三、應用案例

　　下面以天津咸陽路污水處理廠為例[3]，具體說明污水處理廠自動控制系統的組成，控制系統拓撲圖如圖一所示：

　　信息層：咸陽路污水處理系統因其分布面積較大，廠區內共有5個PLC分站：預處理系統分控主站PLC1、生物處理系統分控主站PLC2、污泥處理系統分控主站PLC3、出水及雨水系統分控主站PLC4和污泥消化系統PLC5，使用的CPU均為OMRON的CS1H-CPU66H.該功能層實現污水處理廠各單元過程所有過程參數、設備運行狀態及電氣參數的數據采集，單元過程及設備的控制，并通過OMRON網絡模塊CS1W-ETN21，和中央控制室通過赫斯曼太網交換機，組成100M光纖以太環網，向監控層傳送數據和接受監控層控制指令。在中控室中，作為工業以太網結點的系統數據服務器、兩臺工程師/操作員站計算機、打印機、UPS電源及監視屏等設備，其主要職能是進行系統中的信息交換與信息顯示及控制。該層通過上位監控軟件實現對主要工藝設備的控制和調度，對污水處理全過程中的工藝參數進行數據采集、監控、優化和調整，對主要工藝流程進行動態模擬和趨勢分析、實時數據處理和實時控制，在控制組態上實現各種常規與復雜的優化控制、專家控制、模糊控制等先進的智能控制。同時，功能強大與穩定的實時和歷史數據庫亦通過以太網成為上下層間的信息通道。污水廠中控室控制站還通過RIAMBView和信息中心、便攜計算機及廠外泵站（咸陽路泵站、密云路泵站）等處進行遠程通訊，RIAMBView具備遠程數據服務（最適合SCADA）功能，通過寬帶接收或發送相關數據，實現遠端對部分實時畫面、進程數據庫的訪問。

　　此外廠長辦公室計算機和數據庫服務器組成的局域網即構成了廠區管理層。通過關系數據庫和相關的管理軟件，為決策者提供了各項生產及運營的調度管理所必須的信息平臺。該層和過程監控層，與Internet接軌但有著較高的網絡安全防護功能，僅授權的用戶等級可對進程數據庫進行訪問。

　　控制層：控制器網絡（ControllerLink）是建立在一種令牌總線或者令牌環網絡通訊協議上的通訊機制，它通過PLC上的CLK模塊與其它站PLC上的CLK模塊或計算機上的板卡相配合，在板卡之內建立一個數據交換區。該網可以采用雙絞線通訊電纜或者多模光纜通訊，線纜其最大通訊速率為2M，最大距離達1km，光纜通訊速率為2M，最大通訊距離為30KM.本系統中，預處理系統分控主站PLC1包括進水泵房、沉砂池，同時通過控制器網絡總線串接到其下三個初沉池、初沉污泥泵房分站（PLC1-1、PLC1-2、PLC1-3）；生物處理系統分控主站PLC2包括：鼓風機房、加氯間，同時通過ControllerLink總線串接到其下五個二沉池、曝氣池、回流泵房分站（PLC2-1、PLC2-2、PLC2-3、PLC2-4、PLC2-5）。所有控制器網絡子站所用CPU型號均為CS1H-CPU44H.

　　污水處理流程中的各檢測儀表均為在線式智能儀表，變送器均帶有數字顯示裝置并通過可編程序控制器（PLC）的接口傳送標準的模擬、數字信號。

　　系統特點：

　　1、高可靠與高穩定性：環形冗余以太網方案的出現則保證了系統更高的可靠性，單一點的鏈路中斷不會造成網絡通訊的中斷；而控制器網絡作為OMRON專用的，能在CS系列PLC或上位工控機之間建立靈活方便的傳送和接收大量數據的工廠自動控制網絡，與自控系統在通訊方面有極高的穩定性。充分體現了集中管理分散控制的原則，也保證了高可靠與高穩定性。與此同時，omron基于工業以太網的FINS（FactoryInterfaceNetworkService）通訊服務（FINS通訊服務功能），即使在通訊負擔較大的環境下，仍可保持高穩定性的通訊效果。除網絡部分外，自控系統通過下列技術與工程措施，也確保了系統的長期穩定可靠運性：整個系統選用符合工業級標準的成熟定型產品；PLC模塊具有自診斷（檢錯）與容錯功能；PLC控制柜內具有完善的抗干擾及防雷等技術措施；中控室及現地控制站設備均具備供電冗余功能；即使在上位機發生故障或通信中斷時，現地控制站亦可以在手動模式下獨立完成基本局部控制；

　　2、高擴展性：工業以太網具有向下兼容性。對于雙絞線或光纖介質，如果將傳輸速度從10Mbps提升到100Mbps，在大多數場合不需要改變現有的布線，只需更新網絡設備即可。同樣，如果將本系統主干網從100Mbps以太網提升到千兆以太網，只需升級網絡傳輸設備，而無需重新鋪設光纜；

　　3、開放性：系統對用戶是開放的。設備的增減、控制方案的選取、系統的擴縮與維護等，用戶都可以在廣泛的設備環境下便利地自己完成。所有硬件接口，軟件協議全部按開放性的標準設計、編制。此外OMRON串行口的協議宏功能，使得開發方不需要編寫專門的通信程序與第三方設備進行通信，原則上OMRONPLC能和任何帶RS-232C，RS-422或RS-485接口的設備進行通信。

　　4、操作的實用性：組太軟件和編程軟件都是全中文界面，豐富的圖畫功能，使用戶清晰的了解污水處理廠各工段的運行情況，故障報警點的分支細節，使操作員僅通過鼠標便可發布各種指令或換畫面；用戶還可通過上位機的網絡訪問網絡內任一節點的數據，梯形監控工具亦可以監控工業以太網甚至控制器網絡內各站PLC梯形圖程序，而不需要現場操作，實現真正的無縫連接。

　　四、結束語

　　當時我國污水處理廠自動化系統的設計和實施正處于一個成長的時期，系統的需求、設計、結構以及系統的控制仍然存在不完善的地方，同時技術的發展也給污水處理自動化系統的改進創造了條件和基礎，也使建設合理的監控系統成為可能。

　　從系統的需求來看，一方面要兼顧系統的穩定、可靠與可控，也要反映系統的先進、經濟與可擴展，同時也要使操作便捷與維護方便；另一方面，針對不同的區域條件和功能要求確定系統的規模和冗余度的大小，確定系統的合理集成方式、系統網絡的構成與拓撲結構形式以力求系統的可靠性、穩定性、先進性與經濟性的有機結合；從系統的設計來看，除考慮系統的規模和設計方法外，也要考慮新技術的應用，使整個系統既先進又實用；從系統的結構來看，當前我國普遍采用三級污水處理廠管理和分布式現場總線控制方式，事實上，主從式結構的現場總線如Profibus，由于系統的可靠性受主控制器的制約，并不適用于全分布式現場總線控制，采用對等的自愈網絡是今后的一個發展趨勢；從系統的控制來看，當前我國污水處理廠監控存在著只監不控，或監強控弱的現象，各種控制信息沒有得到很好利用，對于污水處理廠控制，要針對不同現象，采用不同的控制方法。

　　今后我國的污水處理廠監控系統的發展是，在原有基礎上，按照監測與控制適當分離、最大限度的集中監測、靈活機動的現場控制的總體思想，逐步改進，使得污水處理廠自動化系統的建設更趨合理。