1  引言
　　水是人類生活和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不可或缺的重要資源。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)現(xiàn)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斷增加，加劇了用水緊張和水質(zhì)污染。
　　建設(shè)可靠、穩(wěn)定、先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)和可擴(kuò)展的水處理自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)成為自動(dòng)化和城市水行業(yè)營(yíng)運(yùn)管理部門共同關(guān)心的問題。微電子、通信、自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展大大提高了水處理控制系統(tǒng)的信息化和智能化程度，也同時(shí)促進(jìn)了水處理自動(dòng)化系統(tǒng)向智能化方向發(fā)展。            
　　在污水處理控制系統(tǒng)中，存在著分布區(qū)域廣、設(shè)備分散、控制點(diǎn)多、控制信息量較大、輸入/輸出點(diǎn)以開關(guān)量居多而模擬量相對(duì)較少等特點(diǎn)，比較適合采用PLC（或PCC）來進(jìn)行控制。因此，以PLC為控制核心就成為污水處理廠自動(dòng)控制系統(tǒng)架構(gòu)的主要模式。
　　2  污水處理的工藝流程
　　目前污水處理的工藝主要包括SBR、A/O 、氧化法、CASS、HCR高效生物、膜生物法等方式。污水處理廠工藝的選擇要根據(jù)占地面積、運(yùn)行成本、總投資和自動(dòng)化程度等因素和實(shí)際情況來選用適合的污水處理工藝。無論什么工藝，一般污水處理都包括一級(jí)處理和二級(jí)處理兩部分，不同工藝的關(guān)鍵在于生化反應(yīng)階段工藝的不同。
　　■         一級(jí)處理部分
　　粗格柵
　　進(jìn)水泵房
　　細(xì)格柵
　　旋流沉沙池
　　■        二級(jí)處理部分
　　生化池
　　儲(chǔ)泥池
　　脫水機(jī)房
　　消毒池
　　污水處理的工藝流程如圖1所示。

　　圖1  污水處理的工藝流程

　　3          基于貝加萊控制方案的污水處理廠自動(dòng)化系統(tǒng)
　　3.1系統(tǒng)構(gòu)成      
　　根據(jù)城市污水處理廠工藝流程、廠區(qū)布置、生產(chǎn)和管理體制等方面的具體要求，污水處理廠自動(dòng)化系統(tǒng)主要由現(xiàn)場(chǎng)控制層、集中監(jiān)控層、廠部生產(chǎn)管理層和公司級(jí)生產(chǎn)調(diào)度層組成 。
　　現(xiàn)場(chǎng)控制層是污水處理自動(dòng)化系統(tǒng)的基礎(chǔ)，構(gòu)成它的裝置主要有PLC(或PCC)、過程檢測(cè)儀表和機(jī)電控制設(shè)備等。根據(jù)廠區(qū)平面布置及工藝流程的特點(diǎn)，該層一般由以下工段的PLC工作站組成：
　　●         污水預(yù)處理系統(tǒng)/進(jìn)水泵房
　　●         生化處理系統(tǒng)/配電中心
　　●         鼓風(fēng)機(jī)房（如有鼓風(fēng)機(jī)曝氣）
　　●         污水消毒系統(tǒng)/出水泵房
　　●         污泥處理系統(tǒng)/脫水車間
　　3.2貝加萊控制方案
　　3.2.1系統(tǒng)構(gòu)架
　　根據(jù)污水處理廠的特點(diǎn)和控制要求，提出了基于貝加萊工控產(chǎn)品的自動(dòng)化系統(tǒng)方案，其系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示：

　　圖2  基于貝加萊工控產(chǎn)品的污水處理自動(dòng)化系統(tǒng)架構(gòu)

　　3.2.2特點(diǎn)
　　在每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站上，操作員可從現(xiàn)場(chǎng)的觸摸屏（PP420）上看到整個(gè)工藝段的數(shù)據(jù)，方便讀取，監(jiān)控及操作，便于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備維護(hù)。
　　緊湊智能型Power Panel系列，集成了控制器，顯示和靈活的接口，與第三方控制系統(tǒng)兼容，產(chǎn)品緊湊的設(shè)計(jì)和性價(jià)比使之廣泛地應(yīng)用在工控行業(yè)。
　　X20 I/O，不僅僅是一個(gè)遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)，而是一個(gè)完整的控制方案。根據(jù)客戶的要求以及單個(gè)項(xiàng)目的要求，X20系列產(chǎn)品能連接所有的必要組件。
　　3.2.3優(yōu)勢(shì)
　　（1）其集成軟件平臺(tái)Automation Studio ，支持6種 IEC-61131（LD、IL、ST、SFC、CFC、 FBD）     編程語(yǔ)言和2種高級(jí)語(yǔ)言（ANSI C、B&R Automation Basic）。
　?。?）高速實(shí)時(shí)的Ethernet POWERLINK總線系統(tǒng)
　　●         POWERLINK遠(yuǎn)程I/O擴(kuò)展方式，介質(zhì)為以太網(wǎng)交叉線。
　　●         通訊速率為100Mb，通訊距離為100米。
　　●        可采用總線型、樹型、環(huán)型，星型。避免了其它現(xiàn)場(chǎng)總線因單一結(jié)構(gòu)（總線型）帶來的不便。如每遠(yuǎn)程IO站可獨(dú)立工作，斷開任何一個(gè)I/O站也不會(huì)造成關(guān)鍵影響。
　　圖3示出了有關(guān)各類總線的技術(shù)性能比較。

　　圖3  各類現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)性能比較

　?。?）站間數(shù)據(jù)通訊
　　各控制站可獨(dú)立運(yùn)行。
　　各獨(dú)立站之間可有數(shù)據(jù)交換。
　　貝加萊有專門用于CPU之間通訊的協(xié)議IMA，通訊介質(zhì)可為以太網(wǎng)、 CAN、串線等，組態(tài)方便。
　　支持路由。

　　圖4  站間數(shù)據(jù)通訊

　　（4）方便快捷的診斷工具
　　通過IE就可診斷CPU、IO狀態(tài)（無須編程軟件）
　　VNC Client客戶端（可顯示現(xiàn)場(chǎng)屏畫面和完成操作），如圖5所示。

　　圖5  VNC Client可顯示現(xiàn)場(chǎng)畫面并完成操作

　?。?）方便快捷的維護(hù)工具
　　一鍵自動(dòng)安裝程序
　　使用生成的 CD-ROM 啟動(dòng)盤(帶有autoplay)
　　使用生成的CF卡
　　（6）一鍵自動(dòng)升級(jí)程序
　　應(yīng)用程序或操作系統(tǒng)升級(jí)可通過 CD-ROM、CF卡或在線接口實(shí)現(xiàn)。

　　圖6  應(yīng)用程序或操作系統(tǒng)升級(jí)

　　3.2.4上位監(jiān)控系統(tǒng)
　　（1）上位監(jiān)控軟件
　　Power Vision組態(tài)軟件可方便快速的從控制站上上載變量，加快組態(tài)的進(jìn)程，并支持?jǐn)?shù)組、結(jié)構(gòu)體變量的上載。

　　圖7  Power Vision組態(tài)軟件

　　Power Vision是一款完全基于windows平臺(tái)的流程監(jiān)控軟件，使用起來方便簡(jiǎn)捷，運(yùn)行起來穩(wěn)定可靠。主要功能有：
　　●        無與倫比的動(dòng)力和靈活性，擁有全面的腳本與圖形動(dòng)畫功能；
　　●        可視化操作界面，真彩顯示、支持漸進(jìn)色、豐富的圖庫(kù)及動(dòng)畫連接；
　　●        可對(duì)畫面中的部分進(jìn)行保存，以便分析或打印；
　　●        變量導(dǎo)入導(dǎo)出，支持Excel，以方便對(duì)于變量名稱和屬性進(jìn)行修改，并導(dǎo)出便于變量二次使用；
　　●        強(qiáng)大的分布式報(bào)警、事件處理，并支持實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)的分布式保存；
　　●        強(qiáng)大的腳本語(yǔ)言處理，支持復(fù)雜邏輯操作與決策處理；
　　●        全新Web Server架構(gòu)，支持畫面、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的發(fā)布；
　　●        方便的配方處理功能；
　　●        豐富的設(shè)備支持能力，支持常見的PLC、智能儀表、智能控制單元；
　　●        提供硬件加密和軟授權(quán)兩種方式；
　　●        支持從控制器中上載變量。
　?。?）上位監(jiān)控系統(tǒng)的功能畫面
　　污水處理自動(dòng)化系統(tǒng)的上位監(jiān)控部分主要配置了粗/細(xì)格柵、進(jìn)水泵房、生化池、污泥回流泵房和消毒池等流程畫面，分別如圖8~13所示。操作員通過流程畫面在中控室就可以掌握整個(gè)工廠的運(yùn)行情況，完成設(shè)備的啟停操作。

　　圖8  粗格柵

　?。?）PowerVision的用戶安全管理系統(tǒng)
　　PowerVision軟件為用戶提供了一個(gè)強(qiáng)有力的安全管理系統(tǒng)。在“PowerVision”的開發(fā)系統(tǒng)里可以對(duì)所創(chuàng)建的工程進(jìn)行加密，必須輸入正確的密碼才能進(jìn)入該工程的開發(fā)系統(tǒng)。對(duì)畫面上的圖形對(duì)象也可設(shè)置訪問權(quán)限，同時(shí)給各類操作者分配不同的訪問優(yōu)先級(jí)權(quán)限和安全區(qū)，當(dāng)操作者擬進(jìn)行操作時(shí)，如其優(yōu)先級(jí)低于對(duì)象所要求的訪問優(yōu)先級(jí)或不在對(duì)象的訪問安全區(qū)內(nèi)時(shí)，則不可訪問該對(duì)象。即欲訪問一個(gè)有權(quán)限設(shè)置的對(duì)象，要求操作者必須具有相應(yīng)的訪問優(yōu)先級(jí)，且操作者的操作安全區(qū)須在對(duì)象的安全區(qū)內(nèi)方能訪問。PowerVision以此方式來保障系統(tǒng)的安全運(yùn)行。
　?。?）PviUser界面可完成各類變量的創(chuàng)建和上載
　　設(shè)備配置PviUser界面可以完成CPU變量的上載，上載包括全局變量和各個(gè)任務(wù)下面的局部變量，在上載的同時(shí)我們可以設(shè)置監(jiān)控軟件從CPU中實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)的頻率，還可以手動(dòng)創(chuàng)建全局變量、任務(wù)及任務(wù)里的局部變量，這樣以便在沒有CPU站的時(shí)候，也可以按照原設(shè)計(jì)IO變量完成上位監(jiān)控畫面的組態(tài)。

　　圖14  PviUser界面

　　3.2.5網(wǎng)絡(luò)通訊
　　利用各PP420自帶以太網(wǎng)接口實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制站之間的通訊，以及與監(jiān)控中心數(shù)據(jù)通訊。光纖連接現(xiàn)場(chǎng)站和監(jiān)控中心。分布式I/O擴(kuò)展采用100M速率的Ethernet PowerLink總線。RS485接口模塊與現(xiàn)場(chǎng)站儀器儀表通訊。
　　Ethernet POWERLINK（EPL）標(biāo)準(zhǔn)是一種可滿足最苛刻要求（4級(jí)）、并已投入實(shí)際應(yīng)用的實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)。EPL的主要技術(shù)指標(biāo)有：用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)IEEE802.3u(Fast Ether-net)作為傳輸媒介；傳輸速率100Mb/s；使用標(biāo)準(zhǔn)Hub和標(biāo)準(zhǔn)接線；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸周期最小達(dá)200μs；抖動(dòng)小于1μs；可同時(shí)傳輸實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及 IP協(xié)議；使用以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)硬件設(shè)備，并且支持冗余技術(shù)。它不僅具有工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的可靠性及環(huán)境適應(yīng)性，還很好地解決了標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議的實(shí)時(shí)性問題。
　　貝加萊控制系統(tǒng)支持分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，每個(gè)觸摸屏現(xiàn)場(chǎng)控制站均采用一個(gè)開發(fā)軟件AS來開發(fā)，是面向?qū)ο蟮木幊谭绞?。AS軟件提供完善的PID算法，對(duì)完成生產(chǎn)過程壓力、溫度、流量等工藝參數(shù)進(jìn)行PID回路調(diào)節(jié)。高性能的控制器和支持帶電插拔X20 I/O 系統(tǒng)，單個(gè)模塊或部件的損壞不會(huì)影響其它設(shè)備的正常運(yùn)行，提高了污水控制系統(tǒng)的可靠性，有利于系統(tǒng)的維護(hù)。I/O就地接入，再通過總線接入PP420，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。PP420接口豐富，可以提供RS232、RS485、Profibus-DP等與第三方設(shè)備的通訊接口，方便用戶擴(kuò)展和使用。
　　4          結(jié)束語(yǔ)
　　貝加萊污水處理自動(dòng)化系統(tǒng)是基于PCC、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)及軟件系統(tǒng)的污水處理廠實(shí)時(shí)控制和管理系統(tǒng)，使污水處理廠的自動(dòng)化控制水平得到全面提升，可以安全、可靠地實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜污水處理工藝流程，減少人為因素帶來的事故隱患，保證污水處理質(zhì)量，同時(shí)能提高工作效率和經(jīng)濟(jì)效益，使傳統(tǒng)污水處理廠的生產(chǎn)運(yùn)行及管理產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。
　　貝加萊（B&R）的自控系統(tǒng)滿足了污水處理廠運(yùn)行管理和安全處理的要求，即生產(chǎn)過程自動(dòng)控制和報(bào)警、自動(dòng)保護(hù)、自動(dòng)操作、自動(dòng)調(diào)節(jié)、提高了運(yùn)行效率，降低了運(yùn)行成本，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)污水處理廠內(nèi)各系統(tǒng)工藝流程中的重要參數(shù)、設(shè)備工況等進(jìn)行集中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)重要設(shè)備進(jìn)行集散控制。目前使用該系統(tǒng)的污水處理廠從正式投運(yùn)至今，控制設(shè)備運(yùn)行正常，污水處理廠的出廠水質(zhì)達(dá)到了設(shè)計(jì)排放標(biāo)準(zhǔn)。