溫志軍

（北京中燕通科技開發(fā)有限公司，北京 102599）

1 系統(tǒng)概述

本污水處理遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)是一個(gè)縣級(jí)集中控制總站，通過Internet 網(wǎng)絡(luò)集中顯示、控制5 個(gè)鎮(zhèn)的污水廠的全部設(shè)備。5 個(gè)鎮(zhèn)的單一污水廠內(nèi)部可編程控制器作為主站；使用西門子EM277 模塊通過Profibus_DP 現(xiàn)場總線組成現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。各鎮(zhèn)的污水廠分別配置一臺(tái)觸摸一體計(jì)算機(jī)和北京杰控科技有限公司的Fame View 組態(tài)軟件作為鎮(zhèn)級(jí)污水廠的總控制和操作系統(tǒng)。各鎮(zhèn)的可編程控制器利用國產(chǎn)的企業(yè)智能VPN（Virtual Private Network，虛擬專用網(wǎng)絡(luò)）網(wǎng)關(guān)通過跨區(qū)組網(wǎng)功能組成遠(yuǎn)程局域網(wǎng)。通過在整個(gè)系統(tǒng)的硬件配置、地址分配、程序編制、狀態(tài)記錄、曲線記錄、報(bào)表打印等方面的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。本系統(tǒng)的主網(wǎng)絡(luò)采用VPN 架設(shè)，分站的網(wǎng)絡(luò)采用ROFIBUS_DP 架設(shè)。

2 單一污水廠硬件配置

單一污水廠的硬件結(jié)構(gòu)包括ABB_AC500_PM573_ETH 主站、通過DC551-CS31 組成的遠(yuǎn)程終端單元、西門子S7-200CPU+EM277 模塊做為4 個(gè)PLC 分站。上位機(jī)采用電阻觸摸的一體化工業(yè)電腦，在Windows 系統(tǒng)上安裝北京杰控科技有限公司的Fame View 組態(tài)軟件做為顯示和操作單元。用微軟的SQL Server 和Office 軟件做為數(shù)據(jù)庫平臺(tái)和報(bào)表打印的支持軟件。

為了總站能實(shí)現(xiàn)顯示和控制分站的功能，需要將通過通信方式獲取的數(shù)據(jù)分配給總站PLC 然后上傳給各個(gè)污水廠的上位機(jī)PC 的組態(tài)軟件中。這就需要分配一系列地址給各個(gè)硬件，以便能做到數(shù)據(jù)的一致性（表1）。

3 單一污水廠PLC 軟件編制

ABB_PLC 軟件編制可以使用ABB_Automation_Builder 軟件中集成的軟件來實(shí)現(xiàn)的。在ABB_Automation_Builder 中配置好硬件后，在CoDeSys 中定義全局變量名然后使用這些變量名編程。

表1 地址表分配

3.1 數(shù)字量輸入映射

（1）PLC 物理地址定義Excel 公式：=IF (變量注釋單元格=0,"",PLC 物理地址變量名單元格&" AT "&PLC 物理地址單元格&" :BOOL;(*"& 變量注釋單元格&"*)")

（2）上位機(jī)變量名定義Excel 公式：=IF (變量注釋單元格=0,"",上位機(jī)變量名單元格&" AT "& PLC_M 轉(zhuǎn)換地址單元格2&" :BOOL;(*"& 變量注釋單元格&"*)")

（3）=IF(變量注釋單元格=0,"",上位機(jī)變量名單元格&":="& PLC 物理地址變量名單元格&";(*"&變量注釋單元格&"*)")

3.2 數(shù)字量輸出映射

（1）PLC 物理地址定義Excel 公式：=IF (變量注釋單元格=0,"",PLC 物理地址變量名單元格&" AT "&PLC 物理地址單元格&" :BOOL;(*"& 變量注釋單元格&"*)")

（2）上位機(jī)變量名定義Excel 公式：=IF (變量注釋單元格=0,"",上位機(jī)變量名單元格&" AT "& PLC_M 轉(zhuǎn)換地址單元格2&" :BOOL;(*"& 變量注釋單元格&"*)")

（3）上位機(jī)和PLC 數(shù)據(jù)傳送Excel 公式：=IF(變量注釋單元格=0,"",PLC 物理地址變量名單元格&":="&上位機(jī)變量名單元格&";(*"&變量注釋單元格&"*)")

3.3 模擬量輸入映射

（1）PLC 物理地址定義Excel 公式：=IF (變量注釋單元格=0,"",PLC 物理地址變量名單元格&" AT "&PLC 物理地址單元格&" :INT;(*"& 變量注釋單元格&"*)")

（2）上位機(jī)變量名定義Excel 公式：=IF(變量注釋單元格=0,"",上位機(jī)變量名單元格&" AT "& PLC_M 轉(zhuǎn)換地址單元格2&" :INT;(*"& 變量注釋單元格&"*)")

（3）上位機(jī)和PLC 數(shù)據(jù)傳送Excel 公式：=IF(變量注釋單元格=0,"",上位機(jī)變量名單元格&":="& PLC 物理地址變量名單元格&";(*"&變量注釋單元格&"*)")

3.4 模擬量輸出映射程序

=IF(變量注釋單元格=0,"",PLC 物理地址變量名單元格&"AT "&PLC 物理地址單元格&" :INT;(*"& 變量注釋單元格&"*)")

3.5 故障和非遠(yuǎn)程狀態(tài)復(fù)位程序

="IF "&自動(dòng)變量名單元格&"=0 OR "&故障變量名單元格&"=1 THEN "&輸出變量名單元格&":=0;END_IF; (*"&輸出注釋單元格&"*)"

3.6 數(shù)字量聯(lián)鎖控制

首先利用Excel 公式的方法編制ST 語言程序，然后再利用CoDeSys 軟件轉(zhuǎn)換成LAD 程序，在LAD 程序里面做聯(lián)鎖控制。

3.7 其余的復(fù)雜控制

（1）提升泵頻率控制程序。提升泵頻率控制方法有3 種：手動(dòng)設(shè)定頻率方式、液位隨動(dòng)頻率控制方式、通過流量計(jì)閉環(huán)PID設(shè)定方式。采用手動(dòng)控制方式時(shí)，提升泵頻率按手動(dòng)設(shè)定頻率運(yùn)行；采用液位控制頻率時(shí)候，提升泵按液位高低自動(dòng)調(diào)整頻率運(yùn)行。

（2）轉(zhuǎn)盤膜厚度測量及控制程序。每過2～3 h，用自動(dòng)程序?qū)⒄{(diào)整轉(zhuǎn)盤的速度到測量頻率5 Hz，在此頻率下測量轉(zhuǎn)盤輸出功率。通過和對(duì)照值進(jìn)行比較，以此來核定轉(zhuǎn)盤掛膜厚度的程序。膜厚測定后，再通過自動(dòng)程序來控制轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速來控制生物轉(zhuǎn)盤的掛膜厚度。

（3）輸入模擬量整理功能FCN 指令的編制。ABB_AC500 系列PLC 模擬量輸入的數(shù)據(jù)類型是-32768～32767 的無符號(hào)整形，而CoDeSys 軟件識(shí)別的物理地址AI 是0～63535 的無符號(hào)整形，當(dāng)物理信號(hào)小于零時(shí)候，由于位序的原因CoDeSys 輸入信號(hào)值將大于27648，這時(shí)就需要編制一個(gè)整理功能FCN 來保證信號(hào)的準(zhǔn)確。

（4）低液位有水信號(hào)功能FCN 指令的編制。有水和無水直接要設(shè)定一個(gè)緩沖區(qū)間，比如100 mm，以免信號(hào)頻繁切換。這就要編制一個(gè)能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能的功能函數(shù)，以便頻繁調(diào)用?？梢詫⑦@個(gè)函數(shù)叫做HAVE_WATER。這個(gè)函數(shù)輸出一個(gè)BOOL值，用這個(gè)值去控制潛水泵的啟停即可。

（5）分站模板PLC 程序編制。通過對(duì)變量有規(guī)律的命名，比如DI、DO、AI、AO、X、B、R、PLC、PC、以及序列號(hào)xxx 和注釋的配合，編制出第一個(gè)站點(diǎn)的程序代號(hào)A01_。其余的站點(diǎn)程序只需要變更一下IP 地址的網(wǎng)段即可。

4 單一污水廠程序的編制

4.1 上位機(jī)人機(jī)界面程序

用按鈕的標(biāo)題做為設(shè)備的指示，按鈕的顏色紅綠做為設(shè)備啟停指示，按鈕下面的3 個(gè)短棒的顏色和閃爍功能做為遠(yuǎn)程、運(yùn)行、故障的指示。

4.2 報(bào)警及啟停記錄程序

利用Fame View 的變量報(bào)警功能對(duì)故障進(jìn)行提醒、確認(rèn)、記錄和查詢。將運(yùn)行信號(hào)取反后，做為停止信號(hào)，即可利用變量報(bào)警功能編制出設(shè)備啟停時(shí)間的記錄程序。

4.3 數(shù)據(jù)報(bào)表程序

數(shù)據(jù)報(bào)表除了要做日、周、月、季年報(bào)等常規(guī)內(nèi)容以外，最好做一個(gè)設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)和故障表。每1 h 記錄一個(gè)運(yùn)行和故障狀態(tài)，以便能及時(shí)、直觀地發(fā)現(xiàn)所有設(shè)備運(yùn)行和故障問題，這將對(duì)運(yùn)行管理人員全面掌握水廠運(yùn)行狀態(tài)大有益處。

5 全部污水廠系統(tǒng)組網(wǎng)

通過國產(chǎn)的企業(yè)級(jí)智能VPN（虛擬專用網(wǎng)絡(luò)）網(wǎng)關(guān)的跨區(qū)組網(wǎng)功能組成遠(yuǎn)程局域網(wǎng)。各分站的網(wǎng)段不同，在總站能連接每個(gè)網(wǎng)段的IP 地址，將所有數(shù)據(jù)集中匯總。

6 總站程序編制

利用北京杰控的Fame View 組態(tài)軟件的監(jiān)控對(duì)象功能實(shí)現(xiàn)變量分組及畫面復(fù)用。每個(gè)變量都帶前綴Axx_（xx 是站點(diǎn)序號(hào)），先做出一個(gè)分站的畫面，然后用工具欄上的監(jiān)控對(duì)象替換的辦法做出其余分站的畫面。各個(gè)分畫面通過子畫面的方式切換即可。

7 結(jié)論及建議

（1）通過有規(guī)律的設(shè)定變量名能夠利用Excel 的公式功能快速的編制CoDeSys 軟件的全局變量表，結(jié)構(gòu)化文本ST 程序。

（2）用Excel 公式的方法直接編制故障和手動(dòng)的時(shí)候復(fù)位輸出功能的程序，會(huì)使得程序的編制變得高效、可靠。

（3）通過CoDeSys 軟件的轉(zhuǎn)換功能將ST 語言的程序轉(zhuǎn)換成LAD 語言的程序，從而實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖控制。

（4）地址分配要事先約定好，有效利用有限的PLC 內(nèi)部繼電器資源，使得程序結(jié)構(gòu)合理，方便擴(kuò)展和合作開發(fā)。

（5）復(fù)雜的控制功能要經(jīng)過長期的經(jīng)驗(yàn)積累和時(shí)間才能做到，這些都是軟件制作人員的智慧的結(jié)晶。可以將這些功能制作成功能模塊，以便隨時(shí)調(diào)用。

（6）組態(tài)軟件的畫面制作時(shí)要定義監(jiān)控變量，利用監(jiān)控變量替換功能實(shí)現(xiàn)畫面復(fù)用，提高畫面的制作效率。