浅谈OMRON PLC的污水处理自动化控制信息网络

摘要：介绍了PLC三层通信网络在大型城市污水处理监控系统—青岛市污水处理监控系统中的应用，成功的实现了大区域的实时监控和管理。
1 污水处理监控程序概况
　　　青岛市污水处理厂处理工艺采用国际上比较先进的SBR活性污泥法﹑信息与自动化工程采用二级分布式计算机控制管理系统方案。这种结构可使生产过程中的信息能够集中管理，以实现整体操作和管理；同时也可使生产过程中的控制危险系数降低，提高系统的可靠性。
　　　整个系统分成两个管理级：上位管理级和现场管理级，具体为由中央控制室操控站(OPS)和上层管理计算机组成的上位管理级，和由现场各分控站PLC及分布式I/O控制系统与现场在线测量仪表组成的现场管理级。现场各种数据通过PLC及远程I/O采集，并通过现场高速数据总线传送到中央控制操作站进行集中监视和管理。中央控制室主机的控制命令也可通过高速总线传送到现场PLC的测控终端，实施各单元的分散控制。
2 OMRON三层通信网络的结构
　　　与传统的工厂控制体系相比，OMRON公司自动化系统提供了高效的﹑开放的网络体系结构，将以前工厂到设备的五层机构简化为三层：管理层﹑控制层和设备层。管理层网络采用Ethernet网络；控制层网络采用Controller Link网络；设备层网络采用DeviceNet网络，形成了具有优异通信功能的三层网络，如图1所示。


图1 OMRON PLC网络的三层体系结构
　　　DeviceNet网络用于实现现场设备（开关﹑I/O和人机界面等）与PLC之间的通信；Controller Link网络处于三层网络的中间，它主要负责对处在中间层的各个控制器（PLC等）之间进行数据的传送和控制；Ethernet网络（以太网）实现PLC﹑工作站﹑个人计算机以及第三方Ethernet之间的数据通信。
3 污水处理监控系统中的网络拓扑结构与功能配置
3.1网络拓扑结构
　　　根据青岛市污水处理工艺的控制要求，OMRON网络系统，以OMRON公司高性能的CS1系列可编程序控制器为核心，构建污水处理自动化控制信息网络：管理层网络﹑控制层网络和设备层网络。如图2所示。


图2 污水处理自动化控制信息网络
3.2功能配置
3.21管理层
　　　管理层是系统的核心，完成对污水处理过程各部分的管理和控制，并实现厂级的办公自动化。管理层还提供系统人机交互界面并与厂管理层沟通，是整个系统与外界信息交换的窗口。管理层的各台计算机具有相互通信的功能，实现数据交换和共享，以及共享一些昂贵的硬件和软件资源。
　　　管理层采用客户/服务器的体系结构。服务器配有大型网络关系的数据库，如Oracle、Sybase等，实现开放、分布式数据库管理方式的要求。中央控制室的服务器具有远程控制操作功能、显示功能、数据管理功能、数据处理功能、报警功能、报表功能、通信功能和冗余功能。
　　　管理层采用双冗余的Ethernet网络，负责中央控制室的服务器、操作站和工程师站与四个主控站PLC的通信，以及各主控站之间数据的传输。
3.22控制层
控制层是实现系统功能的关键，其主要功能是接收管理层设置的参数和命令，对污水处理生产过程进行控制，将现现场参数如压力、流量、温度、PH、等数据上传，输送到管理层。
　　　控制层采用Controller Link网络，用于主站PLC与各分站PLC之间的通信。OMRON公司的Controller Link网络采用N:N令牌总线或光纤环网，从而提高了对网络故障的处理能力，不会因网络节点故障而使整个网络停止运行。它的通信速率恒定为2Mb/s，最大节点数为62个，采用光纤通信时最大距离为30千米。
　　　在各个节点，PLC主站的控制任务具有相对独立性，但又需要与其它主控站任务联系。选用数据链接和报文服务方式来实现PLC间的通信。
3.23设备层
　　　本系统在初沉泵房与第一分控站之间少量的采用了Composbus/D的现场总线，构成了远程I/O系统。Composbus/D采用公开的DeviceNet总线协议，通信速率为500kb/s、250kb/s、150kb/s可切换，无中继的通信距离为500m。现场仪表直接连到DeviceNet网络。
PLC的选择
　　　根据需要，四个主控站选择OMRON公司的CS1或CJ1系列。各现场控制站也采用了OMRON公司的CS1或CJ1系列。PLC的输入输出控制点均留有20℅以上的容量，为提高抗干扰能力，PLC柜内装有隔离变压器。此外每个PLC都连接了一台图形方式的人机交互触摸屏，便于工人在现场对设备进行操作。
4 上位机管理控制系统
　　　中央控制室的上位计算机和现场控制站组成了一个环形光纤网络系统，它负责监控全场污水处理过程和设备运行状况。上位机可以调用各现场站的全部运行信息，在中央控制室可以控制现场主要设备的停止和启动。
　　　上位计算机管理控制系统设置工程师站和操作站，工程师站的专用计算机以流行的SCADA软件作为系统控制软件，内部集成VBA，可离线或对整个监控系统进行组态和参数修改等来实现对工业控制系统的检测和控制。能体现良好的通用性、灵活性、开放性、可靠性和高性价比。系统采用了图形用户界面（GUI）为操作人员和系统开发人员提供监视环境。在这个环境可以实现数据采集、数据处理、状态监视、远程控制、报警、数据登陆和生成报表等基本功能。另外工程师站可以安装PLC编程软件，通过网络通信，程序可以方便地通过控制网络Controller Link网络分别下载到制定地现场控制站PLC，以便在调试过程中随时修改程序。操作员可以通过操作站的计算机实时监视全厂工艺参数变化、设备运行、故障发生等情况，并进行多种模式操作，同时负责日常报表打印、事故打印和数据记录等。
5 结束语
　　　本信息网络在实际运行过程中基本上没有出现大的故障，在满足检测和控制功能的基础上实现了数据监控、信息共享和数据库的管理。提高了自动管理水平和经济效益。实现了管理和控制的一体化，取得了期望的结果。