貝加萊控制系統(tǒng)在污水處理中的典型應(yīng)用
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貝加萊成都辦事處技術(shù)部 林兵
摘要：本文就貝加萊公司PCC控制系統(tǒng)在污水處理項(xiàng)目中的應(yīng)用，詳細(xì)介紹了采用分布式IO技術(shù)、實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)POWERLINK技術(shù)和緊湊一體化控制屏技術(shù)的綜合解決方案，并闡述了典型的系統(tǒng)構(gòu)架和功能特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：可編程計(jì)算機(jī)控制器（PCC） 分布式IO技術(shù) X2X POWERLINK 污水處理
1．引言
B&R（貝加萊，www.br-automation.com）公司于1979年創(chuàng)建于奧地利。從創(chuàng)建以來(lái)，B&R一直致力于工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)創(chuàng)新并引領(lǐng)著技術(shù)發(fā)展的潮流。卓越并且開(kāi)放性的產(chǎn)品最大限度地滿足了客戶需求，使客戶的產(chǎn)品和項(xiàng)目具個(gè)性與競(jìng)爭(zhēng)力。1996年貝加萊來(lái)到中國(guó)，如今，貝加萊產(chǎn)品已在中國(guó)國(guó)內(nèi)的塑料、包裝、印刷、紡織、食品等多個(gè)行業(yè)的機(jī)械自動(dòng)化及電力、冶金、石化、污水、市政工程等過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域中被廣泛地采用。產(chǎn)品含蓋PCC（可編程計(jì)算機(jī)控制器）、IPC（工控機(jī)），Panel System(人機(jī)界面)、ACOPOS (伺服產(chǎn)品)、X20，X67(分布式I/O)，APROL系統(tǒng)（DCS系統(tǒng)）等產(chǎn)品系列。豐富的控制部件和DCS系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在各大先進(jìn)的污水處理控制系統(tǒng)中，目前已有上千套貝加萊的污水處理系統(tǒng)運(yùn)行在全球的各個(gè)國(guó)家，系統(tǒng)性能有口皆碑。
2．污水工藝及特點(diǎn)
污水處理的工藝流程大體分為：格柵處理、泵房提升、沉砂處理、一次沉淀池、曝氣池處理、二次沉淀池處理、泥漿制備、昭氣利用。需要控制的區(qū)域主要有進(jìn)水泵房，鼓風(fēng)機(jī)房，脫水機(jī)房，變電所，加藥間等區(qū)域。有柵格、總泵房、沉砂池、生物反應(yīng)池、沉淀池、加氯間、污泥處理裝置、變電站等控制對(duì)象。
在進(jìn)水泵房，系統(tǒng)需要檢測(cè)粗、細(xì)格柵前后的液位，及設(shè)備的故障工況，手動(dòng)/自動(dòng)控制粗、細(xì)格柵的運(yùn)行；采集泵房?jī)?nèi)及水泵運(yùn)行工況及液位參數(shù)，并根據(jù)泵的運(yùn)行時(shí)間，先后開(kāi)啟水泵機(jī)組。
在鼓風(fēng)機(jī)房，系統(tǒng)需要控制鼓風(fēng)機(jī)組的開(kāi)關(guān)機(jī)順序，檢測(cè)鼓風(fēng)機(jī)組的故障報(bào)警，根據(jù)生化池中溶氧的濃度調(diào)節(jié)出風(fēng)閥開(kāi)啟度，檢測(cè)生化池等相關(guān)儀表的參數(shù)。在脫水機(jī)房系統(tǒng)需要采集脫水機(jī)房、污泥池內(nèi)電氣設(shè)備運(yùn)行工況及附近的儀表參數(shù)并對(duì)相應(yīng)電氣設(shè)備進(jìn)行控。在變電所需要采集鼓風(fēng)機(jī)房高壓變配電所設(shè)備的運(yùn)行工況及對(duì)附近電氣設(shè)備進(jìn)行控制等。具有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備查詢，故障記錄及報(bào)警，各項(xiàng)數(shù)據(jù)曲線等功能。
3．貝加萊控制系統(tǒng)方案：
根據(jù)項(xiàng)目的需求及特點(diǎn)，貝加萊方案為監(jiān)控中心采用先進(jìn)的管理控制技術(shù)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)為控制層、監(jiān)控層、管理層三層進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。控制層分若干個(gè)PCC子站分別對(duì)廠內(nèi)設(shè)備、及監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行控制、監(jiān)測(cè)，采集信號(hào)，控制生產(chǎn)設(shè)備；監(jiān)控層，在廠內(nèi)設(shè)中心控制室，對(duì)于獨(dú)立運(yùn)行的污水處理廠，中控室有二個(gè)功能，一是監(jiān)控全廠的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，二是將有關(guān)污水處理廠的運(yùn)行狀況上傳污水處理廠監(jiān)控中心；將污水處理廠監(jiān)控中心執(zhí)行指令下傳各PCC，由PCC控制各現(xiàn)場(chǎng)儀器及儀表；管理層主要在污水處理廠監(jiān)控中心完成。系統(tǒng)同時(shí)還充分考慮設(shè)計(jì)了特殊情況下的現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖:
系統(tǒng)設(shè)計(jì)在現(xiàn)場(chǎng)采用貝加萊的PP400系列控制器，貝加萊的PP400是一款集成觸摸屏，控制器于一身的高性能控制器.一個(gè)設(shè)備同時(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控和操作以及I/O的處理.提高整個(gè)污水系統(tǒng)的靈活度.支持100米I/O擴(kuò)展的X20系統(tǒng)。各PCC站的通訊，采用CPU自帶的以太網(wǎng)接口，實(shí)現(xiàn)個(gè)站間的通訊和與監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)交換。設(shè)計(jì)自控系統(tǒng)的組成主要包括：
1. 1#PCC，2#PCC，3#PCC控制站
主控制器選用X20的高性能X20CP1485控制器，自帶以太網(wǎng)，和RS232或CAN通訊接口，其處理頻率達(dá)到Celeron 400MHZ,達(dá)到400US的任務(wù)執(zhí)行時(shí)間。通過(guò)預(yù)先編制好的控制程序，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制站I/O模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析、運(yùn)算并相應(yīng)的輸出結(jié)果。通過(guò)自帶以太網(wǎng)接口實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)通訊，并且采用容易擴(kuò)展的X20的I/O單元，采用CAN，X2X通訊方式實(shí)現(xiàn)I/O的通訊，采集遠(yuǎn)程設(shè)備的數(shù)據(jù)信號(hào)。12路的I/O寬度僅為12.5mm,長(zhǎng)為9.9mm.結(jié)構(gòu)緊湊，功能齊全，性價(jià)比高，安裝方便。
3個(gè)PCC站分別位于預(yù)處理站，鼓風(fēng)機(jī)室，濾池和沉淀池。鼓風(fēng)機(jī)房現(xiàn)場(chǎng)HMI采用貝加萊的PP100觸摸屏，PP100采用266MH高性能處理器，128MB DRAM，TFT 640*480 真彩10.4寸的大尺寸，IP65的防水等級(jí)。全金屬外殼。模擬電阻式觸摸屏其特性決定了長(zhǎng)壽命，正常使用可達(dá)6年以上。并且具有很強(qiáng)的抗干擾能力，并集成RS232，以太網(wǎng)，USB接口，方便用戶的通訊或擴(kuò)展。主控制器與觸摸屏的通訊采用RS232。
2．變電站
控制器選用貝加萊的PP400，貝加萊的PP400是一款集成觸摸屏，PCC控制器于一身的高性能控制器，采用高速266MHZ CPU ，可達(dá)8GB的大容量的存儲(chǔ)器，具有IP65的防護(hù)等級(jí)，USB，以太網(wǎng)，RS232通訊接口豐富，256色真彩顯示。10.4寸的PP400作為控制主站的控制器和人機(jī)界面的同時(shí)。還可通過(guò)屏查詢?cè)O(shè)備狀態(tài)，工作記錄，數(shù)據(jù)報(bào)表，修改系統(tǒng)參數(shù)等功能。滿足在變電站本地監(jiān)控本地操作的功能，一體化的設(shè)計(jì)緊湊而小巧。I/O模塊支持多種遠(yuǎn)程擴(kuò)展方式，如CAN ，X2X， POWERLINK，ProfibusDP，DeviceNet等。
3． ECU01-ECU10現(xiàn)場(chǎng)控制站
現(xiàn)場(chǎng)控制站的主要功能是遠(yuǎn)程I/O模塊和通訊的功能，它主要包括模擬輸入模塊、數(shù)字輸入模塊、數(shù)字輸出模塊、以及通訊模塊。采集10個(gè)濾池的信號(hào)監(jiān)控等。控制器選用貝加萊的X20自帶以太網(wǎng)，RS232，CAN接口緊湊型X20CP0291，達(dá)到2MS的快速掃描周期。采集10個(gè)濾池的控制信號(hào)，通過(guò)100M的以太網(wǎng)傳輸上下位的數(shù)據(jù)信息。I/O部分采用貝加萊的X20 I/O系統(tǒng)。如果濾池控制部分離其余控制部分有一定距離，并且I/O點(diǎn)不多。我們采用貝加萊的具有12M 通訊速度，站間距離可達(dá)100米的X2X通訊總線，進(jìn)行遠(yuǎn)程擴(kuò)展。方便現(xiàn)場(chǎng)的安裝，滿足實(shí)際客戶要求。并且X20系統(tǒng)支持熱插拔，即使個(gè)別模塊或外圍設(shè)備的故障也不會(huì)影響其余模塊的正常工作，避免因一些小故障而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。節(jié)省維護(hù)和使用成本。
4． 監(jiān)控中心
采用貝加萊無(wú)風(fēng)扇無(wú)線纜，可免硬盤運(yùn)行的工控機(jī)APC620，采集現(xiàn)場(chǎng)PCC的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和記錄狀況報(bào)表及報(bào)警等。實(shí)現(xiàn)全廠的綜合調(diào)度。兩臺(tái)工控機(jī)互為主備，提高系統(tǒng)可靠性。控制系統(tǒng)具有全自動(dòng)邏輯控制、在線工藝狀態(tài)顯示及參數(shù)記錄、運(yùn)行故障診斷記錄、生產(chǎn)報(bào)表顯示記錄等功能。系統(tǒng)能長(zhǎng)周期安全無(wú)故障運(yùn)行。
5．網(wǎng)絡(luò)通訊及結(jié)構(gòu)
利用各PCC自帶的以太網(wǎng)接口實(shí)現(xiàn)PCC站站以及ECU各站的通訊,以及與監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)通訊.光纖連接現(xiàn)場(chǎng)和監(jiān)控中心。遠(yuǎn)程I/O的擴(kuò)展采用12M速率的X2X總線。通過(guò)RS485接口模塊控制現(xiàn)場(chǎng)變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)，以及與儀器儀表的通訊連接。
貝加萊的控制系統(tǒng)支持分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，觸摸屏和PCC均采用一個(gè)開(kāi)發(fā)軟件來(lái)開(kāi)發(fā)，面向?qū)ο蟮木幊谭绞剑Ｒ?guī)編程語(yǔ)言外，并且支持C語(yǔ)言，BASIC語(yǔ)言等多種高級(jí)編程語(yǔ)言。以及完善的PID算法完成生產(chǎn)過(guò)程壓力、溫度、流量等工藝參數(shù)的PID回路調(diào)節(jié)。高性能的控制器和支持帶電插拔的X20 I/O 系統(tǒng)，單個(gè)模塊或部件的損壞不會(huì)影響其他設(shè)備的正常運(yùn)行，提高污水系統(tǒng)可靠性，利于系統(tǒng)維護(hù)。I/O的就地接入，再通過(guò)通訊上送，通訊介質(zhì)為屏蔽雙絞線，減少布線成本，提高電氣系統(tǒng)可靠性。實(shí)現(xiàn)就近接線，遠(yuǎn)程監(jiān)控。接口豐富，太網(wǎng)通訊接口， Modbus接口，CAN 通訊，RS485總線等與三方設(shè)備通訊的接口都包含在系統(tǒng)中，方便用戶的擴(kuò)展和使用。
4．結(jié)束語(yǔ)：
貝加萊的污水控制系統(tǒng)是以PCC、工控計(jì)算機(jī)、管理計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及軟件系統(tǒng)為核心的污水處理廠實(shí)時(shí)管理控制系統(tǒng)，自動(dòng)監(jiān)測(cè)或監(jiān)控污水處理廠設(shè)備及生產(chǎn)運(yùn)行，達(dá)到污水處理廠遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)或監(jiān)控自動(dòng)化、管理信息化。 使污水處理廠內(nèi)自動(dòng)化控制及技術(shù)水平得到全面顯著提升，可以安全、可靠地實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的污水處理工藝流程，減少人為因素帶來(lái)的可能事故和隱患，保證污水處理的質(zhì)量，同時(shí)減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率和經(jīng)濟(jì)效益，使傳統(tǒng)污水處理廠生產(chǎn)運(yùn)行及管理產(chǎn)生了質(zhì)的變化。
關(guān)于貝加萊
貝加萊（B&R）是一家自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域的全球性領(lǐng)導(dǎo)廠商，總部位于奧地利Eggelsberg，于1979年由Erwin Bernecker先生和Josef Rainer先生共同創(chuàng)建。創(chuàng)新的信念伴隨貝加萊不斷成長(zhǎng)，并引領(lǐng)技術(shù)發(fā)展的潮流。今天的貝加萊已經(jīng)在全球55個(gè)國(guó)家設(shè)立了分支機(jī)構(gòu)，擁有140個(gè)辦事處。
1996年8月，貝加萊在上海成立了服務(wù)于中國(guó)市場(chǎng)的分公司——貝加萊工業(yè)自動(dòng)化（上海）有限公司，本地化的銷售與技術(shù)隊(duì)伍為中國(guó)客戶帶來(lái)了更迅捷的服務(wù)響應(yīng)。十年征程，貝加萊（中國(guó)）一直致力于為國(guó)內(nèi)用戶提供高品質(zhì)的自動(dòng)化產(chǎn)品和優(yōu)秀的技術(shù)解決方案。如今，貝加萊的產(chǎn)品和方案已廣泛應(yīng)用于機(jī)械自動(dòng)化領(lǐng)域，如包裝、印刷、塑料、紡織、食品飲料、機(jī)床、半導(dǎo)體、制藥等行業(yè)；以及過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域，如電力、冶金、市政、交通、石油、化工和水泥等行業(yè)。
貝加萊（中國(guó)）在國(guó)內(nèi)的機(jī)構(gòu)包括上海總部，北京、廣州、濟(jì)南、西安和成都辦事處，上海和西安的技術(shù)培訓(xùn)中心，以及分布在全國(guó)的大學(xué)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室。無(wú)論是售前咨詢、方案設(shè)計(jì)，還是項(xiàng)目實(shí)施與售后服務(wù)，貝加萊（中國(guó)）的卓越團(tuán)隊(duì)始終貼近用戶，提供周到完善的支持。這支優(yōu)秀的中國(guó)團(tuán)隊(duì)一直在幫助和支持著客戶自動(dòng)化方案的實(shí)現(xiàn)。在追求完美自動(dòng)化的同時(shí)，貝加萊更是世界范圍內(nèi)工業(yè)自動(dòng)化的合作伙伴。“Perfection in Automation”與 “Your Worldwide Automation Partner”精確地闡述了貝加萊公司在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的使命與追求。
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