基于三维力控组态软件的污水处理厂的自控系统改造的设计

机上面操作，也可以在现场就地操作。 一些重要的信息如：泵的
整个三层控制网络如图 2 所示。
运行信号、变频器的故障信号、流量信息、液位信息、阀的开、关
到位信号等都可以在上位机组态画面上形象直观地显示出来。
上位监控决策层：上位机实现监控需要有三个方面：一上位
机 采 用 力 控 组 态 软 件 通 过 工 业 以 太 网 与 PLC 进 行 I ／ O 设 备 组
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基于三维力控组态的污水处理厂的自控系统改造的设计
基于三维力控组态软件的污水处理厂的自控系统改造的设计
Automatic Control System Based on Configuration Software
赵 兴 冀晓强 杨晋萍 薛国剑 （山西大学工程学院，山西 太原 0300013）
摘要 以榆社污水处理厂改造项目为例， 介绍了污水处理厂整个自控系统改造过程中三层网络设计的原则、 目标和系统实 现。 三维力控组态软件以其强大的人机界面功能和灵活实用的网络功能，与下位机 PLC 进行实时通讯，从而把把数据采集 到上位机以实现整个自控系统的监控功能。 关键词：三维力控组态软件，工业以太网，可编程控制器，I ／ O 组态
他们的信号传到中间控制层 PLC。
实时数据， 由于整个污水处理厂的大部分设备信息都上传到了
中 间 控 制 层 ：利 用 西 门 子 PLC 控 制 ，对 现 场 设 备 进 行 数 据 集控室，便于整个污水处理过程中进行调控。 整个处理过程有手
采集，主要有三个站。 1＃ 现场控制站位于细格栅间配电室内，主 动和自动运行两种运行方式， 当设备出现故障时， 能够自动报
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启动， 曝气池的溶解氧都是根据经验通过启动和停止电机来控
制；改造后，10 台表面曝气机利用变频驱动，能够在 配 电 室 和 集
控室改变变频器的频率，从而改变曝气机叶轮的转动速度，从而
图 2 三层控制网络图
改变曝气池中溶解氧， 溶解氧的浓度可以在现场的溶氧仪显示
智能设备层：主要包括变频器、流量计、液位计和热电阻等 器中观测到，也可以从集控室监控画面上直接看到，从而对曝气
此方案的显著特点是： 1）支持 3G、WiFi、Bluetooth，胜任随时随地调阅查看各种大容量医患信息； 2）高效准确地手写识别功能，轻松完成病历、医嘱、记录及标注的手写输入； 3）RFID（或 磁 卡 ）和 条 码 扫 描 智 能 识 别 功 能 ，可 即 时 核 对 病 人 诊 疗 信 息 ，确 保 配 药 、输 液 零 失 误 ，同 时 可 支 持 实 时 结 算 功 能 ； 4）借助摄像及录音，轻松实现病人诊疗过程的可视化管理； 5）人性化手托，使用更轻松； 6）整机 IP54 防护，防水防尘，便于消毒； 7）系列产品覆盖了整机性能从高端到低端的多种型号； 8）研祥移动终端轻巧便携，可以存放在安全保险的地方，减少了被偷盗和损坏的可能。 （由研祥智能科技股份有限公司供稿）
水处理行业主要分为净水处理和污水处理两大部分。 净水 厂 控 制 系 统 通 常 分 为 水 厂 调 度 系 统 、加 药 间 （加 氯 间 ）PLC 控 制 站、滤站 PLC 控制站、送 水 泵 房 PLC 控 制 站 等 。 各 个 控 制 站 相 对独立工作，通过工业以太网进行通讯，将所有的数据信息送到 水厂调度室进行处理，或将一部分数据通过调度系统以无线（或 有线）通讯的方式送到城市的调度中心。 对于污水处理来说，要 根据污水水源地状况来确定污水处理的工艺流程。 由于污水处 理工艺的不同，自控系统应用 PLC 的要求也有所不同。 一般讲， 整个污水处理厂都有总控室和多个现场控制站， 站与站之间通 过控制器层网络或信息层网络相连，然后全部连接到总控室，总 控室的多台计算机、工作站和图形站都用信息层网络连接，这样 和现场控制站构成了集中管理，分散控制，高速数据交换的工厂 级自动化网络。PLC 自控系统是水处理厂的控制核心部分，对其 合理的选型和设计， 对污水厂能否高效、 自动化的运行非常重 要。 然而，PLC 网络又是其中的重中之重，网络的好坏直接影响 到污水厂的正常运行， 上位监控使调度人员能够在集控室及时 了解现设备的运行状况，便于及时调控处理现场问题。 原来的榆 社污水处理厂基本上都是现场就地操作，也没有仪表测量，随着 国家对污水处理监管力度的逐渐增大， 榆社污水处理厂开始进 行改造。 1 系统设计原则和目标 1．1 系统设计原则
要控制设备有城区污水进水管的三个电动阀， 粗格栅提升泵房 警，整个系统经过调试投产以来，运行良好，一方面节能，另一方
（5 台 泵 ，2 台 变 频 控 制 ，3 台 软 启 动 控 制 ） 中 2 台 变 频 控 制 泵 面实现了污水处理过程的自动化。 得到了厂家的好评。
（18．5kW）， 细格栅间的 2 台泵、1 个空压机和 2 个电动进水阀，
先进性原则：选用设备应能够反映当代先进的计算机技术、 自动化技术、网络通信技术、保护技术等发展水平。 具有技术成 熟、性能稳定、质量可靠、简单实用、性能价格比高等特点，系统 建成后，在整体上能够达到国内外先进水平。
可靠性原则： 可靠性是计算机监控及网络办公自动化系统 的生命线。 设计的系统软硬件可靠性指标除了要满足国家和行 业相关规程规范技术标准对靠性的要求外， 还要具有较强的在 线故障诊断和不正常运行状态分析等功能。
工艺流程中的重要环节。
18．5kW，6 台 11kW）， 根 据 水 中 溶 解 氧 的 含 量 测 定 来 控 制 电 机
2）建立厂区视频监控系统 ，使管理者足 不 出 户 就 可 以 了 解 转速 ，污泥回 流 泵 房 的 6 台 回 流 泵 ，3 台 排 泥 泵 ，二 沉 池 的 1 台
厂区重点区域的情况变化。
［收 稿 日 期 ：2010．12．10 ］
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研祥智造— ——产业装备之控制核心
— ——MCA 迈康在新医改下的农村基层公共卫生信息化中的应用
新型农村合作医疗制度的推行，既带来了发展的机遇，也暴露了各种缺陷和问题。 研祥终端自主研发研祥移动终端，具有极佳的 移动性能和医疗特性。 提出研祥移动终端在新农合数字化医疗中的应用方案，有效解决了农村卫生信息化及数字化的难题，为村医 及乡镇卫生院提供便利。 村医可以随身带着研祥移动终端在村民家中给病人看病，也可以通过研祥移动终端在乡镇卫生院给病人诊 疗，并且能够把看病过程中医疗信息、健康档案信息、费用信息等信息与后端的各系统及平台进行交互。 其方式可以分为两种方式： 一种是这些信息存放在研祥移动终端上，回到村卫生室后，通过专用网络与后端各系统及平台进行交互；另一种是通过 3G 网络直接 与后端各系统及平台进行交互。
刮 泥 机 1．1kW；3＃PLC 控 制 箱 位 于 污 泥 回 流 泵 房 ， 主 要 控 制 设
2 控制系统的设计
备有接触池的 2 台反冲洗泵污泥泵房的 2 台带式压滤机等。
根据工艺流程和各个设备的分布， 整个控制部分分为三个
系统采用的控制器为西门子 S7－300 控制器， 网络部分采
站，站间相互独立构成系统，每个站监控所属的区域内的设备， 用以太网模块，控制站的信息可以通过工业以太网传到上位机，
上， 设计的计算机监控及网络办公自动化系统应具有保证网络 安全和信息安全的措施。
经济性的原则： 泵站综合自动化能够带来的节能潜力十分 巨大，因此在设计时对软硬件配置应充分考虑这方面的要求。 1．2 设计目标
榆社污水处理厂整个工艺流程如图 1 所示。
图 1 污水处理厂工艺流程 根据榆社县污水处理中心的实际情况， 结合国际国内的先 进技术和经验， 进一步完善污水处理厂自动化控制与计算机监 控系统。 自动化监控系统实时监控污水处理的各道工序， 即被控工 艺。 监控泵站设备的运行，使泵站机组达到计算机控制的优化运 行；组建上位系统，通过上位机将泵站的运行参数、排水流量、水 位等工情和水情信息形象地展现出来， 为上级部门的调度决策 提供数据支持。 计算机监控系统还可以以视频形式全方位地监控污水处理 中心厂区内关键部位，包括城区污水进水管网、氧化沟、厌氧池、 变电所等。 为操作员在室内就能监控厂区重点区域提供了硬件 支持。
各个站的全部信息经过工业以太网交换机最后到达上位机进行 另外变频器的速度给定值在上位机上直接给定， 可以在上位机
统 一 管 理 。 泵 站 自 动 化 监 控 系 统 包 含 有 10 台 变 频 器 和 3 台 中实时的读出变频器的反馈速度， 所有泵的启停都可以在上位
PLC 控制箱以及与之配套的配电柜。
Abstract This paper uses Yushe sewage treatment plant project as an example,describing the three－network design principles, objectives and System of the automatic control system of sewage treatmentplants transform．Sunwayland configuraation software user interface through a large network of flexible and practical features and functionality,and lower machine PLC communications,the PC data acquisition to achieve the self－control project monitoring． Keywords:Sunwayland control force configuration software,Industrial Ethernet,PLC,I ／ O Configuration
态；二在力控组态软件中建立数据库变量和 PLC 设备上 的 变 量
进行 I／O 连接； 三在力控组态软件上做一些形象直观的画面并
赋予相应数据库上的变量； 从而能够在上位机上看到现场设备
的状态，并对现场进行调度，当发生紧急状态时可以直接在上位
机对现场设备进行控制。
3 结束语
改造前，整个处理系统都是人工操作，曝气池电机是星三角
开放性原则：现代计算机技术、监控及网络通信等技术发展 迅速，厂商的兴衰直接影响软硬件产品的维护和更新。 系统设计 应充分考虑产品的兼容性与开放性， 避免因厂商的兴衰导致系 统应用的风险。 所以产品应选用当前的主流产品并遵循国际通 用技术标准规范要求，系统采用模块及层次化设计，接口规约开
放，系统升级与配件替代更新方便。 安全性原则： 安全性原则主要表现在网络安全和信息安全
智能设备。智能设备层设备或通过通讯（这里用的是 Modbus 通 池更精确的控制。 进水液位、流量、曝气池的温度利用智能化仪
讯 ）或 通 过 标 准 信 号 输 出 （这 里 用 的 是 4～20mA 标 准 信 号 ），把 表 通 过 PLC 信 号 采 集 ，再 通 过 以 太 网 通 讯 ，在 集 控 室 都 能 看 到
《工业控制计算机》2011 年第 24 卷第 3 期
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基本目标如下：
沉砂池的 4 个电动排泥调节阀，1 台沙水分离器；2＃PLC 控制箱
1）完善泵站自动化监控系统，增强泵站自动控制的可靠性， 位于污水厂变电所中， 主要控制设备有厌氧池潜水搅拌器 6 台
提高自动化管理水平，实现泵站的优化运行，运用组态软件监控 （3 台 2．2kW，3 台 3kW）， 氧 化 沟 的 表 面 曝 气 机 10 台 （4 台