目前，城市污水處理系統(tǒng)的監(jiān)控設備基本上采用分散獨立的傳統(tǒng)繼保裝置，對于現(xiàn)場設備數(shù)據(jù)的采集，大都是由廠家自己編寫的驅(qū)動程序。雖然這些驅(qū)動程序可以針對其專門的硬件進行*化讀取，但如果需要集成不同廠家的硬件時，就會產(chǎn)生不同軟硬件之間的數(shù)據(jù)沖突；而且在污水處理過程中會用到大量結構復雜的設備，維護量大，也不利于整個系統(tǒng)的監(jiān)控、調(diào)度和集中管理。在靖遠城區(qū)污水處理項目中，為了能低成本地解決這些問題，采用opc(ole for process contr01)技術，在中心控制室設置調(diào)度監(jiān)控中心，通過主站對污水處理廠各plc站進行集中控制和監(jiān)視，較好地解決了controllogix 1756一l61 plc和西門子公司的s7-300系列plc的通信和互操作。
1 opc技術簡介
隨著過程控制和工業(yè)自動化的發(fā)展，自動化系統(tǒng)廠商希望能夠集成不同廠家的不同軟硬件設備，實現(xiàn)各家設備之間的互操作；而現(xiàn)實中不同供應商的軟硬件存在著不同的標準和協(xié)議，供應商對這種標準和協(xié)議專權享有，難以實現(xiàn)系統(tǒng)的無縫集成。在這種情況下，opc作為一種工業(yè)標準應運而生，它為工業(yè)環(huán)境中的信息交互提供了統(tǒng)一的標準軟件接口，改變了客戶相對被動的局面。
由于opc接口的基礎是microsoft windows的 com和dcom技術，因此，只有當設備帶有的操作系統(tǒng)是基于windows com和dcom技術時，才能使用 opc接口方法。opc按照面向?qū)ο蟮脑瓌t，將一個應用程序(opc服務器)作為一個對象封裝起來，只將接口方法暴露在外面，客戶以統(tǒng)一的方式去調(diào)用這個方法，從而保證了軟件對客戶的透明性，使得用戶*從底層的開發(fā)中脫離出來。opc規(guī)范了接口函數(shù)，不管現(xiàn)場設備以何種形式存在，客戶都以統(tǒng)一的方式去訪問，實現(xiàn)了系統(tǒng)的開放性。
opc技術的關鍵在于它提供了一種高效的通信機制，其所關心的是現(xiàn)場數(shù)據(jù)的存取方式而不是實際的數(shù)據(jù)類型，它給工控軟件提供了一種一致的存取現(xiàn)場設備數(shù)據(jù)的方法。opc的軟件系統(tǒng)結構為客戶端 (client)／服務器(8erver)模式。由于opc技術的采用，使得以更簡單的系統(tǒng)結構、更長的壽命、更低廉的價格解決工業(yè)控制系統(tǒng)成為可能；同時，現(xiàn)場設備與系統(tǒng)的連接也更加簡單、靈活、方便。因此，opc技術在國內(nèi)工業(yè)控制領域得到了廣泛的應用。
2水處理工藝流程
污水處理就是利用各種不同的方法，將污水中所含污染物質(zhì)分離出來或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，從而使污水得到凈化的過程。靖遠城區(qū)污水處理流程如圖1所示。
本污水處理工藝分為一級處理和二級處理。
一級處理主要是采用物理法取出懸浮物以及部分有機物，其具體工藝過程是管網(wǎng)來的污水首先流入迸水控制井，使污水量和水質(zhì)得到調(diào)節(jié)，從而使污水處理達到穩(wěn)定平衡運轉(zhuǎn)；再將污水分別通過粗、細格柵，以截阻粗大的懸浮物；然后在沉砂池中利用重力分離原理，將污水中的砂粒、礦渣等較大的無機顆粒分離出去，而吸砂機則將沉砂吸出，送到砂水分離器。沉砂池的作用是將污水中的沙礫分離出來，防止其對后續(xù)工序設備的損害，zui后進入二級處理。
二級處理是在一級處理的基礎上，進一步采用物化法去除污水中的膠體及溶解性物質(zhì)，其主要工藝采用cass池(包括厭氧池、好氧池和沉淀池)t藝生化處理，包括：一級處理過的污水首*入?yún)捬鯀^(qū)進行厭氧處理，厭氧池中的污泥吸收污水中的一些有害物質(zhì)后，污水進入好氧池，由鼓風機提供微生物所需的氧氣，與池內(nèi)活性污泥混合成混合液；然后在曝氣池中經(jīng)過連續(xù)、充分的曝氣，曝氣一方面使活性污泥處于懸浮狀態(tài)，與污水充分接觸；另一方面，通過曝氣，向活性污泥供氧，保持好氧條件，使微生物正常生長和繁殖，通過微生物的新陳代謝，使有機物無機化、有毒物質(zhì)無害化；污水進入沉淀池后，沉淀后的污泥流人污泥濃縮池進行處理，其中沉淀雜質(zhì)較少的上清液再由污泥回流泵送往厭氧池進行循環(huán)處理。經(jīng)過cass池、接觸池，再經(jīng)加氯消毒后，此時的水已達到排放標準，可排至黃河。
由于污水處理廠產(chǎn)生的大量污泥含有有害、有毒物質(zhì)，會對周圍環(huán)境產(chǎn)生不利影響，所以，必須對污泥進行及時處理和處置，使之減量、穩(wěn)定、無害化以及能被綜合利用。污泥的處理包括消化、濃縮等過程。初沉池沉淀的生污泥通過泵提升到重力濃縮池進行濃縮。二沉池沉淀的活性污泥一部分由回流泵提升到 cass池的厭氧區(qū)，以增加活性污泥濃度；另一部分通過泵提升到氣浮濃縮池。經(jīng)過2個濃縮池濃縮后的污泥，通過投配泵提升到消化池進行消化處理。zui后進入脫水間脫水成較干的污泥即可外運處理。
3 系統(tǒng)結構
根據(jù)污水處理丁藝特點、構筑物的分布及整體控制要求，整個自動控制系統(tǒng)設置了3個現(xiàn)場plc監(jiān)控站和1個中心控制室，從而實現(xiàn)了分散檢測和控制、集中顯示和管理的原則。其中，3個現(xiàn)場監(jiān)控站分別負責污水處理過程中的粗格柵及污水提升泵房控制室、變配電室控制室、污泥脫水機房控制室；而中心控制室設在廠區(qū)綜合辦公樓內(nèi)，*控制室中的*監(jiān)控機可以監(jiān)視全廠工藝設備的運行狀態(tài)、工藝過程中的各種參數(shù)、主要設備的控制和事故報警、主要參數(shù)的越限報警等。下位機系統(tǒng)采用plc，上位機系統(tǒng)采用ipc (工業(yè)pc機)。整個控制系統(tǒng)結構如圖2所示。
自控系統(tǒng)采用集散型控制系統(tǒng)，即由上位機、通信網(wǎng)絡、現(xiàn)場控制站(plc可編程序控制器)以及就地控制盤組成。各現(xiàn)場控制站設置在就地控制室內(nèi)，控制站將采集到的各種參數(shù)及信號傳送到*監(jiān)控管理計算機，并接收上位機指令。當上位機發(fā)生故障時，系統(tǒng)仍能按照預編程序?qū)爡^(qū)內(nèi)的設備進行控制。cass 反應池就地控制盤(箱)設置在潷水器附近，其將采集到的各種參數(shù)及信號通過現(xiàn)場控制站傳送至*監(jiān)控管理計算機，并接收上位機指令，對潷水器的潷水過程進行控制和監(jiān)視。就地控制盤(控制裝置)位于被控設備附近，作為工藝設備成套的控制裝置，其控制功能有3種：①就地手動控制，一般在自動控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障或檢修時用到；②遠程遙控控制，操作員在中心控制室進行控制，一般用于異常情況下的控制；③ 自動控制，正常情況下系統(tǒng)運行在自動控制模式下。控制級別由高到低依次為：現(xiàn)場手動控制、遙控控制、自動控制。
另外，為了使經(jīng)營管理人員能及時了解掌握現(xiàn)場情況，提前發(fā)現(xiàn)隱患并及時處理，保證污水廠正常運行，設立了攝像系統(tǒng)，以監(jiān)視廠內(nèi)生產(chǎn)及安全保衛(wèi)狀況；在污水廠圍墻邊上，還設置了紅外入侵探測系統(tǒng)，以防止外人非法入侵。
3．1系統(tǒng)硬件選型
考慮到污水處理控制對系統(tǒng)安全性、可靠性、可維護性和靈活性的要求，本系統(tǒng)硬件組成包括現(xiàn)場控制站(粗格柵提升泵房現(xiàn)場控制站和變配電室控制站) 和污泥脫水機房現(xiàn)場控制站。粗格柵及污水提升泵房控制室和變配電室控制室采用ab系列的plc，而污泥脫水機房控制室采用西門子的$7-300系列plc；上位機選擇研祥工控計算機(ipc810a 4套)；cpu：piv／ 3．0 ghz；內(nèi)存：l gb的ddr；硬盤驅(qū)動器：160 gb；光盤驅(qū)動器：dvd±rwieee 1394卡；多串口卡標準鍵盤、鼠標、usb接口、通信接口、顯示卡等；低壓電氣選用德力西低壓電氣產(chǎn)品；美國hp公司彩色噴墨打印機2臺，激光打印機(黑白)l臺；ups電源(不間斷電源)選用santak公司的產(chǎn)品，4臺。
3．2上位監(jiān)控軟件設計
上位監(jiān)控系統(tǒng)采用simatie wincc開發(fā)”o，其主要包括計算機、變量管理器、結構變量和編輯器4大部分。變量管理器是對組態(tài)軟件中所用的變量進行初始化定義，主要作用是將變量標簽與下位機plc程序中的數(shù)據(jù)相連：編輯器則是實現(xiàn)組態(tài)各個畫面和報警、報表等功能的主要部分。
在上位機中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以實時顯示水位、溫度、電機電流、流量、流量累計、流量電流比、變頻器工作狀態(tài)、手動自動狀態(tài)及空氣開關的狀態(tài)。這樣，在*控制室內(nèi)就可以檢測到來自現(xiàn)場的各種相關數(shù)據(jù)，免去了在各站之間煩瑣地來回工作，只需定期到各站檢查一遍即可，從而大大減輕了工作人員的工作量。遠程監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了對各個站的集中控制，系統(tǒng)可以在控制室里控制各電動設備的開啟、關閉和停止動作以及變頻器的啟動停止，并可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。這是實現(xiàn)自動控制的關鍵所在。自動化操作的實現(xiàn)，使得管理人員在控制室內(nèi)就能夠?qū)崿F(xiàn)對遠距離各設備的啟停操作，大大提高了工作效率。報警系統(tǒng)能顯示短時期內(nèi)的報警情況，電機過流或變頻器發(fā)生故障等都會引起系統(tǒng)的報警。報警形式有總報敬燈閃爍及報警聲音，事故站按鈕閃爍及報警聲音、報警欄、報警信息顯示 (包括報警單位、報警款項及是否自動消除等)，報警窗口各時期報警情況等。實時數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)可以將一段時間內(nèi)的水位、溫度、含氧量、流量及流量累計等數(shù)據(jù)實時地記錄下來，并打印。曲線分析系統(tǒng)可以實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)的趨勢顯示，使操作者能直觀地看到數(shù)據(jù)的變化情況。另外，在按鈕欄上設有一個總停按鈕(停止所有設備的運行)，用來應付緊急情況。
4 opc技術的通信實現(xiàn)
在本項目中，采用西門子公司和羅克韋爾公司生產(chǎn)的plc作為opc server，并在上位機中開發(fā)opc client，以實現(xiàn)這2種plc之間的互操作。西門子公司為s7- 300／400提供的opc server接口集成在simatic net軟件包內(nèi)，所以可直接利用s7系統(tǒng)提供的opc server。同時。在pc機上創(chuàng)建opc服務器，并采用simatic net軟件建立profibus．dp網(wǎng)絡，實現(xiàn)了opc服務器與s7—300／ 400系列plc輸入、輸出接口點對點的連接。
rslinx是ab可編程控制器在windows環(huán)境下建立工廠所用通信方案的工具，它不僅提供了多種網(wǎng)絡驅(qū)動程序。而且提供了快速的opc、dde和custom c／ c++接口。在項目的具體實施過程中，采用vb軟件編寫opc客戶端應用程序，實現(xiàn)了上位機與lo畫x5550 控制器之間的通信。
首先在wincc中組態(tài)監(jiān)控畫面，再在logixs000 中進行i／o組態(tài)及控制程序編寫h1，然后在rslinx中配置通信驅(qū)動，zui后采用opc技術實現(xiàn)rslinx與 wincc之間的通信以及ab plc與s7-300 plc之間的互操作。待rslinx配置完后，再到wincc里新建用于監(jiān)控的變量，zui后利用rslinx中edit菜單下的copy dde／opc link功能，找到所需的通信地址、opc鏈接格式。逐個建立完這種鏈接后，即可在wincc里像使用本地直接鏈接的變量一樣使用通過opc鏈接的變量。
5 結束語
在靖遠城區(qū)污水處理項目中利用opc技術開發(fā)的智能控制系統(tǒng)，降低了系統(tǒng)造價，保證了通信網(wǎng)絡良好的兼容性和穩(wěn)定性，實現(xiàn)了不同廠商設備的無縫集成；同時保證了通信的快速性，并為生產(chǎn)工藝的進一步改進提供了方便，降低了生產(chǎn)和維護成本，更減輕了生產(chǎn)及維護工人的勞動強度，具有很好的經(jīng)濟效益和社會效益。