王愷

近年來(lái)，我國(guó)工業(yè)與農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展給自然環(huán)境帶來(lái)了重大污染，并且污染現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重，當(dāng)前水系污染問(wèn)題惡化、水資源日益枯竭，為了降低資源損失，避免環(huán)境繼續(xù)惡化，很多城市都興建了污水處理廠。我國(guó)污水處理廠絕大多數(shù)還處于傳統(tǒng)工業(yè)控制DCS/FCS系統(tǒng)階段，對(duì)數(shù)據(jù)的采集與分析由自控系統(tǒng)集成商根據(jù)所選PLC和監(jiān)控組態(tài)軟件的品牌以及各自的經(jīng)驗(yàn)、習(xí)慣進(jìn)行規(guī)劃與實(shí)施，很難做到對(duì)各水廠的處理數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析和共享。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的大背景之下，不改變底層PLC及組態(tài)軟件，用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的新思路去研究污水廠的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理，建立一個(gè)基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)的污水處理廠數(shù)據(jù)采集與應(yīng)用系統(tǒng)。

一、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)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(yuǎn)程控制器、康尼智能無(wú)線終端KNET-BOX、數(shù)字量輸入輸出、模擬量輸入輸出等組成，控制對(duì)象由各類電動(dòng)機(jī)、液位壓力溫度流量等模擬信號(hào)、指示燈等組成?？刂埔髮?shí)現(xiàn)的是匯川AM610 PLC通過(guò)Profibus-DP 總線與遠(yuǎn)程模擬量從站、匯川MD380變頻器之間的通信控制，可以對(duì)遠(yuǎn)程液位、壓力、流量、溫度等模擬量進(jìn)行采集，所采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)智能無(wú)線終端KNET-BOX通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)上傳至云服務(wù)器，經(jīng)過(guò)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)配置軟件設(shè)置和云平臺(tái)組態(tài)配置后，能夠在網(wǎng)頁(yè)端監(jiān)控到采集的數(shù)據(jù)。同時(shí)能夠通過(guò)PLC模擬量輸出對(duì)調(diào)壓模塊與比例閥進(jìn)行控制，變頻器既可以通過(guò)DP通信控制，也可以通過(guò)電位器進(jìn)行手動(dòng)頻率的改變。其中匯川IT6100E-J 觸摸屏與PLC之間、上位計(jì)算機(jī)之間、康尼智能無(wú)線終端KNET-BOX之間實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)通信，網(wǎng)頁(yè)端通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控、觸摸屏實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制、自動(dòng)運(yùn)行、實(shí)時(shí)監(jiān)控等操作。PLC主站上實(shí)現(xiàn)各類開(kāi)關(guān)按鈕、位指示燈與各類電動(dòng)機(jī)的數(shù)字量輸入輸出，如圖1所示。

這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于，下位機(jī)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性高，采用Profibus-DP 總線可以很好的滿足各類數(shù)據(jù)高速傳輸;上位機(jī)數(shù)據(jù)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)云平臺(tái)，可以方便地實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)，跨區(qū)域的調(diào)用和整合分析，不需要每臺(tái)計(jì)算機(jī)上都裝有專業(yè)軟件，只要通過(guò)網(wǎng)頁(yè)就能實(shí)現(xiàn)某個(gè)具體設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的監(jiān)控，降低了成本，并可以方便地調(diào)用數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

二、PLC控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

該結(jié)構(gòu)采用 PC 機(jī)作為上位機(jī);匯川AM610 PLC具有較強(qiáng)的抗干擾能力、組態(tài)方便、可靠性較高，帶有以太網(wǎng)、Profibus-DP等各類接口;使用現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)以太網(wǎng)建立一個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的通訊網(wǎng)絡(luò)，其中，上位 PC機(jī)與下位機(jī) AM610 PLC 之間的通訊利用工業(yè)以太網(wǎng)搭建，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與 PLC 之間的通訊利用現(xiàn)場(chǎng)總線Profibus-DP搭建。由于污水處理廠占地面積大，可以將現(xiàn)場(chǎng)多個(gè)I/O信息匯集到匯川AM600-RTU-D-J遠(yuǎn)程控制器上，再通過(guò)Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線傳遞到AM610 PLC上，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有一個(gè)非常大的優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)擴(kuò)展性與穩(wěn)定性較好，各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間獨(dú)立運(yùn)行，如果其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)無(wú)法正常運(yùn)行，其它節(jié)點(diǎn)不會(huì)受到影響，整個(gè)網(wǎng)路不會(huì)出現(xiàn)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(jī)和觸摸屏通過(guò)網(wǎng)線連接，組態(tài)配置完成后下載到觸摸屏上，在觸摸屏上完成對(duì)PLC中參數(shù)的設(shè)定和監(jiān)控。

三、工業(yè)云平臺(tái)

由于各個(gè)污水處理廠使用的PLC不同，使用的協(xié)議也不一樣，為了能將數(shù)據(jù)發(fā)送到云端，這里使用工業(yè)云網(wǎng)絡(luò)，在控制柜中安裝康尼智能無(wú)線終端KNET-BOX，里面含有各類工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可以將不同工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的報(bào)文進(jìn)行處理，提取各類信息數(shù)據(jù)。

工業(yè)云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)通過(guò)網(wǎng)頁(yè)對(duì)指定的設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，任何一臺(tái)連上互聯(lián)網(wǎng)的PC機(jī)打開(kāi)網(wǎng)頁(yè)瀏覽器，通過(guò)賬戶和密碼登錄上康尼工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)，綁定與PLC對(duì)應(yīng)的智能無(wú)線終端的數(shù)據(jù)后，在設(shè)備模板里進(jìn)行組態(tài)設(shè)計(jì)，畫(huà)面如圖2所示，要求顯示污水自動(dòng)處理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，包含實(shí)時(shí)液位、溫度、流量、比例閥開(kāi)度、壓力、變頻器實(shí)際頻率等信息。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)的“設(shè)備監(jiān)控”界面中能夠監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

總之，通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的方式，實(shí)現(xiàn)了跨PLC平臺(tái)，遠(yuǎn)距離的實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了各水廠的數(shù)據(jù)綜合分析和共享，為后續(xù)數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。（作者單位：江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院）