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摘要：介紹了PLC三層通信網絡在大型城市污水處理監控系統—青島市污水處理監控系統中的應用，成功的實現了大區域的實時監控和管理。
1 污水處理監控程序概況
青島市污水處理廠處理工藝采用國際上比較先進的SBR活性污泥法﹑信息與自動化工程采用二級分布式計算機控制管理系統方案。這種結構可使生產過程中的信息能夠集中管理，以實現整體操作和管理；同時也可使生產過程中的控制危險系數降低，提高系統的可靠性。
整個系統分成兩個管理級：上位管理級和現場管理級，具體為由中央控制室操控站(OPS)和上層管理計算機組成的上位管理級，和由現場各分控站PLC及分布式I/O控制系統與現場在線測量儀表組成的現場管理級。現場各種數據通過PLC及遠程I/O采集，并通過現場高速數據總線傳送到中央控制操作站進行集中監視和管理。中央控制室主機的控制命令也可通過高速總線傳送到現場PLC的測控終端，實施各單元的分散控制。
2 OMRON三層通信網絡的結構
與傳統的工廠控制體系相比，OMRON公司自動化系統提供了高效的﹑開放的網絡體系結構，將以前工廠到設備的五層機構簡化為三層：管理層﹑控制層和設備層。管理層網絡采用Ethernet網絡；控制層網絡采用Controller Link網絡；設備層網絡采用DeviceNet網絡，形成了具有優異通信功能的三層網絡，如圖1所示。
圖1 OMRON PLC網絡的三層體系結構
DeviceNet網絡用于實現現場設備（開關﹑I/O和人機界面等）與PLC之間的通信；Controller Link網絡處于三層網絡的中間，它主要負責對處在中間層的各個控制器（PLC等）之間進行數據的傳送和控制；Ethernet網絡（以太網）實現PLC﹑工作站﹑個人計算機以及第三方Ethernet之間的數據通信。
3 污水處理監控系統中的網絡拓撲結構與功能配置
3.1網絡拓撲結構
根據青島市污水處理工藝的控制要求，OMRON網絡系統，以OMRON公司高性能的CS1系列可編程序控制器為核心，構建污水處理自動化控制信息網絡：管理層網絡﹑控制層網絡和設備層網絡。如圖2所示。
圖2 污水處理自動化控制信息網絡
3.2功能配置
3.21管理層
管理層是系統的核心，完成對污水處理過程各部分的管理和控制，并實現廠級的辦公自動化。管理層還提供系統人機交互界面并與廠管理層溝通，是整個系統與外界信息交換的窗口。管理層的各臺計算機具有相互通信的功能，實現數據交換和共享，以及共享一些昂貴的硬件和軟件資源。
管理層采用客戶/服務器的體系結構。服務器配有大型網絡關系的數據庫，如Oracle、Sybase等，實現開放、分布式數據庫管理方式的要求。中央控制室的服務器具有遠程控制操作功能、顯示功能、數據管理功能、數據處理功能、報警功能、報表功能、通信功能和冗余功能。
管理層采用雙冗余的Ethernet網絡，負責中央控制室的服務器、操作站和工程師站與四個主控站PLC的通信，以及各主控站之間數據的傳輸。
3.22控制層
控制層是實現系統功能的關鍵，其主要功能是接收管理層設置的參數和命令，對污水處理生產過程進行控制，將現現場參數如壓力、流量、溫度、PH、等數據上傳，輸送到管理層。
控制層采用Controller Link網絡，用于主站PLC與各分站PLC之間的通信。OMRON公司的Controller Link網絡采用N:N令牌總線或光纖環網，從而提高了對網絡故障的處理能力，不會因網絡節點故障而使整個網絡停止運行。它的通信速率恒定為2Mb/s，最大節點數為62個，采用光纖通信時最大距離為30千米。
在各個節點，PLC主站的控制任務具有相對獨立性，但又需要與其它主控站任務聯系。選用數據鏈接和報文服務方式來實現PLC間的通信。
3.23設備層
本系統在初沉泵房與第一分控站之間少量的采用了Composbus/D的現場總線，構成了遠程I/O系統。Composbus/D采用公開的DeviceNet總線協議，通信速率為500kb/s、250kb/s、150kb/s可切換，無中繼的通信距離為500m。現場儀表直接連到DeviceNet網絡。
PLC的選擇
根據需要，四個主控站選擇OMRON公司的CS1或CJ1系列。各現場控制站也采用了OMRON公司的CS1或CJ1系列。PLC的輸入輸出控制點均留有20℅以上的容量，為提高抗干擾能力，PLC柜內裝有隔離變壓器。此外每個PLC都連接了一臺圖形方式的人機交互觸摸屏，便于工人在現場對設備進行操作。
4 上位機管理控制系統
中央控制室的上位計算機和現場控制站組成了一個環形光纖網絡系統，它負責監控全場污水處理過程和設備運行狀況。上位機可以調用各現場站的全部運行信息，在中央控制室可以控制現場主要設備的停止和啟動。
上位計算機管理控制系統設置工程師站和操作站，工程師站的專用計算機以流行的SCADA軟件作為系統控制軟件，內部集成VBA，可離線或對整個監控系統進行組態和參數修改等來實現對工業控制系統的檢測和控制。能體現良好的通用性、靈活性、開放性、可靠性和高性價比。系統采用了圖形用戶界面（GUI）為操作人員和系統開發人員提供監視環境。在這個環境可以實現數據采集、數據處理、狀態監視、遠程控制、報警、數據登陸和生成報表等基本功能。另外工程師站可以安裝PLC編程軟件，通過網絡通信，程序可以方便地通過控制網絡Controller Link網絡分別下載到制定地現場控制站PLC，以便在調試過程中隨時修改程序。操作員可以通過操作站的計算機實時監視全廠工藝參數變化、設備運行、故障發生等情況，并進行多種模式操作，同時負責日常報表打印、事故打印和數據記錄等。
5 結束語
本信息網絡在實際運行過程中基本上沒有出現大的故障，在滿足檢測和控制功能的基礎上實現了數據監控、信息共享和數據庫的管理。提高了自動管理水平和經濟效
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號