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★管力（北京碧水源科技股份有限公司，北京102206）

摘要：本文介紹了工業(yè)以太網(wǎng)在大中型污水處理廠中的應(yīng)用。簡單地介紹了工業(yè)以太網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)，使用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)是穩(wěn)定的、可靠的、安全的，完全滿足工業(yè)環(huán)境。詳細(xì)地論述了工業(yè)以太網(wǎng)在污水處理中的應(yīng)用過程，包括工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)的硬件組成、功能、污水處理過程中的應(yīng)用，如何在Step7v5.5和Wincc7.2中編寫工業(yè)以太網(wǎng)程序，以及中央控制室內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)的控制功能。在大中型污處理廠中使用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的管控一體化，采用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)提高了污水處理的效率、降低了運(yùn)營成本。

關(guān)鍵詞：工業(yè)以太網(wǎng)；PLC；組態(tài)軟件；工控機(jī)；交換機(jī)

1 緒論

近些年我國的國民經(jīng)濟(jì)快速的發(fā)展，工業(yè)現(xiàn)代化的步伐不斷加快，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。污水如果任意排放將造成環(huán)境的巨大污染。因此，污水處理受到世界各國廣泛重視，我國尤其如此。在這種背景下，近年來國內(nèi)建設(shè)了許多現(xiàn)代化的大中型污水處理廠。大中型污水廠的共同特點(diǎn)是：日處理污水量非常大、污水所含成分比較復(fù)雜、處理單元比較多而且每個(gè)處理單元相對(duì)位置比較遠(yuǎn)、設(shè)備位置比較分散等。具有這些特點(diǎn)的大中型污水處理廠，使用傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)時(shí)不僅需要鋪設(shè)大量電纜、增設(shè)控制裝置、使信號(hào)的采集和傳送不及時(shí)、不完整，而且需要增加操作人員和維護(hù)人員,這樣不但給設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試和維護(hù)帶來諸多麻煩，而且增加投資費(fèi)用和運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用。如果要想避免這些缺點(diǎn)，可以在污水處理廠的自控系統(tǒng)中采用現(xiàn)場總線技術(shù)或工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。現(xiàn)場總線技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)過程控制領(lǐng)域。它具有實(shí)時(shí)性好、布線簡單、可靠性高的特點(diǎn)，比較適合工業(yè)環(huán)境。但是，它也有自己的缺點(diǎn)，如標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、各個(gè)廠商各自為政；傳輸速率低、無法傳輸圖像和語音信息、網(wǎng)絡(luò)互連困難等。

工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)誕生雖然較現(xiàn)場總線技術(shù)晚，但是因?yàn)榫哂幸韵聝?yōu)勢而得到迅猛發(fā)展：（1）應(yīng)用廣泛。（2）通信速率高。（3）成本低廉。（4）資源共享能力強(qiáng)。（5）可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Υ蟆＞哂猩鲜鰞?yōu)點(diǎn)的工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)和辦公自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的無縫連接，實(shí)現(xiàn)真正意義上的管控一體化，所以工業(yè)以太網(wǎng)比現(xiàn)場總線更具有優(yōu)勢，工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用到大中型污水處理廠中有著非常美好的前景。

2 工業(yè)以太網(wǎng)簡介

工業(yè)以太網(wǎng)是應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域的以太網(wǎng)技術(shù)，在技術(shù)上與商用以太網(wǎng)（即IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)）兼容。產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，在材質(zhì)的選用、產(chǎn)品的強(qiáng)度、適用性以及實(shí)時(shí)性、可互操作性、可靠性、抗干擾性、本質(zhì)安全性等方面能滿足工業(yè)現(xiàn)場的需要。

EtherNet過去被認(rèn)為是一種“非確定性”的網(wǎng)絡(luò)，作為信息技術(shù)的基礎(chǔ)，是為IT領(lǐng)域應(yīng)用而開發(fā)的，在工業(yè)控制領(lǐng)域只能得到有限應(yīng)用，這是由于：（1）EtherNet的介質(zhì)訪問控制（MAC）層協(xié)議采用帶碰撞檢測的載波偵聽多址訪問（CSMA/CD）方式，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較重時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的確定性不能滿足工業(yè)控制的實(shí)時(shí)性要求；（2）EtherNet所用的接插件、集線器、交換機(jī)和電纜等是為辦公室應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，不符合工業(yè)現(xiàn)場惡劣環(huán)境要求；（3）在工廠環(huán)境中，EtherNet抗干擾（EMI）性能較差，若用于危險(xiǎn)場合，以太網(wǎng)不具備本質(zhì)安全性能；（4）EtherNet不能通過信號(hào)線向現(xiàn)場設(shè)備供電問題。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與普及推廣，EtherNet傳輸速率的提高和EtherNet交換技術(shù)的發(fā)展，針對(duì)工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備間通信具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、數(shù)據(jù)信息短、周期性較強(qiáng)等特點(diǎn)和要求，采用以下技術(shù)解決了以太網(wǎng)應(yīng)用于現(xiàn)場設(shè)備間通信的技術(shù)難題：

（1）通信確定性與實(shí)時(shí)性

采用以太網(wǎng)交換技術(shù)、全雙工通信、流量控制等技術(shù)，以及確定性數(shù)據(jù)通信調(diào)度控制策略、簡化通信棧軟件層次、現(xiàn)場設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)微網(wǎng)段化等針對(duì)工業(yè)過程控制的通信實(shí)時(shí)性措施，解決了以太網(wǎng)通信的實(shí)時(shí)性。

（2）穩(wěn)定性與可靠性

采用分散結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)、EMC設(shè)計(jì)、冗余、自診斷

等可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)等，提高基于以太網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)場設(shè)備可靠性，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室EMC測試，設(shè)備穩(wěn)定性與可靠性符合工業(yè)現(xiàn)場控制要求。

（3）安全性

采用控制區(qū)域微網(wǎng)段化，各控制區(qū)域通過具有網(wǎng)絡(luò)隔離和安全過濾的現(xiàn)場控制器與系統(tǒng)主干相連，實(shí)現(xiàn)各控制區(qū)域與其他區(qū)域之間的邏輯上的網(wǎng)絡(luò)隔離。

（4）總線供電問題

采用直流電源耦合、電源冗余管理等技術(shù)，設(shè)計(jì)了能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)供電或總線供電的以太網(wǎng)集線器，解決了以太網(wǎng)總線的供電問題。

（5）遠(yuǎn)距離傳輸技術(shù)

采用網(wǎng)絡(luò)分層、控制區(qū)域微網(wǎng)段化、網(wǎng)絡(luò)超小時(shí)滯中繼以及光纖等技術(shù)解決以太網(wǎng)的遠(yuǎn)距離傳輸問題。

由于工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用于現(xiàn)場設(shè)備間通信的關(guān)鍵技術(shù)得到解決，使得工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)可以大規(guī)模地應(yīng)用到工業(yè)控制領(lǐng)域，下面以某中型污水處理廠為例，說明工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用。

3 污水處理廠的工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)的組成及功能

3.1某污水廠污水處理工藝流程及工藝簡介（如圖1所示）

圖1 污水處理廠工藝流程圖

本污水處理廠每天的處理規(guī)模是50,000噸。圖1中污水經(jīng)粗格柵過濾后進(jìn)入提升泵房，之后依次經(jīng)過細(xì)格柵、沉砂池、超細(xì)格柵間、厭氧池、缺氧池、好氧池、膜池、接觸池，最后進(jìn)入河流，產(chǎn)生的污泥運(yùn)送到廠外。

（1）粗格柵：去除比較大的懸浮物。主要設(shè)備粗格柵機(jī)、柵渣輸送機(jī)、柵渣壓實(shí)機(jī)。

（2）提升泵房：把提升泵房中的污水池內(nèi)的污水提升到格柵間。主要設(shè)備：潛水提升泵、潛水軸流泵。

（3）細(xì)格柵：去除比較小的懸浮物。主要設(shè)備：循環(huán)式齒耙清污機(jī)、螺旋壓榨一體機(jī)。

（4）沉沙池：使污水中的沙子沉淀下來，用沉砂泵將沉砂提升，通過管道輸送到洗砂車間。主要設(shè)備：提砂泵、橋式吸砂機(jī)、砂水分離器、鼓風(fēng)機(jī)。

（5）超細(xì)格柵：來水經(jīng)超細(xì)濾除800微米以上的顆粒物質(zhì)，以保護(hù)微濾膜，減少反洗次數(shù)延長其使用周期和使用壽命。主要設(shè)備：超細(xì)格柵機(jī)。

（6）厭氧反應(yīng)池：主要作用是生物除磷。主要設(shè)備：潛水推進(jìn)器、手電動(dòng)鑄鐵鑲銅閘門、潛水?dāng)嚢杵鳌?/p>

（7）缺氧反應(yīng)池：將廢水中的各種復(fù)雜有機(jī)物分解。有機(jī)物在缺氧菌的作用下逐步分解為甲烷和二氧化碳。在分解過程中含氮有機(jī)物分解產(chǎn)生的NH3又可以提供微生物的養(yǎng)料。主要設(shè)備：潛水推進(jìn)器、手電動(dòng)鑄鐵鑲銅閘門、潛水?dāng)嚢杵鳌?/p>

（8）好氧反應(yīng)池：MBR膜片采用的聚偏氟乙烯（PVDF）中空纖維膜。膜組件有以下特點(diǎn)：膜材質(zhì)為聚偏氟乙烯，抗污染性強(qiáng)，易清洗，適于污水處理；化學(xué)性能穩(wěn)定，抗氧化性強(qiáng)，可采用常用氧化性藥劑清洗；好氧反應(yīng)池的作用是通過池底鋪設(shè)的曝氣裝置不間斷進(jìn)行曝氣，污水在此池內(nèi)進(jìn)行有機(jī)物生化降解，去除水中的BOD和COD。主要設(shè)備：潛水推進(jìn)器、手電動(dòng)鑄鐵鑲銅閘門、潛水?dāng)嚢杵鳌榱吮ＷCMBR膜組件具有良好水通量，能持續(xù)、穩(wěn)定地出水，需定期對(duì)MBR膜組件進(jìn)行反洗。

（9）化學(xué)清洗系統(tǒng)：MBR系統(tǒng)設(shè)置一套化學(xué)清洗系統(tǒng)，此系統(tǒng)是由清洗循環(huán)水泵、次氯酸鈉及檸檬酸加藥裝置、雙向泵、吊車構(gòu)成。化學(xué)清洗是在MBR運(yùn)行約半年至一年間（具體時(shí)間需根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)以及設(shè)備運(yùn)行情況確定）對(duì)膜組件進(jìn)行的徹底清洗。

（10）鼓風(fēng)機(jī)房：作用是給微生物提供養(yǎng)分、動(dòng)力，吹掃膜絲，使膜免于堵塞。主要設(shè)備：鼓風(fēng)機(jī)。

（11）設(shè)備間主要設(shè)備：離心產(chǎn)水泵、反沖洗泵、

抽真空泵、剩余污泥泵、在線清洗泵、空壓機(jī)、冷干機(jī)、檸檬酸計(jì)量泵、次氯酸鈉計(jì)量泵、次氯酸鈉泄料泵、次氯酸鈉輸送泵。

（12）接觸池：處理完畢的污水在排到洳河前在此進(jìn)行臭氧消毒。

（13）消毒間主要設(shè)備：臭氧發(fā)生器。臭氧發(fā)生器由S7200控制。

3.2 污水處理廠的工控網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)圖及說明（如圖2所示）

圖2 污水處理廠工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)圖

全廠的工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)由1個(gè)中央控制室和3個(gè)現(xiàn)場PLC控制站組成。中央控制室設(shè)置1臺(tái)服務(wù)器和1臺(tái)工控機(jī)（作為操作站），通過工業(yè)以太網(wǎng)與現(xiàn)場的3個(gè)PLC（西門子S7-300系列）控制站連接。現(xiàn)場PLC控制站采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)并分析、判斷，然后輸出邏輯結(jié)果，控制現(xiàn)場設(shè)備。PLC同時(shí)把現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸給服務(wù)器，服務(wù)器通過組態(tài)軟件顯示工藝參數(shù)、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、發(fā)出報(bào)警信息，打印報(bào)表、調(diào)用歷史數(shù)據(jù)、顯示設(shè)備運(yùn)行趨勢圖，還可以把工業(yè)以太網(wǎng)傳輸?shù)墓に噮?shù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中長期保存，方便科學(xué)研究。

3.3 系統(tǒng)硬件組成及功能

系統(tǒng)主要由4大部分組成，具體描述如下：

3.3.1 中央控制室

設(shè)置工控機(jī)兩臺(tái)，型號(hào)：研華IPC-610H。硬件配置：英特爾i5處理器，8G內(nèi)存，1T硬盤，一塊自適應(yīng)式10/100MB以太網(wǎng)網(wǎng)卡。光纖交換機(jī)一臺(tái)：型號(hào)：KIEN-2000B-2M（東土科技），10/100MB，2個(gè)光口。

3.3.2 一號(hào)PLC控制站設(shè)備控制方法

本站控制鼓風(fēng)機(jī)房內(nèi)的所有設(shè)備，包括采集溫度、壓力等所有儀表的數(shù)據(jù)。

PLC通過采集溫度變送器、壓力變送器等儀表信號(hào)，并且比較當(dāng)前值與設(shè)定值的大小來控制鼓風(fēng)機(jī)啟停、電動(dòng)閥的開關(guān)，同時(shí)也控制其它設(shè)備。中央控制室內(nèi)通過工業(yè)以太網(wǎng)可監(jiān)控所有設(shè)備，顯示所有工藝參數(shù)，報(bào)警信息。

3.3.3 二號(hào)PLC控制站設(shè)備控制方法

本站控制的范圍包括好氧池、厭氧池、缺氧池、膜池、設(shè)備間、化學(xué)清洗系統(tǒng)內(nèi)的所有設(shè)備。采集液位、濁度、壓差、流量、溫度、壓力、水質(zhì)等所有儀表的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過工業(yè)以太網(wǎng)傳送到中央控制室、顯示、存儲(chǔ)。

電磁流量計(jì)計(jì)量離心產(chǎn)水泵的產(chǎn)水量并且把流量信號(hào)傳給PLC，PLC利用采集的即時(shí)流量信號(hào)，用PID程序調(diào)節(jié)變頻器，使離心產(chǎn)水泵的產(chǎn)水量達(dá)到恒流量。因?yàn)橛辛斯I(yè)以太網(wǎng)，在中控室內(nèi)可以任意設(shè)定離心產(chǎn)水泵的流量、工作頻率、啟停等。

本站要控制的設(shè)備還有反沖洗泵，抽真空泵，剩余污泥泵，在線清洗泵，空壓機(jī)，冷干機(jī)，檸檬酸計(jì)量泵，次氯酸鈉計(jì)量泵，次氯酸鈉泄料泵，次氯酸鈉輸送泵等。這些設(shè)備都通過工業(yè)以太網(wǎng)在中控室內(nèi)可監(jiān)可控。

3.3.4 三號(hào)PLC控制站設(shè)備控制方法

本站控制的范圍包括粗格柵、提升泵房、細(xì)格柵、超細(xì)格柵內(nèi)的所有設(shè)備。提升泵的控制比較典型，提升泵主要由液位、流量控制，液位控制比較復(fù)雜，其中2個(gè)液位提升泵房，信號(hào)采集在本PLC站內(nèi)實(shí)現(xiàn)的；還有2個(gè)液位在膜池，它的信號(hào)采集在二號(hào)PLC控制站完成的。因?yàn)槟こ氐囊何槐仨毧刂铺嵘茫员仨毻ㄟ^工業(yè)以太網(wǎng)在兩個(gè)控制站之間傳遞數(shù)據(jù)來控制提升泵。

其它設(shè)備狀態(tài)及儀表信號(hào)都通過工業(yè)以太網(wǎng)在中控室內(nèi)可監(jiān)可控。

3.3.5 工業(yè)以太網(wǎng)硬件連接

在中控室內(nèi)把服務(wù)器和工控機(jī)使用普通網(wǎng)線（銅芯4對(duì)雙絞線）連接到光纖交換機(jī)上，使用各自的RJ45口。用光纖連接中控室內(nèi)的光纖交換機(jī)和現(xiàn)場一號(hào)控制站的光纖交換機(jī)，使用各自的光纖通訊口。使用普通網(wǎng)線連接現(xiàn)場的光纖交換機(jī)和PLC模塊CP343-1（連接各自的RJ45口）。用同樣的方式連接其他兩個(gè)控制站，這樣就構(gòu)成了完整的工業(yè)以太網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線型。

3.4 系統(tǒng)軟件配置、軟件組態(tài)和編程

3.4.1 系統(tǒng)軟件配置

（1）PLC控制站的軟件選用西門子公司的STEP7 V5.5。

（2）中控室內(nèi)的工控軟件選用西門子公司的Wincc7.2。

3.4.2 STEP7 V5.5軟件中的工業(yè)以太網(wǎng)編程方法

3.4.2.1 通訊協(xié)議、接口設(shè)定

在“Simatic Manger”界面中，選擇“Option”中的“Set Pg/Pc Interface”，進(jìn)入“SetPg/Pc Interface”界面，選定“Tcp/Ip（Auto）中的RealtrkRtl8139/810”通信協(xié)議，然后點(diǎn)擊“ok”按鈕。

3.4.2.2 新鍵項(xiàng)目

在“Simatic Manger”界面中選擇“File→New Project”，在彈出的對(duì)話框中的“Name”下面給新工程取名為“Project”。在Project工程界面中單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的菜單中選擇“Insert New Object→Simatic 300station”，插入一個(gè)300站，取名為“SIMATIC 300（1）”。用同樣的方法再插入2個(gè)300站分別取名為“SIMATIC 300（2）”和“SIMATIC 300（3）”^[2]。

3.4.2.3 硬件組態(tài)

在“Simatic Manger–[Project]”工程界面中雙擊“SIMATIC 300（1）”，再雙擊“HARDWARE”，在機(jī)架上加入CUP315-3DP，SM321，SM322，CP343-1等模塊。把CPU的MPI地址設(shè)為4，CP343-1可以在“Simatic→Cp300→Industrial Ethernet”下找到。CP343-1在插入機(jī)架時(shí)會(huì)彈出一個(gè)CP343-1屬性對(duì)話框。新建以太網(wǎng)“ETHERNET（1）”設(shè)置他的IP地址為“192.168.0.10”，子網(wǎng)掩碼為“255.255.255.0”。用同樣的方法組態(tài)“SIMATIC 300（2）”和“SIMATIC 300（3）”。它們的IP地址分別設(shè)為“192.168.0.12”和“192.168.0.13”，子網(wǎng)掩碼為“255.255.255.0”。

3.4.2.4 網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置

首先，在“Simatic Manger–[Project]”工程界面中單擊“option→configure network”按鈕，此時(shí)可以看到3臺(tái)PLC已經(jīng)掛入了工業(yè)以太網(wǎng)中。選中“SIMATIC 300（1）”的CPU，單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的菜單中選擇“Insert New Connection”，建立新連接。這時(shí)會(huì)自動(dòng)彈出插入新連接對(duì)話框，在“connection partner”中選擇“SIMATIC 300（2）”，這表示給“SIMATIC 300（1）”和“SIMATIC 300（2）”建立一個(gè)連接。之后，在連接類型中，選擇“Iso-On-Tcp Connection”，然后點(diǎn)擊“Ok”按鈕。此時(shí)會(huì)自動(dòng)彈出連接屬性對(duì)話框，點(diǎn)擊“General Information”選項(xiàng)卡，在“Block Parameters”欄中可以看到Id和Laddr，其中Id=1是通訊連接號(hào)；Laddr=W#16#0110是Cp模塊的地址。這兩個(gè)參數(shù)編程中會(huì)用到。最后，激活“ActiveConnection Establishment”選項(xiàng)。用同樣的方法建立“SIMATIC 300（2）”和“SIMATIC 300（3）”的連接、“SIMATIC 300（3）”和“SIMATIC 300（1）”的連接。保存并下載到PLC中。^[4]

3.4.2.5 編寫程序

編寫工業(yè)以太網(wǎng)通訊程序需要調(diào)用功能塊FC5“AG SENG”和FC6“AG RECV”。這兩個(gè)指令在指令庫“Libraries→Simatic_Net_Cp→Cp300”中可以找到。發(fā)送和接收程序如圖3、圖4所示。

圖3 發(fā)送方程序

圖4 接收方程序

3.4.3 Wincc軟件中的工業(yè)以太網(wǎng)通訊編程

3.4.3.1 建立項(xiàng)目

單擊“桌面→SIMATIC WinCC Explorer”快捷鍵來啟動(dòng)Wincc，在彈出的對(duì)話框中選擇“多用戶項(xiàng)目”。在彈出的創(chuàng)建新項(xiàng)目對(duì)話框中為新項(xiàng)目取名為“Project”，之后點(diǎn)擊創(chuàng)建按鈕，這樣就新建了一個(gè)項(xiàng)目^[3]。

3.4.3.2 添加工業(yè)以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)程序

在project項(xiàng)目的瀏覽窗口中選定“變量管理”，右擊“變量管理”在快捷菜單中選擇“添加新的驅(qū)動(dòng)程序”，在“添加新的驅(qū)動(dòng)程序”對(duì)話框中選擇simatics7 protocol suite。chn驅(qū)動(dòng)程序，之后點(diǎn)擊“打開”按鈕。此時(shí)，所選擇的驅(qū)動(dòng)程序就會(huì)顯示在變量管理的子目錄下。

3.4.3.3在新建的“Project”項(xiàng)目中建立WinCC與PLC之間的工業(yè)以太網(wǎng)連接

在驅(qū)動(dòng)集合中選定“Industria lEthernet”驅(qū)動(dòng)程序，然后右擊，在快捷菜單中選擇“新驅(qū)動(dòng)程序的連接”，在彈出的“連接屬性”對(duì)話框中為新連接取名為“PLC1”。點(diǎn)擊屬性，在彈出的“連接參數(shù)”對(duì)話框中設(shè)置參數(shù)。在“以太網(wǎng)地址”文本框中按格式輸入所要連接的PLC上的通訊處理器的地址，這個(gè)地址是CP343-1的靜態(tài)IP地址（MAC）。在機(jī)架號(hào)、插槽號(hào)的文本框中添入PLC的CPU模塊所在的機(jī)架號(hào)和插槽號(hào)[5]。

3.4.4 中央控制室組態(tài)軟件的主要功能

3.4.4.1顯示功能

工控組態(tài)軟件監(jiān)控系統(tǒng)以圖形或圖像的方式形象顯示工藝流程、各設(shè)備狀態(tài)以及廠區(qū)概貌、工藝布置圖。通過I/O輸入輸出域、棒圖、曲線、數(shù)據(jù)表格等方式監(jiān)視液位、壓力、溫度、流量、水質(zhì)等工藝參數(shù)。

3.4.4.2 報(bào)警功能

系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行報(bào)警和事件處理。當(dāng)報(bào)警發(fā)生時(shí)，如液位超高或過低，系統(tǒng)可快速檢測并通過畫面狀態(tài)變化提示，并顯示報(bào)警文本，同時(shí)發(fā)出聲音報(bào)警提醒監(jiān)控人員注意。報(bào)警到達(dá)時(shí)間、確認(rèn)時(shí)間及排除時(shí)間、報(bào)警值、限位值、當(dāng)前操作員等相應(yīng)信息自動(dòng)進(jìn)入存檔。報(bào)警到達(dá)以及報(bào)警確認(rèn)但未排除，采用兩種聲音提示。報(bào)警可手動(dòng)消音。報(bào)警信息存儲(chǔ)半年以上，以便進(jìn)行故障分析和查詢。操作事件等狀態(tài)變化也自動(dòng)進(jìn)行存儲(chǔ)歸檔。

3.4.4.3 數(shù)據(jù)歸檔存儲(chǔ)功能

液位、壓力、溫度、流量、水質(zhì)污水處理量等工藝參數(shù)數(shù)值按定義周期自動(dòng)進(jìn)行存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫（Microsoft Access）中。存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可按曲線或數(shù)據(jù)列表的方式進(jìn)行顯示。并提供歷史數(shù)據(jù)查詢、ZOOM顯示、觀察線、在線關(guān)閉打開曲線、在線調(diào)整時(shí)間范圍、在線修整顯示模式等功能。數(shù)據(jù)永久保存。

3.4.4.4 調(diào)用歷史數(shù)據(jù)功能

可以調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的任何時(shí)刻的工藝參數(shù)。打印可按定義時(shí)間自動(dòng)進(jìn)行，也可通過按鈕人工打印。事故報(bào)警可隨時(shí)打印，并可根據(jù)需要將最近200條或30天的歸檔全部輸出。月報(bào)數(shù)據(jù)自動(dòng)累計(jì)計(jì)算并打印到月報(bào)報(bào)表上。報(bào)表文件在打印的同時(shí)自動(dòng)在硬盤上存儲(chǔ)，以便重新輸出。存儲(chǔ)的報(bào)表可在系統(tǒng)中打開瀏覽。

3.4.4.5 用戶管理功能

操作人員操作設(shè)備必須進(jìn)行登錄。根據(jù)不同操作人員的級(jí)別，系統(tǒng)自動(dòng)判斷封鎖操作人員所能進(jìn)行的操作。當(dāng)報(bào)警發(fā)生時(shí)，當(dāng)前操作員被記錄存檔。系統(tǒng)根據(jù)用戶名和密碼顯示和控制屏幕上的畫面及操作。無權(quán)限的用戶只能瀏覽畫面，不能修改參數(shù)機(jī)設(shè)備控制。

3.5 本章小結(jié)

本章根據(jù)某中型污水處理廠項(xiàng)目自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)實(shí)際，給出了工業(yè)以太網(wǎng)在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的構(gòu)建和應(yīng)用技術(shù)。應(yīng)用實(shí)例介紹工業(yè)以太網(wǎng)在主機(jī)采用WinCC監(jiān)控軟件的系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成，同時(shí)介紹了采用

Siemens PLC做為控制器的系統(tǒng)如何通過工業(yè)以太網(wǎng)監(jiān)控和數(shù)據(jù)集成。

4 結(jié)束語

大中型污水廠自動(dòng)化是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，它涉及企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度、設(shè)備運(yùn)行管理維護(hù)、生產(chǎn)工藝改進(jìn)等多個(gè)方面。

本文探討了工業(yè)以太網(wǎng)在自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)及其原理，結(jié)合大中型污水廠自身特點(diǎn)，探討了工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)：基于Siemens PLCS7-300硬件通訊協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的設(shè)置等基礎(chǔ)上分析數(shù)據(jù)傳輸機(jī)理。通過對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的研究，結(jié)合工業(yè)以太網(wǎng)自身特點(diǎn)，采用WinCC組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)應(yīng)用的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)集成以及設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控。

隨著自動(dòng)化科技發(fā)展，工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用日益廣泛，由于其通信速率高，傳輸距離遠(yuǎn)，成本日趨降低，資源共享能力強(qiáng)等優(yōu)勢。在大中型污水廠自動(dòng)化項(xiàng)目中應(yīng)用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)全廠網(wǎng)絡(luò)化的快捷方便的生產(chǎn)管理，極大地提高生產(chǎn)效率、降低成本。生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)化和管理控制一體化必然會(huì)使得工業(yè)以太網(wǎng)在大中型污水處理廠自動(dòng)化應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用。

作者簡介：

管力（1982-），男，河北人，工程師，學(xué)士，現(xiàn)就職于北京碧水源科技股份有限公司，主要從事工業(yè)自動(dòng)化方面的工作。

參考文獻(xiàn)：

[1]西門子(中國)有限公司.S7-300可編程序控制器系統(tǒng)手冊(cè)[Z].

[2]西門子(中國)有限公司.STEP7編程手冊(cè)[Z].

[3]西門子(中國)有限公司.WINCC編程手冊(cè)[Z].

[4]秦益霖.西門子S7-300PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社.

[5]西門子(中國)有限公司自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán).深入淺出西門子WinCCV6(第2版)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社.

摘自《自動(dòng)化博覽》2022年9月刊