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《电气自动化)2on年第33卷第3期计算机技术及其应用ComputerTechnology＆ApplicationsOPC技术在城市污水处理控制系统中的应用研究王树东王红波谭华毕作文曹新凤。(1．兰州理工大学电气与信息工程学院，甘肃兰州730050；2．甘肃省工业过程先进控制重点实验室，甘肃兰州730050)摘要：当前城市污水处理控制系统的传统控制系统模式已不适应目前的发展需要。为此构建了基于OPC技术的污水处理控制系统，实现了系统的无缝集成。并给出了OPC客服端软件开发的实现方法，为企业生产管理信息化打下了基础。实际运行表明，系统通信稳定，且具有很好的经济效益和社会效益。关键词：城市污水处理OPC技术可编程逻辑控制器RSView32软件[中图分类号]TP273[文献标志码]A[文章编号]1000—3886(2011)03—0035—03ApplicationandResearchofOPCTechnologyintheControISystemofUrbanSewageTreatmeritWangShudong'WangHongb0，TanHuaBiZuowenCaoXinfeng(CollegeofElectricalandInformationEngineering，LanzhouUniversityofTechnology，LanzhouGansu730050，China；KeyLaboratoryofGansuAdvancedControlforIndustrialProcesses，LanzhouGansu730050，China)Abstract：Forthecurrentcontrolsystemofurbansewagetreatment。thetraditionalcontrolsystemmodelalreadycouldnotadapttothecurrentdevelopmentneeds．ThesewagetreatmentcontrolsystembasedonOPCtechnologyachievedseamlessintegrationofthesystem．ThedevelopmentmethodofOPCclientapplicationsoftwarewasgiveninthispapers．Thisbuildsprovidedthefoundationforproductionandmanagementinformationinenterprises．Theactualoperationindicatesthatthesystemcommunicationisstableandhasgoodeconomicandsocialbenefits．Keywords：urbansewagetreatmentOPCtechnologyPLCRSViewsoftwareO引言PLC，DCS，条形码读取器等控制设备，也有可能是其他的应用程序或数据库。随控制系统构成的不同，作为数据源的OPC服务器即目前，一些大型控制系统中，往往包含了多种多样的控制网可以是和OPC应用程序在同一台计算机上运行的本地OPC服务络，如DCS、FCS、PLC和智能仪表。一方面，由于时代的不同，控器，也可以是在另外的计算机上运行的远程OPC服务器。一个客制系统往往存在着先进性的差异，如DCS，FCS并存的局面；另一户程序可以同时和一个或多个厂商提供的OPC服务器连接J。方面，由于生产厂商的不一致，存在着控制设备品牌与协议的差异。这两方面的差异最终导致自成系统，难以实现统～管理。永OPC对象主要包括服务器(Server)、组(Group)和项(Item)。昌城区污水处理项目就是典型这类控制系统，其下位机采用了三服务器对象包含服务器的所有信息，也是组对象的容器，一个服务器对应于一个OPCServer，即一种设备的驱动程序。而组对象种不同品牌的PLC，为瑞士ABB公司的AC500系列PM582一ETHPLC，美国Alien—Bradley公司的ControlLogix系列1756—相对于项而言也是一个包容器，它提供一套管理项的机制；OPC1．61PLC和德国Siemens公司的s7—300系列PLC，上位监控组项则表示了与OPC服务器中数据的连接，包括值(Valve)、品质(态软件是RSView32。由于RSView32只内置了AB公司的PLC驱Quality)、时间戳(TimeStamp)3个基本属性。动程序，直接导致与ABB和SiemensPLC之间的无法通信，其次，由于OPC技术的使用，实现了不用考虑驱动程序和接口问不同品牌的PLC的通信协议不一样，使整个控制系统无法互锁。题，就可在自动化控制软、硬件之间实行无缝链接，它使设备层、于是，如何进行可靠的数据通讯，确保三个控制站正常运行并满自动化层以及信息层之间的协同工作成为可能。用户可在选择足互操作就成了解决问题的关键所在。OPC(ObjectLinkingand它们的软、硬模块时具有充分的灵活性，通过标准化通信接口，多Embedding(OLE)forProcessControl，用于过程控制的OLE)技术种供应商的产品能被组合、匹配在一起，并在无需修改程序的情就是为了解决这些问题而产生的。况下能够相互作用。1oPC技术介绍这样使得工业控制系统有着更加简单的系统结构，更长的使用寿命，并且相对较低的造价。同时现场设备与系统的连接也更OPC技术，由OPC基金会于1996年秋推出的。它是以微软的加简单、灵活、方便。因此OPC技术在国内工业控制领域得到了OLE／COM技术为基础建立的一项技术规范与标准，采用Client／广泛的应用。Server模型，定义了一组COM对象及其双接口。OPC服务器可以成为OPC数据源，OPC应用程序为数据的使用者。数据源可以是2污水处理工艺流程及主要控制根据永昌城区和污水的具体特点，设计一座日处理能力为收稿日期：2010—1l一231．7m／d的污水处理厂。采用循环式活性污泥法CASS(Cyclic\n《电气自动化}2011年第33卷第3期计算机技术及其应用ComputerTechnology＆ApplicationsActivatedSludgeSystem)工艺，该工艺具有能耗低、运行费用少、为联动控制。出水水质好、管理简便、自动化程度高等优点。具体工艺流程见(2)提升泵房控制系统图1。提升泵房设置有3台提升泵，PLC根据超声波液位计的值自动控制水泵的启停及运行的台数，三台提升泵为自动轮换运行。(3)CASS池控制系统目前CASS池的控制方案大体有三种：一是生物浓度控制，是指根据在线测得的水质参数与设定参数形成闭环控制；二是反应时间控制，即根据对CASS池工艺的各个阶段所需要的时间进行自动控制；三是流量程序控制，就是根据CASS池前的计量井的流量来决定CASS闸门的开关时间，流量大时，进水时间相对缩短，反之，则时间加长。总的情况是保证CASS池的处理量。本项目采用的是第三种控制方案。3系统结构设计根据污水厂的分布情况，共设有三个PLC现场控制站和一图1污水处理工艺流程个中心控制室，三个站分布在粗格栅及污水提升泵房控制室由于城市污水主要是工业企业和居民生活所排放的，所以污水中(PLC1)、变配电控制室(PLC2)、污泥脱水房控制室(PLC3)，中央含有大量的有机物，这种污水称为生化污水。生化污水处理工艺控制室设在厂区综合办公楼内。自动控制系统由三层组成：现场是利用微生物的吸附，氧化和分解作用来降解污水中的有机物含控制层，过程监控层，管理层，遵循“集中管理，分散控制，数据共量，形成可以沉淀的污泥，从而使净化水质达到规定排放的标准。享”的原则。系统各部分相对独立性，并可利用网络技术完成系本项目污水处理系统分三个子系统：机械处理部分，生化处理部统的纵向与横向扩展，检修系统的任一部分，不会影响其它部分分，污泥处理部分。在机械处理部分中主要涵盖的有：粗格栅，提的正常运行。整体控制系统结构图如图2所示。升泵房，细格栅，砂水分离池。这部分主要是除去污水中的漂浮自控系统采用集散型控制系统，即由中央监控系统、通讯网物，悬浮物，细小纤维，防止水流中的阻塞和降低后续生物处理负络、现场控制站(PLC)以及就地控制盘组成。中央控制室操作员荷。生化处理部分为：配水井，CASS池，鼓风机房，接触池，加氯站和现场PLC控制站之间通过工业以太网联接，数据和参数可加药间，计量井。其主要任务是大幅度地去除污水中胶体和溶解以在PLC与中央控制室管理站之间相互传送，PLC控制站和现场状态的有机物。采用的方法以CASS法为污水处理的主体工艺。仪表之间通过现场总线Profibus和4～20mA进行数据传输，MCCCASS反应池分预反应区和主反应区，该工艺过程使活性污泥在控制站通过PLC控制站的输入输出模块和PLC进行数据传输。预反应区中经历一个高负荷的吸附阶段，随后在主反应区经历一PLC1负责粗格栅、细格栅、污水提升泵房的设备控制及数据采个较低负荷的基质降解阶段，以完成整个基质去除过程。经过集。PLC2主要针对鼓风机房、变配电室、沉沙池、够CASS反应池、CASS池后的水进入接触池投加氯消毒，最后通过计量井，此时的接触池、加氯间、滗水器、进厂水水质及出厂水水质的设备控制及水已达到国家排放标准，排至黄河。污泥处理部分是：回流污泥数据采集。PLC3负责贮泥池、污泥脱水机房、冲洗水池的设备控池，贮泥池，污泥缓冲池，污泥脱水间。是防止受纳水体发生富营养和受到难降解的有毒化合物的污染。以下就主要的过程控制加以说明。(1)格栅机控制系统在粗细格栅机控制中，主要采用两种控制方式，一种是液位控制，另一种是时间控制。前者主要是根据格栅处安放的超声波液位差计，PLC通过液位差的值来启动格栅机的运行，为防止格栅机在液位差值的波动上反复的启动，对此在控制上设置了一定的运行时间。后者是在时间控制方式下，不管液位差的值是多少，到了设定的间隔时间，格栅机就自动启动运行，智能仪表智能仪表智能仪表运行时间也是可以设定的，这样更为灵活、方便。格栅问，输送机，压榨机图2控制系统网络结构36ElectricalAutomation\n《电气自动化)2o：1年第33卷第3期计算机技术及其应用ComputerTechnoloqy＆Applications制及数据采集。中央监控机用以监视全厂工艺设备的运行状态、据系统运行情况正确操作。报警：如现场信号异常或自身控制系工艺过程中的各种参数、主要设备的控制和事故报警、主要参数统出错，模拟量超限，系统在LCD上也能发出声光报警，根据组的越限报警等。当监控工作站故障或不使用时，下位~LC控制态可快速切换到当前发生故障的画面。报表：按照工艺要求对水站仍可继续工作而不影响整个工艺过程控制和检测。就地控制厂的进出水水质和水量等参数进行报表统计，可根据需要形成特系统是可以独立运行的控制系统。在正常情况下，就地控制系统点参数组合的小时报表、天报表、月报表、年报表。数据库：系统可以接受监控系统的指令运行；在事故情况下，就地控制系统与所有设备的信息生成数据库，便于操作维护人员对系统设备的管污水厂自控系统通讯发生故障，就地控制系统可以独立地控制本理。水质预测：对污水处理厂进出水水质进行预测，为生产管理系统自动运行。人员进行优化运行提供决策参考。趋势：监控系统对设备参数实本监控系统的配置，不但能够实时采集和显示出各设备的运时记录，通过趋势曲线显示在趋势画面上，并具有参数预测功能，行工况及各项工艺运行参数，而且能够合理解决和协调运行中各操作员可通过该画面查询设备参数的变化情况，方便系统操作。工艺单元之间的优化配合，以提高整个污水处理系统的运行管理系统帮助：系统提供在线帮助功能，包括操作手册和设备常见故水平，使整个系统能够正常、稳定、安全、高效、低耗运行，并取得障维护。最佳效益。4OPC通讯设置3．1系统硬件选型RSView32具有强大的通信功能，其向上可通过TCP／IP，考虑到污水处理控制对系统安全性、可靠性、灵活性和可维Ethemet与高层管理网互联；向下可通过WintelligentLINK，OPC，护性的要求，本系统硬件组成为DDE等与数据采集硬件通信。对于大多数本机与远程设备之间(1)PLC造型的通信，RSView32采用OPC或DDE连接，本项目采用OPC作为格栅控制室采用的是瑞士ABB公司的AC500系列可编程序与远程设备的通信方式，使RSView32可以作为一个客户端或服控制器，变配电室采用的是美国Allen—Bradley公司的Control—务器，允许在不同的RSView32以及其他OPC服务器之间进行点Lo出系列PLC，脱水机控制室为德国Siemens公司的s7—300系对点通信J，项目控制系统将RSLinx作为OPC服务器。列。ABB公司的AC500系列PLC系统是世界知名品牌之一，代按以下方法将RSView32设置为OPC服务器：表者世界PLC的发展方向，有较高的市场占有率。AC500系列(1)启动OPC或DDE服务器；PLC系统具有网络功能强、可靠性高、价格适中的特点。(2)启动RSView32，并创建或者打开一个项目；(2)监控计算计造型(3)创建节点，将数据源选为OPCServer，之后发出RTData．监控计算机为台湾研华4台，CPU：Core2DuoE7400(2．ServerOn命令(使用RTDataServerOf命令可以取消此功能)，这将8GHz，800MHzFSB，2MBL2Cache，，EM64一T)，液晶显示器：22允许其它应用程序读取数值但不能改变它；发出RTDataWriteEn—寸1920x1080，内存：2048MB，硬盘：250GB，光驱：可读写DVD，able命令(使用RTDataWriteDisable命令可以取消此项功能)，这16倍速，集成一个千／百兆自适应以太网控制器。允许从外部OPC应用程序写入，以改变RSView32的标记值。(3)UPS电源选型客户端应用程序要从RSView32取得数据，那么必须使用下UPS电源(不间断电源)选用SANTAK公司的产品4台。列信息：OPCServer为RS．RSView320PCTagServer；RSLink安装在(4)打印设备选型本台电脑上，服务器的类型就选择为本机；如果客户和服务器在美国HP公司彩色喷墨打印机2台，激光打印机(黑白)1台。同一计算机上，那么服务器计算机名或地址这项可以是空白；访3．2上位监控软件设计问路径：项目名；更新速率指定OPC服务器发送数据到OPC客服根据污水处理厂的自身工艺和控制系统对上位机软件的要机的最大速度，默认值为ls。OPC服务器实际使用的速率可能求，上位监控系统采用了RSView32开发。由于Windows为Rs—比用户指定的速度要慢；条目：标记名。可以通过查看RSView32View32和基于Windows的应用软件提供接口，RSView32利用的标签数据库获得。DDE和OPC技术，与Windows应用程序问进行数据交换，从而实5oPC接口开发现本地控制单元与上位机之间数据和信息共享，为用户提供更为监控软件只有通过OPC才能访问OPCServer，当监控软件采集中的数据操作环境，实现信息集中管理，并向上层系统提供开用VB6．0或者其他高级语言开发时，需要开发访问OPCServer放式数据库接口ODBC。的OPC接口。在此用VB6．0开发OPC的自动化接口。我们开数据采集系统可以实时显示液位、温度、PH值、COD值、BOD发OPC客服端的目的就是为了通过OPC服务器去访问现场设值，水的流量、变频器工作状态、手动自动遥控的状态等。它主要备，读取来自现场设备的实时数据，监控设备的工作状态，由于由登录管理模块、监控界面、报警、报表、数据库、预测模块、趋势、OPC客服端和服务器的接口标准都是符合OPC数据访问规范要系统帮助等模块组成。求，所以开发的客服端如果能够实现与某一个设备厂商提供的登录管理：根据建立权限制度，不同的用户设置不同的等级，OPC服务器的数据通信，那么其也能够与其他所有设备厂商提供防止不同用户越权使用，出现非法操作。监控界面：主要指系统的OPC服务器进行通信。的工艺流程，设备图，按系统的工艺流程编制的中文图形化人机(下转第52页)界面，便于操作员监视整个污水处理厂的情况，并且可方便地根ElectricaJAutomation37\n《电气自动化12011年第33卷第3期变流技术ConverterTechniques试验台系统完成如下本试验台成功的使用变频器取代发电机对电机进行出厂测控制：试，系统使用方便，性能稳定，节约能源。(1)恒频调压：空载及参考文献短路试验用。电压0％一[1]张国本，杨晓春．异步电机叠频法温升试验研究[J]东方电气评论，100％连续可调，在10％一2004，18(3)：156—157．[2]盛君，张敏．变频试验电源在电机试验中的应用[J]变流技术与电力100％，谐波电压因数小于牵引，2007，(5)．1．5％。[3]席惠，徐坤，曹大鹏，王得利，陈国呈．用变频器进行异步电机叠频法温(2)叠频试验：异步电升试验时气隙磁场的研究[J]．电机与控制应用，2009，36(9)：44—45．机的温升试验。[4]杨斌，李晓庆，吴亚旗．交流异步电机叠频法温升试验的探讨[J]．电(3)恒压调频：恒定电机技术，2009，(3)：49—50．压下，频率从3Hz一100Hz[5]金惟伟，邱毓鸿，等．GB／T21211—2007／1EC61986：2002等效负载法连续可调，最大320Hz。和叠加试验技术间接法确定旋转电机温升．(4)250kW变频电源图7电机试验台电路结构框图[6]马维林．用定子叠频法进行温升试验时被试电机的气隙磁场、损耗及能为容量<~250kW断续工作制电机做温升试验。温升[J]．中小型电机，2002(1)17—18．(5)能实现s1～s9工作制各种不同负载的型式试验。[7]施晓蓉，刘金泽．高压电机叠频温升试验方法及其数据采集研究．微(6)在断续式连续周期工作制(s3一s9)，给定信号为所设定电机，2008(7)：73—74．转矩，为每个起动周期、恒定负载运行时间提供所需的负载转矩，控制陪试电机在零至同步转速范围工作。具有转矩控制方式，可【作者简介】李岩，(1966一)，男，硕士，讲师；主要从事交流传动系统和交流变频电源的研究调整转矩大小，可按不同的运行程序，自动调整电机的转矩。(上接第37页)jServer=NothingOPC客服端开发过程：6结束语(1)安装由OPC基金会提供的动态链接库OPCDAAuto．dl1本文介绍了OPC技术开发的污水处理控制系统的结构和用文件；VB6．0开发访问OPC服务器的自动化接口的通用过程。实现了(2)在VB6．0里引用OPCAutomation2．0；RSView32和三种不同品牌PLC之间的通信以及污水处理参数的(3)创建一个OPC服务器对象，SetOhjServer=NewOPC—远程监控，及时掌握了污水水质变化趋势。如此保证了通讯网络Server；良好的兼容性和稳定性，实现了通讯的高速，并为生产工艺的进(4)连接一个OPC服务器，ObjServer．ConnectstrProgID，str-一步改进提供方便，同时通过OPC接口的开发，使得监控软件可Node；对OPC服务器的数据进行读写操作，提高了污水处理控制系统(5)添加一个OPC组集合，SetObjGroups=ObjServer．OPC—的开放性和管理水平，从而降低了控制系统的造价，减少了劳动Groups；强度，具有很好的经济效益和社会效益。(6)添加一个OPC组，SetObjTestGrp=ObjGroups．Add参考文献(“TestGrp”)；[1]日本OPC协会，OPC(中国)促进委员会．OPC应用程序入门(7)客服端有三种方式访问服务器的数据，分别是同步数[M]．2005．据读写、异步数据读写、订阅方式的数据采集。这里我们采用同[2]王华强，王超，蒋浩然．OPC接口技术在汽车驱动桥装配系统中的应用[J]．世界仪表与自动化，2008(7)．步数据读写，待OPC服务器对应的操作全部完成之后，OPC客服[3]李金城．PLC在城市污水处理中的应用[J]．PLC&FA，2005．1．程序才能返回，在这期间OPC客服程序一直处于等待状态。[4]刘克天．城市生活污水处理电气自控系统的设计与实现[D]．成都：同步读：Objltem．ReadOPCDevice，myValue，myQuality，myTimeS—西南交通大学电力系统及其自动化，2006．tamp[5]王东云，牛正光．基于CompactLogixPLC控制的污水处理系统[J]．电EditReadVal=myValue—气自动化，2008，30(1)：43—45．Edit—ReadQu=GetQualityText(myQuality)[6]吴妲．浅试软硬件中间件一0Pc技术[J]．计算机工程应用技术，EditReadTs=myTimeStamp2009，4．—[7]邓李．ControlLogix系统实用手册[M]．北京：机械工业出版社，同步写：OnErrorGoToErrorHandler2008．】．Setwerhandles(1)=ObjItem．ServerHandleMyValues(1)=Edit—WriteVal【作者简介】王树东(1965一)男，汉，山东青岛人，教授，主要从事计算ObjGroup．SyncWfite1，Serverhandles，MyValue，MyErrors机自动控制技术、智能检测技术的教学与应用研究工作。王红波Edit—WriteRes=ObjServer．GetErrorString(MyErrors(1))(1983一)男，汉，湖北荆州人，研究生，专业：模式识别与智能系统，研究方(8)断开OPC服务器的连接，ObjServer．DisconnectSetOb一向：智能控制与现场总线。52ElectricalAutomation