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貝加萊成都辦事處技術部 林兵
摘要：本文就貝加萊公司PCC控制系統(tǒng)在污水處理項目中的應用，詳細介紹了采用分布式IO技術、實時工業(yè)以太網(wǎng)POWERLINK技術和緊湊一體化控制屏技術的綜合解決方案，并闡述了典型的系統(tǒng)構架和功能特點。
關鍵詞：可編程計算機控制器（PCC） 分布式IO技術 X2X POWERLINK 污水處理
1．引言
B&R（貝加萊，www.br-automation.com）公司于1979年創(chuàng)建于奧地利。從創(chuàng)建以來，B&R一直致力于工業(yè)自動化技術創(chuàng)新并引領著技術發(fā)展的潮流。卓越并且開放性的產(chǎn)品最大限度地滿足了客戶需求，使客戶的產(chǎn)品和項目具個性與競爭力。1996年貝加萊來到中國，如今，貝加萊產(chǎn)品已在中國國內的塑料、包裝、印刷、紡織、食品等多個行業(yè)的機械自動化及電力、冶金、石化、污水、市政工程等過程自動化領域中被廣泛地采用。產(chǎn)品含蓋PCC（可編程計算機控制器）、IPC（工控機），Panel System(人機界面)、ACOPOS (伺服產(chǎn)品)、X20，X67(分布式I/O)，APROL系統(tǒng)（DCS系統(tǒng)）等產(chǎn)品系列。豐富的控制部件和DCS系統(tǒng)被廣泛應用在各大先進的污水處理控制系統(tǒng)中，目前已有上千套貝加萊的污水處理系統(tǒng)運行在全球的各個國家，系統(tǒng)性能有口皆碑。
2．污水工藝及特點
污水處理的工藝流程大體分為：格柵處理、泵房提升、沉砂處理、一次沉淀池、曝氣池處理、二次沉淀池處理、泥漿制備、昭氣利用。需要控制的區(qū)域主要有進水泵房，鼓風機房，脫水機房，變電所，加藥間等區(qū)域。有柵格、總泵房、沉砂池、生物反應池、沉淀池、加氯間、污泥處理裝置、變電站等控制對象。
在進水泵房，系統(tǒng)需要檢測粗、細格柵前后的液位，及設備的故障工況，手動/自動控制粗、細格柵的運行；采集泵房內及水泵運行工況及液位參數(shù)，并根據(jù)泵的運行時間，先后開啟水泵機組。
在鼓風機房，系統(tǒng)需要控制鼓風機組的開關機順序，檢測鼓風機組的故障報警，根據(jù)生化池中溶氧的濃度調節(jié)出風閥開啟度，檢測生化池等相關儀表的參數(shù)。在脫水機房系統(tǒng)需要采集脫水機房、污泥池內電氣設備運行工況及附近的儀表參數(shù)并對相應電氣設備進行控。在變電所需要采集鼓風機房高壓變配電所設備的運行工況及對附近電氣設備進行控制等。具有現(xiàn)場設備查詢，故障記錄及報警，各項數(shù)據(jù)曲線等功能。
3．貝加萊控制系統(tǒng)方案：
根據(jù)項目的需求及特點，貝加萊方案為監(jiān)控中心采用先進的管理控制技術，系統(tǒng)設計為控制層、監(jiān)控層、管理層三層進行監(jiān)測和控制�？刂茖臃秩舾蓚�PCC子站分別對廠內設備、及監(jiān)測點進行控制、監(jiān)測，采集信號，控制生產(chǎn)設備；監(jiān)控層，在廠內設中心控制室，對于獨立運行的污水處理廠，中控室有二個功能，一是監(jiān)控全廠的整個生產(chǎn)過程，二是將有關污水處理廠的運行狀況上傳污水處理廠監(jiān)控中心；將污水處理廠監(jiān)控中心執(zhí)行指令下傳各PCC，由PCC控制各現(xiàn)場儀器及儀表；管理層主要在污水處理廠監(jiān)控中心完成。系統(tǒng)同時還充分考慮設計了特殊情況下的現(xiàn)場手動控制。
系統(tǒng)結構圖:
系統(tǒng)設計在現(xiàn)場采用貝加萊的PP400系列控制器，貝加萊的PP400是一款集成觸摸屏，控制器于一身的高性能控制器.一個設備同時實現(xiàn)現(xiàn)場的監(jiān)控和操作以及I/O的處理.提高整個污水系統(tǒng)的靈活度.支持100米I/O擴展的X20系統(tǒng)。各PCC站的通訊，采用CPU自帶的以太網(wǎng)接口，實現(xiàn)個站間的通訊和與監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)交換。設計自控系統(tǒng)的組成主要包括：
1. 1#PCC，2#PCC，3#PCC控制站
主控制器選用X20的高性能X20CP1485控制器，自帶以太網(wǎng)，和RS232或CAN通訊接口，其處理頻率達到Celeron 400MHZ,達到400US的任務執(zhí)行時間。通過預先編制好的控制程序，對現(xiàn)場控制站I/O模塊進行數(shù)據(jù)采集和分析、運算并相應的輸出結果。通過自帶以太網(wǎng)接口實現(xiàn)與監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)通訊，并且采用容易擴展的X20的I/O單元，采用CAN，X2X通訊方式實現(xiàn)I/O的通訊，采集遠程設備的數(shù)據(jù)信號。12路的I/O寬度僅為12.5mm,長為9.9mm.結構緊湊，功能齊全，性價比高，安裝方便。
3個PCC站分別位于預處理站，鼓風機室，濾池和沉淀池。鼓風機房現(xiàn)場HMI采用貝加萊的PP100觸摸屏，PP100采用266MH高性能處理器，128MB DRAM，TFT 640*480 真彩10.4寸的大尺寸，IP65的防水等級。全金屬外殼。模擬電阻式觸摸屏其特性決定了長壽命，正常使用可達6年以上。并且具有很強的抗干擾能力，并集成RS232，以太網(wǎng)，USB接口，方便用戶的通訊或擴展。主控制器與觸摸屏的通訊采用RS232。
2．變電站
控制器選用貝加萊的PP400，貝加萊的PP400是一款集成觸摸屏，PCC控制器于一身的高性能控制器，采用高速266MHZ CPU ，可達8GB的大容量的存儲器，具有IP65的防護等級，USB，以太網(wǎng)，RS232通訊接口豐富，256色真彩顯示。10.4寸的PP400作為控制主站的控制器和人機界面的同時。還可通過屏查詢設備狀態(tài)，工作記錄，數(shù)據(jù)報表，修改系統(tǒng)參數(shù)等功能。滿足在變電站本地監(jiān)控本地操作的功能，一體化的設計緊湊而小巧。I/O模塊支持多種遠程擴展方式，如CAN ，X2X， POWERLINK，ProfibusDP，DeviceNet等。
3． ECU01-ECU10現(xiàn)場控制站
現(xiàn)場控制站的主要功能是遠程I/O模塊和通訊的功能，它主要包括模擬輸入模塊、數(shù)字輸入模塊、數(shù)字輸出模塊、以及通訊模塊。采集10個濾池的信號監(jiān)控等�？刂破鬟x用貝加萊的X20自帶以太網(wǎng)，RS232，CAN接口緊湊型X20CP0291，達到2MS的快速掃描周期。采集10個濾池的控制信號，通過100M的以太網(wǎng)傳輸上下位的數(shù)據(jù)信息。I/O部分采用貝加萊的X20 I/O系統(tǒng)。如果濾池控制部分離其余控制部分有一定距離，并且I/O點不多。我們采用貝加萊的具有12M 通訊速度，站間距離可達100米的X2X通訊總線，進行遠程擴展。方便現(xiàn)場的安裝，滿足實際客戶要求。并且X20系統(tǒng)支持熱插拔，即使個別模塊或外圍設備的故障也不會影響其余模塊的正常工作，避免因一些小故障而導致整個系統(tǒng)癱瘓。節(jié)省維護和使用成本。
4． 監(jiān)控中心
采用貝加萊無風扇無線纜，可免硬盤運行的工控機APC620，采集現(xiàn)場PCC的實時數(shù)據(jù)和記錄狀況報表及報警等。實現(xiàn)全廠的綜合調度。兩臺工控機互為主備，提高系統(tǒng)可靠性。控制系統(tǒng)具有全自動邏輯控制、在線工藝狀態(tài)顯示及參數(shù)記錄、運行故障診斷記錄、生產(chǎn)報表顯示記錄等功能。系統(tǒng)能長周期安全無故障運行。
5．網(wǎng)絡通訊及結構
利用各PCC自帶的以太網(wǎng)接口實現(xiàn)PCC站站以及ECU各站的通訊,以及與監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)通訊.光纖連接現(xiàn)場和監(jiān)控中心。遠程I/O的擴展采用12M速率的X2X總線。通過RS485接口模塊控制現(xiàn)場變頻器的運轉，以及與儀器儀表的通訊連接。
貝加萊的控制系統(tǒng)支持分時多任務操作系統(tǒng)，觸摸屏和PCC均采用一個開發(fā)軟件來開發(fā)，面向對象的編程方式，除常規(guī)編程語言外，并且支持C語言，BASIC語言等多種高級編程語言。以及完善的PID算法完成生產(chǎn)過程壓力、溫度、流量等工藝參數(shù)的PID回路調節(jié)。高性能的控制器和支持帶電插拔的X20 I/O 系統(tǒng)，單個模塊或部件的損壞不會影響其他設備的正常運行，提高污水系統(tǒng)可靠性，利于系統(tǒng)維護。I/O的就地接入，再通過通訊上送，通訊介質為屏蔽雙絞線，減少布線成本，提高電氣系統(tǒng)可靠性。實現(xiàn)就近接線，遠程監(jiān)控。接口豐富，太網(wǎng)通訊接口， Modbus接口，CAN 通訊，RS485總線等與三方設備通訊的接口都包含在系統(tǒng)中，方便用戶的擴展和使用。
4．結束語：
貝加萊的污水控制系統(tǒng)是以PCC、工控計算機、管理計算機、服務器、計算機網(wǎng)絡及軟件系統(tǒng)為核心的污水處理廠實時管理控制系統(tǒng)，自動監(jiān)測或監(jiān)控污水處理廠設備及生產(chǎn)運行，達到污水處理廠遠程監(jiān)測或監(jiān)控自動化、管理信息化。 使污水處理廠內自動化控制及技術水平得到全面顯著提升，可以安全、可靠地實現(xiàn)各種復雜的污水處理工藝流程，減少人為因素帶來的可能事故和隱患，保證污水處理的質量，同時減輕勞動強度，提高工作效率和經(jīng)濟效益，使傳統(tǒng)污水處理廠生產(chǎn)運行及管理產(chǎn)生了質的變化。
關于貝加萊
貝加萊（B&R）是一家自動化技術領域的全球性領導廠商，總部位于奧地利Eggelsberg，于1979年由Erwin Bernecker先生和Josef Rainer先生共同創(chuàng)建。創(chuàng)新的信念伴隨貝加萊不斷成長，并引領技術發(fā)展的潮流。今天的貝加萊已經(jīng)在全球55個國家設立了分支機構，擁有140個辦事處。
1996年8月，貝加萊在上海成立了服務于中國市場的分公司——貝加萊工業(yè)自動化（上海）有限公司，本地化的銷售與技術隊伍為中國客戶帶來了更迅捷的服務響應。十年征程，貝加萊（中國）一直致力于為國內用戶提供高品質的自動化產(chǎn)品和優(yōu)秀的技術解決方案。如今，貝加萊的產(chǎn)品和方案已廣泛應用于機械自動化領域，如包裝、印刷、塑料、紡織、食品飲料、機床、半導體、制藥等行業(yè)；以及過程自動化領域，如電力、冶金、市政、交通、石油、化工和水泥等行業(yè)。
貝加萊（中國）在國內的機構包括上海總部，北京、廣州、濟南、西安和成都辦事處，上海和西安的技術培訓中心，以及分布在全國的大學聯(lián)合實驗室。無論是售前咨詢、方案設計，還是項目實施與售后服務，貝加萊（中國）的卓越團隊始終貼近用戶，提供周到完善的支持。這支優(yōu)秀的中國團隊一直在幫助和支持著客戶自動化方案的實現(xiàn)。在追求完美自動化的同時，貝加萊更是世界范圍內工業(yè)自動化的合作伙伴。“Perfection in Automation”與 “Your Worldwide Automation Partner”精確地闡述了貝加萊公司在工業(yè)自動化領域的使命與追求。
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