工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)以太網(wǎng)的研究

　　1 污水處理控制系統(tǒng)分析與設(shè)計

　　控制要求

　　污水處理控制系統(tǒng)的控制要求：污水站集水池設(shè)有2臺液下泵，根據(jù)集水池的液位自動啟停，兩臺泵輪流先后工作。在啟動液下泵的同時，啟動。污水提升到中間水池后，中間水池有兩臺潛污泵，輪流工作，并可以在一臺泵故障時，啟動另一臺泵。污泥池有兩臺污泥泵，根據(jù)浮球閥的狀態(tài)自動啟停污泥泵。并可在上位機(jī)監(jiān)測集水池和清水池水位，容器罐、污泥增壓泵及出水管的壓力，出水管的流量。

　　灑水系統(tǒng)的控制要求：可在現(xiàn)場控制柜控制噴水和上位機(jī)遠(yuǎn)程控制操作。遠(yuǎn)程控制時可以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)點(diǎn)動控制噴水閥噴水和堆場循環(huán)噴水。分為單堆場噴淋和全堆場循環(huán)兩種模式：單堆場循環(huán)為上位機(jī)選定某個堆場噴淋;全堆場循環(huán)為根據(jù)堆場有無堆料、有無斗輪機(jī)懸臂信號和是否選中噴淋的情況對整個堆場進(jìn)行全堆場循環(huán)噴淋一次。

　　2污水處理控制系統(tǒng)設(shè)計

　　該污水處理和堆場噴灑自動控制系統(tǒng)由1座現(xiàn)場PLC主站，10座遠(yuǎn)程I/O子站組成，計算機(jī)監(jiān)控工作站設(shè)在中控室內(nèi)，通過工業(yè)以太網(wǎng)連接。在中控室安裝有一套灑水控制工業(yè)計算機(jī)，運(yùn)行人—機(jī)界面，完成污水處理控制系統(tǒng)和堆場噴灑系統(tǒng)的監(jiān)控和生產(chǎn)管理。它監(jiān)視、控制、管理整個污水處理控制系統(tǒng)和堆場噴灑系統(tǒng)的全部生產(chǎn)過程和。

　　在該系統(tǒng)中采用100Mbps工業(yè)以太網(wǎng)，通過工業(yè)以太網(wǎng)光端機(jī)，將所有現(xiàn)場控制主站、操作站及所有遠(yuǎn)程I/O站等用光纖以太網(wǎng)連接起來。在污水處理控制系統(tǒng)現(xiàn)場控制主站設(shè)一套 MODICON QUANTUM系列 PLC，在堆場噴灑系統(tǒng)10個閥門控制箱遠(yuǎn)程控制子系統(tǒng)各配一套MODICON MOMENTUM系列PLC作為遠(yuǎn)程I/O站。通過光纖工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場控制站相連接。監(jiān)控工業(yè)計算機(jī)通過以太網(wǎng)連接現(xiàn)場控制PLC主站來實(shí)現(xiàn)污水處理控制系統(tǒng)和堆場噴灑自動控制系統(tǒng)與總控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。因?yàn)槭┠偷鹿镜腗odbusTCP/IP (1998) 是目前工業(yè)以太網(wǎng)的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，并使以太網(wǎng)在傳感器級和設(shè)備級得到了大量的應(yīng)用。

　　污水處理控制系統(tǒng)設(shè)備采用公司生產(chǎn)的TSX Quantum和Momentum系列PLC。以工業(yè)控制計算機(jī)作為中央操作站(操作站和工程師站)。中央操作站負(fù)責(zé)設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)監(jiān)控、生產(chǎn)信息處理、打印、系統(tǒng)起停命令發(fā)送、回路調(diào)節(jié)、設(shè)定位給定等功能?，F(xiàn)場站負(fù)責(zé)現(xiàn)場I/O信號采集、回路控制、聯(lián)鎖順序控制，現(xiàn)場所有的信號通過電纜引到現(xiàn)場站?，F(xiàn)場站和操作站通過工業(yè)以太網(wǎng)完成它們之間的信息和數(shù)據(jù)交換，真正體現(xiàn)了分散控制、集中管理的原則。本系統(tǒng)的建立遵循開放性原則，采用結(jié)構(gòu)化體系，并對將來的發(fā)展具有完全的兼容性和可擴(kuò)充性，采用工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)形式，具有良好的可擴(kuò)充性和開放性，只要符合工業(yè)以大網(wǎng)協(xié)議的設(shè)備都可以上網(wǎng)，可以極其方便地外掛生產(chǎn)調(diào)度管理系統(tǒng)(MIS系統(tǒng))。

　　3 控制網(wǎng)絡(luò)的組成與實(shí)現(xiàn)

　　3.1通信問題的解決

　　在該P(yáng)LC控制系統(tǒng)中，硬件網(wǎng)絡(luò)的組建只是其中一部分，如何解決網(wǎng)絡(luò)通信的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性是需要解決的重要問題。

　　要實(shí)現(xiàn)Quantum PLC與Momentum PLC之間的網(wǎng)絡(luò)通信有兩種方式：1 通過組態(tài)設(shè)置master主站及進(jìn)行信息交互的Slave從站，并設(shè)置讀寫的數(shù)據(jù)長度的單元地址;2 利用Concept編程軟件中的FBD功能指令，實(shí)現(xiàn)對子站的讀寫操作。

　　在該系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)中，我們采用了集線器499NOH10510作光電轉(zhuǎn)換。由于集線器是在接收到來自某一端口的消息，再將消息廣播到其它所有的端口。對來自任一端口的每一條消息，集線器都會把它傳遞到其它的各個端口。在消息傳遞方面，集線器是低速低效的，可能會出現(xiàn)消息沖突。顯然，由于集線器的這一個不足，當(dāng)各個PLC中的信息同時占用某個通信信道時，就會引起信道的消息沖突，而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)通信中斷，這樣整個控制網(wǎng)絡(luò)就會處于癱瘓狀態(tài)。只有重新啟動整個系統(tǒng)才能使系統(tǒng)恢復(fù)正常，但是，由于在控制系統(tǒng)中信息的傳遞是頻繁的，因此如果不解決信息沖突的問題，發(fā)生系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)癱瘓的可能性就時刻存在。

　　3.2控制網(wǎng)絡(luò)的組建

　　該系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)的硬件組成是：中控室操作站PC一臺，現(xiàn)場控制站Quantum PLC一臺、遠(yuǎn)程控制子站Momentum PLC十臺，施耐德MODICON以太網(wǎng)集線器10Mbps 3TP/FL 499NOH10510十一只，工業(yè)以太網(wǎng)光纖網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器一只。

　　網(wǎng)絡(luò)組建方案設(shè)計如下：由主站Quantum PLC和子站Momentum PLC通過光纖收發(fā)器和以太網(wǎng)集線器499NOH10510組成一個有十一個節(jié)點(diǎn)的冗余環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，并通過光纖收發(fā)器和499NOH10510集線器實(shí)現(xiàn)環(huán)形子網(wǎng)與上位機(jī)的通信。采用環(huán)形網(wǎng)的方式，如果系統(tǒng)中環(huán)形光纖發(fā)生故障，環(huán)形結(jié)構(gòu)將在小于500 ms時間內(nèi)切換成具有全部傳輸能力的總線結(jié)構(gòu)。所以在其中某個Momentum PLC出現(xiàn)問題時，由于環(huán)網(wǎng)的冗余作用而不會影響到整個系統(tǒng)的正常運(yùn)行，提高了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　在網(wǎng)絡(luò)硬件組建成功之后，使用施耐德公司的Bootp工具對組成環(huán)型網(wǎng)絡(luò)的各個PLC分配IP地址，該地址要與上位機(jī)操作站電腦的IP地址在同一個域段內(nèi)。