1 前言
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，污水處理已經(jīng)成為一個(gè)重要的行業(yè)，如何對(duì)排污企業(yè)排污量進(jìn)行監(jiān)控也成為一個(gè)重要的課題。
無(wú)錫市前洲鎮(zhèn)是一個(gè)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)重鎮(zhèn)，該鎮(zhèn)有三十余家印染企業(yè)，各企業(yè)污水都需要集中處理。為此，該鎮(zhèn)建立了污水管網(wǎng)，管網(wǎng)按地域分為11 個(gè)站，在印染企業(yè)進(jìn)入污水處理廠管道上安裝閥門、采樣裝置。通過采樣裝置采集各企業(yè)的平均化學(xué)耗氧量COD，結(jié)合累計(jì)流量對(duì)各企業(yè)收取排污費(fèi)。
該污水管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)采用電話線作為傳輸介質(zhì)，它具有安裝簡(jiǎn)單，傳輸可靠的特點(diǎn)。使用奧地利貝加萊公司PCC 作為監(jiān)測(cè)站監(jiān)控集中控制設(shè)備，PCC 除具有普通PLC 的控制特點(diǎn)外，還可以使用通用的調(diào)制解調(diào)器，可以編制自定義的通訊協(xié)議，具有很好的系統(tǒng)開放性和可擴(kuò)展性。
2 通訊方式及功能特點(diǎn)
監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)各現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制要求，確定程序控制的方式及實(shí)現(xiàn)的功能。參加控制的主要設(shè)備有：流量計(jì)、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電動(dòng)球閥、取樣泵等。
2.1 現(xiàn)場(chǎng)控制方式
現(xiàn)場(chǎng)控制方式采用程序自動(dòng)控制、就地手動(dòng)控制和遠(yuǎn)程手動(dòng)控制三種方式?，F(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)閥門在電氣上實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖。
程序自動(dòng)控制為正常的控制方式，現(xiàn)場(chǎng)PCC 根據(jù)設(shè)定要求，控制流量計(jì)對(duì)流量進(jìn)行計(jì)量，電動(dòng)球閥或取樣泵對(duì)污水進(jìn)行自動(dòng)采樣。
遠(yuǎn)程手動(dòng)控制方式可以讓運(yùn)行人員在污水處理廠控制室對(duì)各現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備作單獨(dú)的操作。在計(jì)算機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備撥號(hào)連通的情況下，設(shè)定自動(dòng)采樣或手動(dòng)采樣一次，采樣時(shí)間間隔可以設(shè)定；控制電動(dòng)閥門開啟、關(guān)閉；對(duì)現(xiàn)場(chǎng)PCC 校時(shí)；采集現(xiàn)場(chǎng)流量數(shù)據(jù)及設(shè)備工作狀態(tài)。
2.2 管理監(jiān)控功能
在中心監(jiān)控室CRT 上對(duì)11 個(gè)監(jiān)測(cè)站進(jìn)行巡檢或定點(diǎn)監(jiān)測(cè)，可以采集到現(xiàn)場(chǎng)11 個(gè)監(jiān)測(cè)站的流量、設(shè)備工作狀態(tài)，并顯示該監(jiān)測(cè)站某廠瞬時(shí)流量、某廠日累計(jì)流量、超過設(shè)定日累計(jì)流量報(bào)警、閥門開啟狀態(tài)、閥門故障狀態(tài)、采樣狀態(tài)、現(xiàn)場(chǎng)電源狀態(tài)、現(xiàn)場(chǎng)手/自動(dòng)狀態(tài)等。
根據(jù)某廠是否超過設(shè)定日累計(jì)流量設(shè)定，由運(yùn)行人員通知有關(guān)管理人員決定是否對(duì)該廠管道上的閥門遠(yuǎn)程遙控關(guān)閉，切斷流量。
根據(jù)管理人員要求，運(yùn)行人員對(duì)各監(jiān)測(cè)站的采樣時(shí)間間隔進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定24 小時(shí)自動(dòng)采樣或手動(dòng)采樣一次。
在模擬屏上顯示廠區(qū)平面圖和現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)廠的排水情況。
2.3 遠(yuǎn)程通訊功能
現(xiàn)場(chǎng)PCC 和中心監(jiān)控室通過電話線和調(diào)制解調(diào)器通訊。
系統(tǒng)由中心監(jiān)控室和11 個(gè)監(jiān)測(cè)站組成，結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。
圖1 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)控制設(shè)備采用PCC 控制器，與中心監(jiān)控室通訊發(fā)送數(shù)據(jù)（日累計(jì)流量、閥門狀態(tài)），并具有故障報(bào)警、自動(dòng)撥號(hào)等功能。
中心監(jiān)控室使用PCC 控制器作為主站，實(shí)現(xiàn)和現(xiàn)場(chǎng)通訊。同時(shí)通過RS232 口控制模擬屏的顯示，監(jiān)控計(jì)算機(jī)和PCC 控制器通訊，顯示各種數(shù)據(jù)、畫面，實(shí)現(xiàn)報(bào)表處理。
通訊協(xié)議：由于PCC 控制器具有開放性的編程方式，采用了自定義的協(xié)議。定義了包含現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)，中心控制命令的協(xié)議。
使用兩臺(tái)調(diào)制解調(diào)器，考慮到通訊站點(diǎn)較多，一臺(tái)用于發(fā)布主站通訊命令，另一臺(tái)用于獲取現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警，從而保證了通訊的暢通。
3 系統(tǒng)配置
3.1 控制器選型
從可靠性、上位機(jī)接口、遠(yuǎn)程通訊功能及計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)等多方面考慮采用奧地利貝加萊公司的PCC 控制器。
其中主站使用存儲(chǔ)容量較大的2003 系列CP476，該控制器自帶1 個(gè)RS232 接口，用來編程和上位機(jī)通訊使用；再擴(kuò)展3 個(gè)IF311 分別用來和兩個(gè)調(diào)制解調(diào)器，1 個(gè)模擬屏通訊。
現(xiàn)場(chǎng)控制器采用2003 系列CP474，該控制器自帶1 個(gè)RS232 接口，通過該接口和調(diào)制解調(diào)器通訊。
3.2 組態(tài)軟件
使用美國(guó)Iconics 公司的Genesis 組態(tài)軟件。
計(jì)算機(jī)通過使用奧地利貝加萊公司的OPC 軟件和Genesis 軟件實(shí)現(xiàn)畫面顯示、報(bào)警、報(bào)表等上位機(jī)功能。
3.3 模擬屏
采用馬賽克拼塊式模擬屏，顯示單元為L(zhǎng)ED、旋轉(zhuǎn)燈和數(shù)顯表。
當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)某廠瞬時(shí)流量大于零時(shí)，LED 燈顯示為綠色；當(dāng)瞬時(shí)流量為零時(shí)，LED 燈顯示為紅色。
當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行時(shí)，旋轉(zhuǎn)燈開始旋轉(zhuǎn)，設(shè)備停止時(shí)，旋轉(zhuǎn)燈停止旋轉(zhuǎn)。
數(shù)顯表顯示日累計(jì)流量。
4 Modem 的通訊控制
(1) 報(bào)文
該系統(tǒng)的通訊協(xié)議是自定義的通訊協(xié)議。
本設(shè)計(jì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單位是數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度是可伸縮的，包的結(jié)構(gòu)如下：
發(fā)送的數(shù)據(jù)分別包括3 個(gè)字節(jié)的幀頭和幀尾，以保證每次接收端都可以收到正確的報(bào)文。
(2) Modem 的選型
所有Modem 使用兼容賀氏指令集的聯(lián)想射雕通用型調(diào)制解調(diào)器。
(3) Modem 通訊控制
Modem通過AT 指令控制它在在線狀態(tài)、命令狀態(tài)、離線狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。
(4) 通訊握手
在Modem 數(shù)據(jù)在線狀態(tài)下，進(jìn)行數(shù)據(jù)握手。在該系統(tǒng)中中心監(jiān)控室的PCC 和現(xiàn)場(chǎng)PCC 都可以是通訊主站或通訊從站。當(dāng)中心監(jiān)控室發(fā)布命令時(shí)，中心監(jiān)控室的PCC 是通訊主站；當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)PCC 報(bào)警時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)的PCC 是通訊主站；各PCC 都處于待撥狀態(tài)，等候被呼叫。
當(dāng)數(shù)據(jù)在線狀態(tài)下，PCC 分析獲取的數(shù)據(jù)，并分析是否為正確的報(bào)文；當(dāng)報(bào)文正確時(shí)分析功能碼執(zhí)行操作。
5 上位機(jī)的操作界面
管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)操作界面如圖2 所示，可實(shí)現(xiàn)如下功能。
在有系統(tǒng)報(bào)警時(shí)，畫面上可以顯示如下畫面：
當(dāng)按對(duì)應(yīng)報(bào)警時(shí)，可確認(rèn)解除報(bào)警。
系統(tǒng)接受如下報(bào)警：現(xiàn)場(chǎng)電源故障；閥門故障；流量超限；廠區(qū)反應(yīng)池pH 超限（在場(chǎng)區(qū)畫面上可以設(shè)定報(bào)警范圍）；停風(fēng)機(jī)；停閥門。
在如圖2 所示的畫面上可以在定點(diǎn)監(jiān)測(cè)時(shí)操作現(xiàn)場(chǎng)采樣閥：
圖2 一號(hào)監(jiān)測(cè)站監(jiān)控界面
在如圖3 所示的畫面中可以設(shè)定現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)/自動(dòng)采樣及采樣時(shí)間間隔。
圖3 設(shè)定畫面
先修改采樣時(shí)間間隔后，設(shè)置采樣間隔，再設(shè)置手動(dòng)采樣/自動(dòng)采樣，發(fā)布開始采樣命令。
圖4 設(shè)定畫面
采樣閥的操作：分為手動(dòng)采樣、自動(dòng)采樣。所有采樣命令必須在定點(diǎn)監(jiān)測(cè)時(shí)發(fā)出，手動(dòng)采樣時(shí)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備只采集一次；自動(dòng)采樣時(shí)每隔兩個(gè)小時(shí)采樣一次，共采樣一天，共12 次。
高級(jí)命令菜單（圖4）
[巡檢命令]：巡檢現(xiàn)場(chǎng)11 個(gè)泵站的實(shí)時(shí)狀態(tài)，后面的按鈕可以設(shè)定是否巡檢該站。
[日巡檢次數(shù)]：設(shè)定每天的巡檢次數(shù)，巡檢間隔時(shí)間計(jì)算方法24/日巡檢次數(shù)。
[昨日?qǐng)?bào)表命令]：采集現(xiàn)場(chǎng)11 個(gè)泵站的昨日日累計(jì)流量，是否采集由設(shè)置巡檢站狀態(tài)決定。
[從站校時(shí)]：用主PCC 時(shí)間設(shè)定現(xiàn)場(chǎng)PCC 時(shí)間。
[刷新模擬屏]：強(qiáng)制刷新模擬屏一次。
[熱啟動(dòng)]：主PCC 重新開始運(yùn)行。
[冷啟動(dòng)]：主PCC 重新開始運(yùn)行，并清
