程控制層，主要由PLC等智能設(shè)備組成，PLC按事先已編好的程序根據(jù)現(xiàn)場獲得的參數(shù)使現(xiàn)場的設(shè)備按照工藝要求自動運行。PLC還負(fù)責(zé)將現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳送的上位監(jiān)控層進(jìn)行集中控制，同時把監(jiān)控層發(fā)出的控制命令傳達(dá)給現(xiàn)場設(shè)備。最上層為上位監(jiān)控層，主要由各個操控室和工程師站的計算機(jī)和安裝其上的組態(tài)軟件構(gòu)成，通過組態(tài)軟件實現(xiàn)對現(xiàn)場各種數(shù)據(jù)的監(jiān)控，并產(chǎn)生報警、趨勢圖和報表系統(tǒng)。

本系統(tǒng)采用“PLC+上位機(jī)”的控制方式，系統(tǒng)選用歐姆龍C200H系列的PLC C200HG-CPU63，上位機(jī)安裝了Citect 6.0監(jiān)控軟件，實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的操作，數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控，系統(tǒng)共有200多個數(shù)字量輸入/輸出點和40多個模擬量輸入/輸出通道。PLC和上位機(jī)以串行的方式通信，通過RS-232通信接口和XW2Z-500S-CV電纜連接，采用Sysmac way協(xié)議。該廠污水處理計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。在數(shù)據(jù)采集層是各種水泵、閥門、各種傳感器和變頻器等現(xiàn)場設(shè)備，這些設(shè)備采集的現(xiàn)場實時信號通過各種現(xiàn)場總線送入過程控制層的PLC，在PLC中完成對各種數(shù)據(jù)的存儲和處理，并把結(jié)果通過RS-232通信接口送入上位機(jī)進(jìn)行顯示，同時PLC接收上位機(jī)的控制信號控制現(xiàn)場設(shè)備按照指定的要求運行。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 CITECT組態(tài)軟件簡介

Citect是世界領(lǐng)先的SCADA產(chǎn)品，是基于Windows平臺上的工業(yè)軟件系統(tǒng)，Citect6.0監(jiān)控軟件將現(xiàn)場各分系統(tǒng)的運行狀態(tài)形象、直觀、實時地顯示在控制室的計算機(jī)上，使操作員在控制室能實時獲得現(xiàn)場信息并對污水處理的各個運行過程進(jìn)行管理，提高了控制效率和效果。

Citect作為一個優(yōu)秀的工控組態(tài)平臺，用戶使用簡單，組態(tài)方便靈活。CITECT支持強(qiáng)大的通信協(xié)議，提供100多種通信驅(qū)動程序，幾乎能和所有的I/O設(shè)備通信。自帶的圖形庫提供了大量的工業(yè)設(shè)備和儀表圖符，大大節(jié)省了設(shè)計者的開發(fā)時間。歷史趨勢和報警功能使用戶可以在線分析各種設(shè)備參數(shù)的變化情況，并及時做出相應(yīng)的控制。

3 污水處理上位監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計步驟

（1）創(chuàng)建工程并建立通信

首先在Citect Explorer環(huán)境下建立一個名為污水處理的新工程，并根據(jù)Express Communication Wizard設(shè)置與PLC的通信，按照向?qū)е鸩降亩x：I/O Server→Boards→Ports→I/O Devices，在定義過程中可以設(shè)定設(shè)備及地址、通信協(xié)議和通信速率等。

（2）定義變量標(biāo)簽

變量標(biāo)簽是在I/O Devices和Citect I/O Server之間傳輸數(shù)據(jù)的，每一個變量標(biāo)簽都有特定的名字，一個數(shù)據(jù)類型，一個地址和一個相關(guān)的I/O Device。根據(jù)PLC中的變量和監(jiān)控畫面的需求快速定義系統(tǒng)需要使用的所有變量。

（3）繪制圖形頁面

圖形頁面是Citect系統(tǒng)的主要組件之一，是現(xiàn)場操作人員的人機(jī)接口，被設(shè)計用來顯示數(shù)據(jù)并接收操作員的輸入。在頁面中繪制所需的對象并添加對象的靜、動態(tài)屬性以及命令和控制。

（4）組態(tài)報警并創(chuàng)建報警頁面

Citect報警系統(tǒng)對設(shè)備進(jìn)行實時檢測、當(dāng)設(shè)備出錯時向操作人員報警，保護(hù)昂貴的設(shè)備。

根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備組態(tài)各種數(shù)字量報警，模擬量報警和Citect硬件報警。

（5）組態(tài)趨勢頁面

趨勢頁面讓變量過去和當(dāng)前的變化趨勢一目了然，形象直觀地了解設(shè)備的運行情況。通過創(chuàng)建趨勢變量標(biāo)簽來添加趨勢，并為趨勢變量定義所需的歷史文件。根據(jù)趨勢模板來創(chuàng)建趨勢頁面。

（6）編寫Cicode程序與數(shù)據(jù)庫通信

在Cicode編程環(huán)境中通過SQL函數(shù)，利用ODBC驅(qū)動程序為接口來訪問SQL數(shù)據(jù)庫。

3.2 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)

根據(jù)污水處理工藝流程和各種設(shè)備的控制要求，上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主畫面如圖3所示。主畫面的左半部分是污水處理過程的模擬頁面，而右半部分是菜單項，根據(jù)菜單項可以看出，整個監(jiān)控系統(tǒng)由調(diào)節(jié)池、預(yù)反應(yīng)器、吹脫塔中和池、生化池、緩沖池、趨勢頁面、報警頁面和PID控制頁面組成。模擬頁面真實地反應(yīng)了污水處理過程的處理工藝，在該頁面上操作者可以實現(xiàn)污水處理工藝流程和控制各種設(shè)備。

圖3 監(jiān)控系統(tǒng)的主畫面

為了實現(xiàn)企業(yè)信息的集成以及信息的Web頁面的發(fā)布，利用ODBC驅(qū)動程序建立Citec和SQL數(shù)據(jù)庫的通信，把現(xiàn)場的各種數(shù)據(jù)存入SQL數(shù)據(jù)庫。在計算機(jī)控制面板→管理工具→ODBC數(shù)據(jù)源中建立名為WSproc的Citect driver數(shù)據(jù)源，通過ODBC接口與計算機(jī)中名為WSproc.mdf的SQL數(shù)據(jù)庫連接。Citect的 Cicode編程代碼如下：

本文以云南某化工廠污水處理系統(tǒng)為背景來探討污水處理計算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)。該化工廠是一家以生產(chǎn)尿素、碳銨為主的化工企業(yè)，每年大量污水的排放直接影響了化工廠周邊人民的生產(chǎn)和生活環(huán)境。為了實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，加強(qiáng)環(huán)境治理、推行環(huán)保措施、消除水污染源，在該化工廠內(nèi)建立自動化程度高、污水處理效果穩(wěn)定的計算機(jī)控制系統(tǒng)是一項非常具有現(xiàn)實意義的工程。該監(jiān)控系統(tǒng)自從投入運行后，系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定。日處理污水達(dá)到了12 000 m3/d，最終實現(xiàn)了環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益的雙贏局面。

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