基于贝加莱Power Panel和X20 I/O的污水处理厂自动化系统

1 引言        水是人类生活和国民经济发展的不可或缺的重要资源。随着经济的发展，工业现代化的加快，人口的高度集中，城市用水量和污水的排放量不断增加，加剧了用水紧张和水质污染。        建设可靠、稳定、先进、经济和可扩展的水处理自动化系统已经成为自动化和城市水行业营运管理部门共同关心的问题。微电子、通信、自动化和计算机技术的发展大大提高了水处理控制系统的信息化和智能化程度，也同时促进了水处理自动化系统向智能化方向发展。                    在污水处理控制系统中，存在着分布区域广、设备分散、控制点多、控制信息量较大、输入/输出点以开关量居多而模拟量相对较少等特点，比较适合采用PLC（或PCC）来进行控制。因此，以PLC为控制核心就成为污水处理厂自动控制系统架构的主要模式。

2 污水处理的工艺流程        目前污水处理的工艺主要包括SBR、A/O 、氧化法、CASS、HCR高效生物、膜生物法等方式。污水处理厂工艺的选择要根据占地面积、运行成本、总投资和自动化程度等因素和实际情况来选用适合的污水处理工艺。无论什么工艺，一般污水处理都包括一级处理和二级处理两部分，不同工艺的关键在于生化反应阶段工艺的不同。 一级处理部分 粗格栅、进水泵房、细格栅、旋流沉沙池 二级处理部分 生化池、储泥池、脱水机房、消毒池 污水处理的工艺流程如图1所示。

3 基于贝加莱控制方案的污水处理厂自动化系统 3.1系统构成              根据城市污水处理厂工艺流程、厂区布置、生产和管理体制等方面的具体要求，污水处理厂自动化系统主要由现场控制层、集中监控层、厂部生产管理层和公司级生产调度层组成 。 现场控制层是污水处理自动化系统的基础，构成它的装置主要有PLC(或PCC)、过程检测仪表和机电控制设备等。根据厂区平面布置及工艺流程的特点，该层一般由以下工段的PLC工作站组成：        污水预处理系统/进水泵房        生化处理系统/配电中心        鼓风机房（如有鼓风机曝气）        污水消毒系统/出水泵房        污泥处理系统/脱水车间 3.2贝加莱控制方案 3.2.1系统构架        根据污水处理厂的特点和控制要求，提出了基于贝加莱工控产品的自动化系统方案，其系统架构如图2所示：

3.2.2特点        在每个现场控制站上，操作员可从现场的触摸屏（PP420）上看到整个工艺段的数据，方便读取，监控及操作，便于现场设备维护。        紧凑智能型Power Panel系列，集成了控制器，显示和灵活的接口，与第三方控制系统兼容，产品紧凑的设计和性价比使之广泛地应用在工控行业。        X20 I/O，不仅仅是一个远程I/O系统，而是一个完整的控制方案。根据客户的要求以及单个项目的要求，X20系列产品能连接所有的必要组件。 3.2.3优势 （1）其集成软件平台Automation Studio ，支持6种 IEC-61131（LD、IL、ST、SFC、CFC、 FBD）     编程语言和2种高级语言（ANSI C、B&R Automation Basic）。

（2）高速实时的Ethernet POWERLINK总线系统

       POWERLINK远程I/O扩展方式，介质为以太网交叉线。        通讯速率为100Mb，通讯距离为100米。        可采用总线型、树型、环型，星型。避免了其它现场总线因单一结构（总线型）带来的不便。如每远程IO站可独立工作，断开任何一个I/O站也不会造成关键影响。 图3示出了有关各类总线的技术性能比较。

（3）站间数据通讯 各控制站可独立运行。 各独立站之间可有数据交换。 贝加莱有专门用于CPU之间通讯的协议IMA，通讯介质可为以太网、 CAN、串线等，组态方便。 支持路由。

（4）方便快捷的诊断工具 通过IE就可诊断CPU、IO状态（无须编程软件） VNC Client客户端（可显示现场屏画面和完成操作），如图5所示。

（5）方便快捷的维护工具 一键自动安装程序 使用生成的 CD-ROM 启动盘(带有autoplay) 使用生成的CF卡 （6）一键自动升级程序 应用程序或操作系统升级可通过 CD-ROM、CF卡或在线接口实现。

3.2.4上位监控系统 （1）上位监控软件        Power Vision组态软件可方便快速的从控制站上上载变量，加快组态的进程，并支持数组、结构体变量的上载。

       Power Vision是一款完全基于windows平台的流程监控软件，使用起来方便简捷，运行起来稳定可靠。主要功能有：       无与伦比的动力和灵活性，拥有全面的脚本与图形动画功能；       可视化操作界面，真彩显示、支持渐进色、丰富的图库及动画连接；       可对画面中的部分进行保存，以便分析或打印；       变量导入导出，支持Excel，以方便对于变量名称和属性进行修改，并导出便于变量二次使用；       强大的分布式报警、事件处理，并支持实时、历史数据的分布式保存；       强大的脚本语言处理，支持复杂逻辑操作与决策处理；       全新Web Server架构，支持画面、实时数据、历史数据及数据库数据的发布；       方便的配方处理功能；       丰富的设备支持能力，支持常见的PLC、智能仪表、智能控制单元；       提供硬件加密和软授权两种方式；       支持从控制器中上载变量。 （2）上位监控系统的功能画面        污水处理自动化系统的上位监控部分主要配置了粗/细格栅、进水泵房、生化池、污泥回流泵房和消毒池等流程画面，分别如图8~13所示。操作员通过流程画面在中控室就可以掌握整个工厂的运行情况，完成设备的启停操作。

（3）PowerVision的用户安全管理系统        PowerVision软件为用户提供了一个强有力的安全管理系统。在“PowerVision”的开发系统里可以对所创建的工程进行加密，必须输入正确的密码才能进入该工程的开发系统。对画面上的图形对象也可设置访问权限，同时给各类操作者分配不同的访问优先级权限和安全区，当操作者拟进行操作时，如其优先级低于对象所要求的访问优先级或不在对象的访问安全区内时，则不可访问该对象。即欲访问一个有权限设置的对象，要求操作者必须具有相应的访问优先级，且操作者的操作安全区须在对象的安全区内方能访问。PowerVision以此方式来保障系统的安全运行。 （4）PviUser界面可完成各类变量的创建和上载        设备配置PviUser界面可以完成CPU变量的上载，上载包括全局变量和各个任务下面的局部变量，在上载的同时我们可以设置监控软件从CPU中实时采集数据的频率，还可以手动创建全局变量、任务及任务里的局部变量，这样以便在没有CPU站的时候，也可以按照原设计IO变量完成上位监控画面的组态。

3.2.5网络通讯        利用各PP420自带以太网接口实现现场控制站之间的通讯，以及与监控中心数据通讯。光纤连接现场站和监控中心。分布式I/O扩展采用100M速率的Ethernet PowerLink总线。RS485接口模块与现场站仪器仪表通讯。        Ethernet POWERLINK（EPL）标准是一种可满足最苛刻要求（4级）、并已投入实际应用的实时工业以太网。EPL的主要技术指标有：用标准以太网IEEE802.3u(Fast Ether-net)作为传输媒介；传输速率100Mb/s；使用标准Hub和标准接线；实时数据传输周期最小达200μs；抖动小于1μs；可同时传输实时和非实时数据以及 IP协议；使用以太网标准硬件设备，并且支持冗余技术。它不仅具有工业以太网标准的可靠性及环境适应性，还很好地解决了标准以太网TCP/IP协议的实时性问题。        贝加莱控制系统支持分时多任务操作系统，每个触摸屏现场控制站均采用一个开发软件AS来开发，是面向对象的编程方式。AS软件提供完善的PID算法，对完成生产过程压力、温度、流量等工艺参数进行PID回路调节。高性能的控制器和支持带电插拔X20 I/O 系统，单个模块或部件的损坏不会影响其它设备的正常运行，提高了污水控制系统的可靠性，有利于系统的维护。I/O就地接入，再通过总线接入PP420，通讯介质为屏蔽双绞线，减少布线成本，提高电气系统可靠性，实现就近接线，远程监控。PP420接口丰富，可以提供RS232、RS485、Profibus-DP等与第三方设备的通讯接口，方便用户扩展和使用。

4 结束语        贝加莱污水处理自动化系统是基于PCC、计算机、数据通讯网络及软件系统的污水处理厂实时控制和管理系统，使污水处理厂的自动化控制水平得到全面提升，可以安全、可靠地实现各种复杂污水处理工艺流程，减少人为因素带来的事故隐患，保证污水处理质量，同时能提高工作效率和经济效益，使传统污水处理厂的生产运行及管理产生了质的飞跃。        贝加莱（B&R）的自控系统满足了污水处理厂运行管理和安全处理的要求，即生产过程自动控制和报警、自动保护、自动操作、自动调节、提高了运行效率，降低了运行成本，减轻了劳动强度，对污水处理厂内各系统工艺流程中的重要参数、设备工况等进行集中实时监测，对重要设备进行集散控制。目前使用该系统的污水处理厂从正式投运至今，控制设备运行正常，污水处理厂的出厂水质达到了设计排放标准。

参考文献： [1] 赵奎霞 水处理工程（第二版）中国环境科学出版社 2008.8 [2] PCC初级培训教程    B&R 作者简介 左苏平 女，出生于1980年 ，现为贝加莱工业自动化（上海）有限公司工程师，从事工业自动化技术工作8年。