基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的污水處理自動控制系統(tǒng)

王愷

近年來，我國工業(yè)與農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展給自然環(huán)境帶來了重大污染，并且污染現(xiàn)象越來越嚴重，當前水系污染問題惡化、水資源日益枯竭，為了降低資源損失，避免環(huán)境繼續(xù)惡化，很多城市都興建了污水處理廠。我國污水處理廠絕大多數(shù)還處于傳統(tǒng)工業(yè)控制DCS/FCS系統(tǒng)階段，對數(shù)據(jù)的采集與分析由自控系統(tǒng)集成商根據(jù)所選PLC和監(jiān)控組態(tài)軟件的品牌以及各自的經(jīng)驗、習(xí)慣進行規(guī)劃與實施，很難做到對各水廠的處理數(shù)據(jù)進行綜合分析和共享。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的大背景之下，不改變底層PLC及組態(tài)軟件，用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的新思路去研究污水廠的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理，建立一個基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺架構(gòu)的污水處理廠數(shù)據(jù)采集與應(yīng)用系統(tǒng)。

一、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)由匯川AM610 PLC、匯川IT6100E-J 觸摸屏、匯川MD380變頻器、匯川AM600-RTU-D-J遠程控制器、康尼智能無線終端KNET-BOX、數(shù)字量輸入輸出、模擬量輸入輸出等組成，控制對象由各類電動機、液位壓力溫度流量等模擬信號、指示燈等組成?？刂埔髮崿F(xiàn)的是匯川AM610 PLC通過Profibus-DP 總線與遠程模擬量從站、匯川MD380變頻器之間的通信控制，可以對遠程液位、壓力、流量、溫度等模擬量進行采集，所采集到的數(shù)據(jù)通過智能無線終端KNET-BOX通過4G網(wǎng)絡(luò)上傳至云服務(wù)器，經(jīng)過在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)配置軟件設(shè)置和云平臺組態(tài)配置后，能夠在網(wǎng)頁端監(jiān)控到采集的數(shù)據(jù)。同時能夠通過PLC模擬量輸出對調(diào)壓模塊與比例閥進行控制，變頻器既可以通過DP通信控制，也可以通過電位器進行手動頻率的改變。其中匯川IT6100E-J 觸摸屏與PLC之間、上位計算機之間、康尼智能無線終端KNET-BOX之間實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)通信，網(wǎng)頁端通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時監(jiān)控、觸摸屏實現(xiàn)手動控制、自動運行、實時監(jiān)控等操作。PLC主站上實現(xiàn)各類開關(guān)按鈕、位指示燈與各類電動機的數(shù)字量輸入輸出，如圖1所示。

這樣設(shè)計的優(yōu)點在于，下位機數(shù)據(jù)實時性高，采用Profibus-DP 總線可以很好的滿足各類數(shù)據(jù)高速傳輸;上位機數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)云平臺，可以方便地實現(xiàn)跨平臺，跨區(qū)域的調(diào)用和整合分析，不需要每臺計算機上都裝有專業(yè)軟件，只要通過網(wǎng)頁就能實現(xiàn)某個具體設(shè)備運行數(shù)據(jù)的監(jiān)控，降低了成本，并可以方便地調(diào)用數(shù)據(jù)進行分析處理。

二、PLC控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

該結(jié)構(gòu)采用 PC 機作為上位機;匯川AM610 PLC具有較強的抗干擾能力、組態(tài)方便、可靠性較高，帶有以太網(wǎng)、Profibus-DP等各類接口;使用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)以太網(wǎng)建立一個拓撲結(jié)構(gòu)的通訊網(wǎng)絡(luò)，其中，上位 PC機與下位機 AM610 PLC 之間的通訊利用工業(yè)以太網(wǎng)搭建，現(xiàn)場設(shè)備與 PLC 之間的通訊利用現(xiàn)場總線Profibus-DP搭建。由于污水處理廠占地面積大，可以將現(xiàn)場多個I/O信息匯集到匯川AM600-RTU-D-J遠程控制器上，再通過Profibus-DP現(xiàn)場總線傳遞到AM610 PLC上，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有一個非常大的優(yōu)點在于系統(tǒng)擴展性與穩(wěn)定性較好，各個節(jié)點之間獨立運行，如果其中一個節(jié)點無法正常運行，其它節(jié)點不會受到影響，整個網(wǎng)路不會出現(xiàn)癱瘓情況。

此外，為了方便操作，在控制柜上安裝觸摸屏。上位PC機和觸摸屏通過網(wǎng)線連接，組態(tài)配置完成后下載到觸摸屏上，在觸摸屏上完成對PLC中參數(shù)的設(shè)定和監(jiān)控。

三、工業(yè)云平臺

由于各個污水處理廠使用的PLC不同，使用的協(xié)議也不一樣，為了能將數(shù)據(jù)發(fā)送到云端，這里使用工業(yè)云網(wǎng)絡(luò)，在控制柜中安裝康尼智能無線終端KNET-BOX，里面含有各類工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可以將不同工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的報文進行處理，提取各類信息數(shù)據(jù)。

工業(yè)云平臺實現(xiàn)通過網(wǎng)頁對指定的設(shè)備進行實時監(jiān)控，任何一臺連上互聯(lián)網(wǎng)的PC機打開網(wǎng)頁瀏覽器，通過賬戶和密碼登錄上康尼工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)云平臺，綁定與PLC對應(yīng)的智能無線終端的數(shù)據(jù)后，在設(shè)備模板里進行組態(tài)設(shè)計，畫面如圖2所示，要求顯示污水自動處理系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)，包含實時液位、溫度、流量、比例閥開度、壓力、變頻器實際頻率等信息。系統(tǒng)運行時，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)云平臺的“設(shè)備監(jiān)控”界面中能夠監(jiān)控系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)。

總之，通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的方式，實現(xiàn)了跨PLC平臺，遠距離的實時監(jiān)控，實現(xiàn)了各水廠的數(shù)據(jù)綜合分析和共享，為后續(xù)數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。（作者單位：江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院）