編程序控制器（簡(jiǎn)稱PLC）自從1969年由美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(DEC)發(fā)明問世以來，在這短短的三十幾年的時(shí)間里，取得了翻天覆地的變化和發(fā)展。對(duì)于自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，PLC是功不可沒的。如今的PLC可以按照要求實(shí)現(xiàn)大部分工藝流程的精確和快速的自動(dòng)化控制。隨著由PLC和計(jì)算機(jī)構(gòu)成的工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)有了質(zhì)的飛躍后，在大型系統(tǒng)、工藝相當(dāng)復(fù)雜、控制要求高的場(chǎng)合中，原先用DCS系統(tǒng)的，也漸漸被PLC及其網(wǎng)絡(luò)所取代。在這種情況下，PLC網(wǎng)絡(luò)在水處理行業(yè)被越來越廣泛地采納和使用。

  水處理行業(yè)主要分為凈水處理和污水處理兩大部分。凈水廠控制系統(tǒng)通常分為水廠調(diào)度系統(tǒng)、加藥間（加氯間）PLC控制站、濾站PLC控制站、送水泵房PLC控制站等。各個(gè)控制站相對(duì)獨(dú)立工作，通過有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，將所有的數(shù)據(jù)信息送到水廠調(diào)度室進(jìn)行處理，或?qū)⒁徊糠謹(jǐn)?shù)據(jù)通過調(diào)度系統(tǒng)以無線（或有線）通訊的方式送到城市的調(diào)度中心。對(duì)于污水處理來說，要根據(jù)污水水源地狀況來確定污水處理的工藝流程，由于污水處理工藝的不同而自控系統(tǒng)應(yīng)用PLC的要求也有所不同。一般講，整個(gè)污水處理廠都有總控室和多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站，站與站之間通過控制器層網(wǎng)絡(luò)或信息層網(wǎng)絡(luò)相連，然后全部連接到總控室，總控室的多臺(tái)計(jì)算機(jī)、工作站和圖形站都用信息層網(wǎng)絡(luò)連接，這樣和現(xiàn)場(chǎng)控制站構(gòu)成了集中管理，分散控制，高速數(shù)據(jù)交換的工廠級(jí)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。PLC自控系統(tǒng)是水處理廠的控制核心部分，對(duì)其合理的選型和設(shè)計(jì)，對(duì)污水廠能否高效、自動(dòng)化的運(yùn)行非常重要。然而，PLC網(wǎng)絡(luò)又是其中的重中之重，網(wǎng)絡(luò)的好壞直接影響到污水廠的正常運(yùn)行。

  在全世界范圍內(nèi)，歐姆龍一直是世界五大PLC生產(chǎn)商之一。歐姆龍PLC在水處理行業(yè)中主要使用CS1D/CS1或 CJ1系列。而由這些PLC組成的歐姆龍網(wǎng)絡(luò)主要有三層：工業(yè)以太網(wǎng)，Controller bbbb網(wǎng)和DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線。這三層網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)被廣泛地運(yùn)用在此行業(yè)中。下面主要以長(zhǎng)沙市第一污水處理廠一期擴(kuò)建工程項(xiàng)目為例，具體討論歐姆龍自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)在水處理行業(yè)中的應(yīng)用技術(shù)。

1. 概述

  長(zhǎng)沙市第一污水處理廠一期擴(kuò)建工程占地范圍為：東至長(zhǎng)撈公路，南臨瀏陽(yáng)河，西臨馬廠管區(qū)，北接金霞開發(fā)區(qū)。用地面積10.61公頃，位于現(xiàn)有第一污水處理廠內(nèi)及西北側(cè)。一期擴(kuò)建工程規(guī)模為18萬(wàn)噸/日，其中包括：(1) 將現(xiàn)有第一污水處理廠3×104m3/d的二級(jí)處理部分完善成帶厭氧段的A/O工藝。(2) 在現(xiàn)有3×104m3/d處理的基礎(chǔ)上，另擴(kuò)建15×104m3/d的帶厭氧段的氧化溝二級(jí)處理能力，使第一污水處理廠的2010年規(guī)模達(dá)到18×104m3/d。一期擴(kuò)建工程包括兩部分，即污水收集管網(wǎng)及泵站部分和污水處理廠廠區(qū)部分。其中廠區(qū)部分工程內(nèi)容包括：對(duì)長(zhǎng)沙市第一污水處理廠內(nèi)的污水處理、污泥處理設(shè)施及配套的附屬設(shè)施改建和擴(kuò)建。經(jīng)污水處理廠處理后的水排入瀏陽(yáng)河后再匯入湘江。

2．工藝流程

長(zhǎng)沙市第一污水處理廠一期擴(kuò)建工程工藝流程圖如圖2所示。

3. 歐姆龍PLC和觸摸屏的選擇

  現(xiàn)場(chǎng)控制站、分控站和遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)站的PLC采用目前OMRON公司最新產(chǎn)品CS1機(jī)型。OMRON PLC產(chǎn)品貨源充足、中文資料豐富、備品備件方便，技術(shù)服務(wù)方便、國(guó)內(nèi)維修便利等特點(diǎn)。CS1機(jī)型有以下特點(diǎn)：

●  高速RISC的CPU（32位）

  ●  程序容量：60K，數(shù)據(jù)容量：128K，程序存儲(chǔ)器帶保護(hù)開關(guān)，鋰電池保護(hù)程序，快閃存儲(chǔ)保護(hù)數(shù)據(jù)
 
  ●  最大IO點(diǎn)數(shù)： 5120點(diǎn)（不包括內(nèi)部繼電器位）
 
  ●  電源電壓范圍：85～132VAC或170～264VAC
 
  ●  基本指令處理速度：≤0.04?s
 
  ●  特殊指令處理速度：≤0.12?s

  ●  CPU帶RS-232C(可達(dá)115.2Kbps)端口，通過串行通信設(shè)備，每套PLC上最多能提供34個(gè)（RS232/422/485）通信口，通信速率可達(dá)38.4KBPS，用于連接現(xiàn)場(chǎng)儀表、外圍通信設(shè)備和觸摸屏（PT）

  ●  對(duì)于每個(gè)串行通信口，具備自定義協(xié)議的通訊功能－協(xié)議宏功能（Protocol Macro），能與非本公司產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,便于和現(xiàn)場(chǎng)智能儀表相連

  ●  支持E_mail功能，能以事件觸發(fā)、定時(shí)觸發(fā)及故障觸發(fā)方式由PLC向上位機(jī)發(fā)送電子郵件

  ●  具有電源出錯(cuò)履歷、電源中斷時(shí)間壓棧、電源中斷計(jì)數(shù)等電源維護(hù)功能
 
  ●  支持以太網(wǎng)(Ethernet)、控制網(wǎng)(Controller bbbb)、設(shè)備網(wǎng)（DeviceNet），并支持多網(wǎng)配置
 
  ●  使用最新的編程軟件CX-P和仿真軟件CX-Simulator可以實(shí)現(xiàn)離線模擬仿真調(diào)試。

  為了便于現(xiàn)場(chǎng)操作，在被控現(xiàn)場(chǎng)配置可編程顯示終端，即觸摸屏。選用的是NT631C。廠區(qū)分控站主站(PLC1、PLC2、PLC3)觸摸屏NT631C特性如下：

  ●  全中文軟件界面，硬件自帶中文漢字庫(kù)
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  ●  顯示器件：彩色

  ●  有效顯示區(qū)域：10.4”

  ●  顯示分辨率： 640*480點(diǎn)
 
  ●  畫面數(shù)量：≥3000
 
  ●  通訊接口：RS-422A/RS-485口，RS-232C口，打印機(jī)口
 
  ●  電源電壓范圍：DC20.4V~DC26.4V
 
  ●  采用32位RISC芯片

  ●  運(yùn)行時(shí)間:  ≥25000小時(shí)

4．歐姆龍網(wǎng)絡(luò)選擇
 
  歐姆龍不僅提供品種眾多的PLC型號(hào)，而且由PLC組成的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品也是非常豐富。歐姆龍主要的網(wǎng)絡(luò)有以下幾種：

可將以上的網(wǎng)絡(luò)從高到低劃分為三個(gè)層次：信息層、控制層和設(shè)備層。第一層信息網(wǎng)，包括工業(yè)以太網(wǎng)（Ethernet）和SYSNET，主要負(fù)責(zé)大量信息的采集和實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的PLC、檢測(cè)元器件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)行中央集中控制，最新的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)（CIP技術(shù)）在商用以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上增加了工業(yè)級(jí)的實(shí)時(shí)性，已成為最通用最高速的一種信息網(wǎng)絡(luò)。第二層為控制層，包括SYSMAC bbbb、PC bbbb和Controller bbbb，控制層網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是高速、高可靠，適合PLC與計(jì)算機(jī)、PLC與PLC及其它設(shè)備之間的大量數(shù)據(jù)的高速通訊。最底層網(wǎng)絡(luò)為設(shè)備層，它們有SYSBUS、SYSBUS/2、CompoBus/D（DeviceNet）、CompoBus/S、ProfiBus-DP、Modbus等，這一層用于PLC與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、遠(yuǎn)程I/O端子及現(xiàn)場(chǎng)儀表或智能設(shè)備之間的通訊，設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)是與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接方便，并能起到省配線的作用，成本低廉。第三層網(wǎng)絡(luò)習(xí)慣上稱之為現(xiàn)場(chǎng)總線。Ethernet、Controller bbbb和DeviceNet代表了歐姆龍以上三個(gè)層次網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的最新技術(shù)。

  根據(jù)對(duì)歐姆龍以上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的分析，結(jié)合長(zhǎng)沙市第一污水處理廠的工藝控制要求，最終選擇的典型的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)如圖3（以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)）所示。

  長(zhǎng)沙市第一污水處理廠工程控制系統(tǒng)由中央控制室的上位計(jì)算機(jī)管理控制系統(tǒng)、三個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站（PLC1～PLC3）和兩個(gè)廠外泵站組成。采用由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)及PLC構(gòu)成的分散集中控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)集控制、數(shù)據(jù)采集功能為一體，完成整個(gè)水廠的過程控制、工藝流程顯示、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)及故障報(bào)警。

  中央控制室設(shè)置兩臺(tái)SCADA工作站（工控機(jī)）為操作站。以流行的SCADA軟件作為系統(tǒng)控制軟件，內(nèi)部集成VBA，并配置高清晰投影儀和大型馬賽克模擬屏。廠區(qū)內(nèi)中央控制室和三個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站組成雙環(huán)光纖冗余以太網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通訊速率主干線及計(jì)算機(jī)為100Mbps、PLC為10Mbps。中央控制室可調(diào)用各現(xiàn)場(chǎng)站的全部運(yùn)行信息，在中央控制室可控制現(xiàn)場(chǎng)主要設(shè)備的啟動(dòng)和停止。

  本系統(tǒng)中央控制室與現(xiàn)場(chǎng)站PLC之間采用雙環(huán)光纖冗余工業(yè)以太網(wǎng)（Ethernet），其通訊介質(zhì)為六芯單模光纖(兩用四備、10/125μm，)。

  環(huán)形光纖以太網(wǎng)采用10/100Mbps的通訊方式，即：主干光環(huán)及與計(jì)算機(jī)連接為100M，與PLC連接為10M。通訊光纖采用直埋式鎧裝防雷設(shè)計(jì)的六芯單模光纖（10/125μm），聯(lián)接頭為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)SC連接頭。

具體做法如下:

  計(jì)算機(jī)和PLC采用標(biāo)準(zhǔn)的RJ45接口, 然后分別通過RS2-FX-sm模塊將RJ45 

圖3  長(zhǎng)沙一污自控系統(tǒng)圖


  方式轉(zhuǎn)換為200M/100M兼容的光纖環(huán)網(wǎng)方式。RS2-FX-sm提供4個(gè)光纖接口（2個(gè)輸入，2個(gè)輸出）和4個(gè)RJ45接口。中央控制室的兩臺(tái)計(jì)算機(jī)與RS2-FX-sm的其中2個(gè)RJ45相連。每臺(tái)PLC上的冗余以太網(wǎng)模塊與一個(gè)RS2-FX-sm相連。
工業(yè)以太網(wǎng)特性如下：

  ˙支持TCP/IP，UDP/IP標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，可與其他以太網(wǎng)設(shè)備，工作站、個(gè)人電腦及其他生產(chǎn)商提供的以太網(wǎng)產(chǎn)品通信。

  ˙支持FINS通信，可使用FINS GATEWAY功能使以太網(wǎng)與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)通信，協(xié)議為開放型。

  ˙有Socket服務(wù)功能，使用UDP或TCP協(xié)議傳送數(shù)據(jù)。

  ˙自帶FTP服務(wù)功能，從而使工作站或個(gè)人電腦能通過FTP客戶功能對(duì)PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫，而無需PLC上編程。

  ˙帶有E-mail功能，能向mail server發(fā)送用戶自定義信息，故障信息，狀態(tài)信息等，帶RAS功能，支持遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問<