摘 要：通過現場總線控制系統在實際污水處理工程中的一個應用案例，闡述了基于Interbus現場總線技術在污水處理工程中的設計方法及應用。
Abstract: An example of fieldbus technology system applied in wastewater treatment is given .The method and application of design in wastewater treatment Base on Interbus fieldbus technology is introduced.

關鍵詞：Interbus 現場總線控制系統 污水處理 軟件
Key word： Interbus fieldbus Control System Wasteater Treatment Software

引言

隨著我國的環保事業迅速發展,工業廢水、生活污水的凈化處理成為當務之急。投資少、運行靈活的生物曝氣濾池技術得到廣泛應用。生物曝氣濾池是當今世界污水處理研究試驗的新技術。國外從20世紀初開始進行研究，于20世紀80年代末基本成型，近年來隨著自動化技術、設備及在線監測儀表的發展，使得對污水處理的自動化成為可能。同時對污水處理工藝進行自動化監測和實時控制是提高污水處理效率，降低加藥量、降低能耗的關鍵。一般采用以PLC為核心的工藝過程自動監控系統，實時控制鼓風機、水泵、電動閥等設備及反應段時間，曝氣時間、強度，反沖洗時間及強度等，使水質達到國家規定的排放標準。
由此可見，污水處理是一個多參量（如液位，水質成份，溫度、壓力、流量）、多任務（如污水輸送、風量控制、反沖水量控制、水泵的啟停等）、多設備（如格柵機、水泵、鼓風機、閥門等）且具有隨機性、時變性和耦合性的復雜系統。因此污水處理應由一個智能監控與綜合管理系統來進行現代化的管理，使之安全可靠地運行。

1、現場總線技術

在污水處理廠中，現場控制設備分布范圍比較廣，如果采用傳統的控制方案，勢必要敷設大量的控制和信號電纜，浪費大量的人力和物力，十分不經濟。同時使系統復雜，可靠性降低。采用目前比較流行的現場總線技術，可以降低成本，同時提高系統的可靠性，使系統易于擴展和維護。InterBus是一種國際性的開放式的現場總線標準。目前世界上多數自動化生產廠家都為它們的自動化設備提供InterBus通訊接口。InterBus已廣泛地應用于加工制造、過程控制是一項成熟的技術。使用InterBus總線模塊用于分布式控制系統的高速數據傳輸可以取代昂貴的24V或4～20mA并行信號線，并解決車間級普通的通信任務，提供大量數據通信服務，提供中等任務的傳輸速度。

2、系統組成及功能設計

現代化的污水處理系統需要實現管理與控制一體化、實現辦公自動化。控制系統不僅與下層控制設備有良好的接口，而且具有與上層管理系統集成的接口，同時具有可擴展性。所以現代化污水處理系統要求在底層采用現場總線或者工業以太網等技術，上層則選用優秀的監控組態軟件。為了加強系統的可靠性，使整個系統長時間無故障地運行，需要采用冗余和容錯技術。根據全集成自動化（Totally Integrated Automation）的思想，將污水廠控制系統分為管理級、控制級、現場級。

（1）管理級是系統的核心部分，完成對污水處理過程各部分的管理和控制，并實現廠級的辦公自動化。管理級提供人機接口，是整個控制系統與控制部分信息交換的界面。管理級的各臺計算機具有相互通訊功能，實現數據交換和共享。考慮到管理層功能結構的層次性和可分割性，采用客戶／服務器的體系結構。服務器選用大型的網絡關系數據庫，滿足開放、分布式數據庫管理方法的要求。由服務器、管理部門計算機等站點的計算機組成的計算機辦公局域網。中央監控計算機及車間級現場控制站組成廠區工業控制網，完成對各車間范圍內的生產過程、儀表、設備的監控與控制；本系統采用研華公司生產的兩臺工業計算機(操作員站及工程師站)互為備用，它們之間通訊協議是TCP/IP。
（2）控制級。控制級是實現系統功能的關鍵，也是管理級與現場級之間的樞紐層，其主要功能是接愛管理層的參數或命令，對污水處理生產過程進行控制，同時將現場狀態送到管理層。控制器是整個系統的核心，所以在控制級中采用菲尼克斯公司的ILC350控制器，該控制器本自具有一個TCP/IP通訊接口，并通過分支模塊與遠程I／O模塊連接，遠程分布式I／O模塊與現場設備和傳感器通信。
（3）現場級。 現場級是實現系統功能的基礎。現場級主要由一次儀表、控制設備組成。其功能主要是完成其范圍內的生產過程、儀表、設備的監視與監測及并把監測到的數據上傳；接受控制級的指令對執行機構進行控制。分布式配置意味著控制器、遠程I／O模塊和現場設備通過現場總線的信號電纜連接。每個控制點比較集中的控制現場配置一個遠程分布式智能I／O模塊IBS IL 24 BK，現場I／O信號直接輸入I／O模塊，每個IBS IL 24 BK模塊具兩個InterBus接口。
根據此設計思想和關鍵技術方案分析，在酒鋼集團榆中鋼廠污水廠的自動控制設計中采用系統總體結構見圖1。
圖 1控制系統結構原理圖

3、上位組態軟件

上位機系統要求：具有與多臺下位機系統通訊的能力，實時監控多臺下位機的工作狀態，顯示生產過程中的工作曲線；具有遠程控制能力；向下位機采集數據，對歷史數據進行存儲、查詢、顯示、打印等。因此，在一個自動監控系統中，投入運行監控組態軟件是系統的數據收集處理中心、遠程監視中心和數據轉發中心，處于運行狀態的監視組態軟件與各種控制、檢測設備共同構成快速響應的控制中心。
選用北京亞控公司研發的KingView6.5組態軟件，該組態軟件的功能及特點是：
（1）友好的人機界面，控制操作方便。
（2）實時畫面顯示功能：用設計或實地圖片的方法生成圖形，實時地顯示某參數，顯示圖表包括：全廠平面圖，全廠工藝流程圖，各構筑物的平面圖，各部分主要的工藝及設備狀況的動態模擬圖，趨勢分析圖，數據棒圖，狀態表，報警表，日報表，月報表。數據處理：利用在線數據和數據庫中的數據進行分析、統計、計算、顯示。
（3）報警功能：當某一參數異常或設備故障時，可根據不同的報警類別，發出諸如聲、光報警、屏幕報警、輸入報警表、打印機輸出或播放事先錄制的語音提示，同時顯示相應的提示信息和畫面，記錄在數據庫中，且可分等級。
（4）報表功能：生存并存貯年、月、日報表及運行參數報表。
（5）打印功能：各種報表打印、各種事件及報警實時打印。
（6）通訊功能：該組態軟件支持如DDE、OLE、ODBC、OPC和SQL等標準，可以提供多種方式與上層數據交換。

4、控制軟件編程

軟件編程的主要依據為生產工藝提供控制的控制規律，同一種處理工藝可能會有不同的控制策略，根據對該污水廠的功能劃分共分三個功能塊：自動加藥控制、澄清池自動排泥控制、生物曝氣濾池控制。
（1）自動加藥控制：是指根據在線測得的水質參數與設定參數形成閉環控制。每座澄清池配兩臺計量泵，一運一備，當任何一臺泵事故時，備用泵自動投入運行，計量泵配變頻器，根據進水流量、進水濁度、出水濁度信號控制計量泵沖程及馬達轉速，從而達到控制加藥量的目的。
（2）澄清池自動排泥控制：是指根據在線測的水質參數，澄清池泥界面及出水水質實時調整排泥時間和排泥周期。
（3）生物曝氣濾池控制：根據近年來對生物曝氣濾池運行控制方式的研究，生曝氣濾工藝控制可分為水頭損失法和時間控制法，其中以水頭損失來控制生物曝氣濾池的的反沖洗，當設有多格曝氣池時，配水平衡的準確度直接影響了反沖洗的效果，在實際運行過程中，要實現各池嚴格的配水平衡，難度較大，因此在實際工程案例中一般采用時間控制法。并通過上位機設置靈活的時間調整給定界面，是保證生物曝氣濾池高效運行很好的解決方案。

5、結束語
在污水處理控制系統中采用現場總線改變了傳統的全模擬量傳輸方式，在現場總線級實現了數字傳輸，達到了提高信號傳送精度，增強了現場控制靈活性。該自動控制系統已在酒鋼集團榆中鋼廠污水廠、西北民族大學污水廠等投入運行，取得了良好的經濟效益與社會效益。