★北京碧水源科技股份有限公司 李建牛，張巧玲，唐軍，郝金光

工業(yè)以太網(wǎng)在超濾膜水處理中的應(yīng)用

★北京碧水源科技股份有限公司 李建牛，張巧玲，唐軍，郝金光

對(duì)于大型的污水處理項(xiàng)目，先進(jìn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)是極其重要的。本文重點(diǎn)闡述了工業(yè)以太網(wǎng)在超濾膜系統(tǒng)及閥島系統(tǒng)中的配置及其應(yīng)用，并通過實(shí)際工程項(xiàng)目加以論證分析。

超濾；工業(yè)以太網(wǎng)；環(huán)網(wǎng)；閥島；通訊

隨著以太網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)以太網(wǎng)以其帶寬更大、可靠性高、開放互聯(lián)、低成本、標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)控制領(lǐng)域越來越占據(jù)主導(dǎo)地位。與此同時(shí)，人們對(duì)污水排放的要求越來越高，進(jìn)而對(duì)污水處理工藝提出了更高的要求，從傳統(tǒng)活性污泥法、氧化溝工藝等發(fā)展到超濾膜系統(tǒng)等多種工藝。本文依托北京市高碑店再生水廠及再生水利用工程項(xiàng)目OW-UF超濾水處理系統(tǒng)（100萬噸/天），介紹了工業(yè)以太網(wǎng)、超濾膜系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)框架、雙環(huán)網(wǎng)（主環(huán)網(wǎng)+子環(huán)網(wǎng)）的配置及其在PLC控制系統(tǒng)、上位組態(tài)系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1 工業(yè)以太網(wǎng)簡介

工業(yè)以太網(wǎng)是基于IEEE 802.3（Ethernet）的強(qiáng)大的區(qū)域和單元網(wǎng)絡(luò)。EtherNet/IP是適合工業(yè)環(huán)境應(yīng)用的協(xié)議體系。它是由ODVA（Open Devicenet Vendors Asso-cation）和Control Net International兩大工業(yè)組織推出的最新成員與Device Net和Control Net一樣，它們都是基于CIP（Controland Information Proto-Col）協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)。它是一種是面向?qū)ο蟮膮f(xié)議，能夠保證網(wǎng)絡(luò)上隱式（控制）的實(shí)時(shí)I/O信息和顯式信息（包括用于組態(tài)、參數(shù)設(shè)置、診斷等）的有效傳輸[1]。

2 超濾膜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

高碑店超濾膜系統(tǒng)由四個(gè)系列組成，每個(gè)系列的PLC系統(tǒng)硬件組態(tài)完全一致，采用羅克韋爾自動(dòng)化公司的ControlLogix5561系列CPU，共6臺(tái)PLC柜，I/O模塊采用1756系列模塊，遠(yuǎn)程I/O站采用1794-AENT模塊搭配1794系列I/O模塊，膜組器系統(tǒng)氣動(dòng)閥、儀表通過Festo公司提供的閥島系統(tǒng)控制。

系統(tǒng)分四個(gè)系列，各系列間通過主工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)鏈接，各系列內(nèi)六面PLC控制柜由CONTROLNET網(wǎng)絡(luò)連接，電力儀表、流量計(jì)、溫度巡檢儀通過Modbus RTU協(xié)議與CPU通訊，遠(yuǎn)程I/O站和閥島通過工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議與CPU通訊，且組成系統(tǒng)雙層環(huán)網(wǎng)，如圖1所示。

圖 1 超濾系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

每個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部形成環(huán)網(wǎng)，確保系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)一處斷點(diǎn)時(shí)，不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)，四個(gè)系統(tǒng)間又形成大環(huán)網(wǎng)，出現(xiàn)一處斷點(diǎn)后，不影響上位機(jī)監(jiān)控其它系統(tǒng)運(yùn)行情況，最大程度地確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定，有利于水廠運(yùn)行。

3 工業(yè)以太網(wǎng)配置

3.1 PLC與PLC通訊

高碑店項(xiàng)目PLC間數(shù)據(jù)交換采用MSG通訊方式，只需在一端PLC中進(jìn)行配置即可，避免了生產(chǎn)者、消費(fèi)者方式需要更改通訊數(shù)據(jù)時(shí)，兩邊程序均要修改的麻煩。通過MSG通訊方式可以一次通訊數(shù)組內(nèi)的多數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)，節(jié)省通訊連接數(shù)量。

3.2 PLC與閥島通訊

高碑店項(xiàng)目PLC與閥島通訊利用BOOTPDHCP Server軟件配置，打開CPX Festo Maintenance Tool，根據(jù)向?qū)нB接閥島，可以看到閥島通訊所需的輸入、輸出數(shù)據(jù)量，以及模塊配置情況、各模塊當(dāng)前的數(shù)據(jù)。由于超濾系統(tǒng)大部分設(shè)備都由閥島箱控制，所以閥島的通訊狀態(tài)至關(guān)重要，采取通過系統(tǒng)函數(shù)GSV讀取閥島模塊通訊狀態(tài)的方式進(jìn)行判斷。

3.3 PLC與上位組態(tài)通訊

高碑店項(xiàng)目PLC與上位組態(tài)通訊通過工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，設(shè)置上位機(jī)IP，與PLC站IP在同一網(wǎng)段，但不重復(fù)。在組態(tài)畫面上設(shè)有各系列PLC站總的通訊狀態(tài)及所有PLC模塊的狀態(tài)，可直觀判斷上位組態(tài)與PLC的通訊情況。

4 工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用

4.1 超濾膜系統(tǒng)控制方案

高碑店項(xiàng)目核心工藝采用碧水源公司自主研發(fā)的OW-UF超濾膜技術(shù)，工藝流程為生物濾池來水經(jīng)方閘門進(jìn)集水池，提升泵將水輸送至膜組，中間經(jīng)自清洗過濾器初步過濾，膜系統(tǒng)產(chǎn)水輸送至下游臭氧、紫外等工段，部分進(jìn)入反洗水池，膜系統(tǒng)過濾過程，周期性進(jìn)行反沖洗，反洗泵根據(jù)程序及設(shè)定頻率運(yùn)行，根據(jù)膜組器工作狀態(tài)，定期進(jìn)行化學(xué)清洗，來水由廠內(nèi)中水提供，藥劑由儲(chǔ)藥罐提供，化學(xué)清洗泵根據(jù)程序及設(shè)定流量運(yùn)行。

4.2 超濾膜系統(tǒng)組態(tài)畫面

每個(gè)系列共有20套膜組器，每個(gè)膜組器均自動(dòng)產(chǎn)水，整個(gè)系統(tǒng)分自動(dòng)、手動(dòng)兩種情況。超濾系統(tǒng)設(shè)備根據(jù)膜組器運(yùn)行數(shù)量，運(yùn)行步序協(xié)調(diào)工作，而膜組運(yùn)行數(shù)量由集水池液位和進(jìn)水泵運(yùn)行數(shù)量共同決定。根據(jù)膜系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)量、進(jìn)水壓力等條件，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)進(jìn)水泵運(yùn)行數(shù)量及進(jìn)水泵運(yùn)行頻率。超濾膜系統(tǒng)組態(tài)畫面高碑店項(xiàng)目包含四個(gè)完全獨(dú)立的超濾膜系統(tǒng)，每個(gè)系列含20個(gè)膜組，每個(gè)膜組含13個(gè)氣動(dòng)閥，每個(gè)閥采集5個(gè)信號(hào)，經(jīng)分析每兩個(gè)膜組可作為一個(gè)公用子畫面，每個(gè)氣動(dòng)閥的控制均可調(diào)用一個(gè)公共子函數(shù)，以此為基礎(chǔ)，通過上位組態(tài)軟件內(nèi)嵌的VBA代碼及參數(shù)替換文件，即可實(shí)現(xiàn)四個(gè)系統(tǒng)80個(gè)膜組1040個(gè)氣動(dòng)閥信息的顯示與控制。圖2簡單闡述了超濾膜系統(tǒng)組態(tài)畫面的操作應(yīng)用。

圖2 一系列1-2#膜組器控制系統(tǒng)

以圖2為例，其他膜組系統(tǒng)與之類似，只是參數(shù)與變量不同。20個(gè)膜組器的顯示通過切換按鈕來實(shí)現(xiàn)；其他系列膜系統(tǒng)通過導(dǎo)航條“二系列”、“三系列”、“四系列”選擇；每個(gè)氣動(dòng)閥既可顯示實(shí)時(shí)狀態(tài)，又能點(diǎn)擊彈出小窗口進(jìn)行控制；圖2中還包括每個(gè)膜組的產(chǎn)水信息、當(dāng)前狀態(tài)及控制；參數(shù)設(shè)置需要權(quán)限，默認(rèn)登錄的“操作員”無權(quán)修改，若要修改需以“工程師”身份登錄。

5 總結(jié)

通過工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，各個(gè)廠家的設(shè)備能夠更方便、快捷地實(shí)現(xiàn)通訊、數(shù)據(jù)交換，而且由于光纖、交換機(jī)技術(shù)的發(fā)展，以太網(wǎng)通訊不再受限于通訊距離，能在更廣泛的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)，集簡便性與通用性于一體。本文通過具體工程項(xiàng)目—北京市高碑店再生水廠及再生水利用工程項(xiàng)目OW-UF超濾水處理系統(tǒng)（100萬噸/天）中工業(yè)以太網(wǎng)集成架構(gòu)解決方案的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，驗(yàn)證了雙環(huán)網(wǎng)（主環(huán)網(wǎng)+子環(huán)網(wǎng)）技術(shù)在超濾膜系統(tǒng)及閥島系統(tǒng)中應(yīng)用的可行性、可靠性及穩(wěn)定性，保障了整個(gè)工程項(xiàng)目順利、安全、高效、可靠的實(shí)施。

AP

[1] 吳愛國，李長濱. 工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議EtherNet/IP [J]. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用. 2003, 23（11）：9 - 11.

Application of Industrial Ethernet in the Ultraf i ltration Membrane Water Treatment

For a large-scale sewage treatment projects, the advanced automatic control system is extremely important. This paper mainly expounds the configuration and application of industrial Ethernet in the ultrafiltration membrane system and valve terminal system, and proves it through the actual project.

Ultrafiltration; Industrial Ethernet; Ring; Valve terminal; Communication

李建牛（1984-），男，河北滄州人，工程師，本科，現(xiàn)就職于北京碧水源科技股份有限公司，主要研究方向?yàn)樗幚砜刂乒こ獭?/p>

張巧玲（1984-），女，河北張家口人，工程師，研究生，現(xiàn)就職于北京碧水源科技股份有限公司，主要研究方向?yàn)樗幚砜刂乒こ獭?/p>