前洲污水管网监控系统

摘要：介绍了奥地利贝加莱公司PCC 控制器在无锡市前洲镇污水管网电话线远程监控中的应用。
关键词：PCC；远程控制系统
Abstract: This paper introduces the application of PCC in the control system of Qianzhou sewage network.
Key words: PCC；remote control system
   1 前言
       随着我国经济的快速发展，污水处理已经成为一个重要的行业，如何对排污企业排污量进行监控也成为一个重要的课题。
       无锡市前洲镇是一个经济发达重镇，该镇有三十余家印染企业，各企业污水都需要集中处理。为此，该镇建立了污水管网，管网按地域分为11 个站，在印染企业进入污水处理厂管道上安装阀门、采样装置。通过采样装置采集各企业的平均化学耗氧量COD，结合累计流量对各企业收取排污费。
该污水管网监控系统采用电话线作为传输介质，它具有安装简单，传输可靠的特点。使用奥地利贝加莱公司PCC 作为监测站监控集中控制设备，PCC 除具有普通PLC 的控制特点外，还可以使用通用的调制解调器，可以编制自定义的通讯协议，具有很好的系统开放性和可扩展性。
   2 通讯方式及功能特点
       监控系统根据各现场设备的控制要求，确定程序控制的方式及实现的功能。参加控制的主要设备有：流量计、电动调节阀、电动球阀、取样泵等。
     2.1 现场控制方式
       现场控制方式采用程序自动控制、就地手动控制和远程手动控制三种方式。现场电动阀门在电气上实现联锁。
       程序自动控制为正常的控制方式，现场PCC 根据设定要求，控制流量计对流量进行计量，电动球阀或取样泵对污水进行自动采样。
       远程手动控制方式可以让运行人员在污水处理厂控制室对各现场设备作单独的操作。在计算机和现场设备拨号连通的情况下，设定自动采样或手动采样一次，采样时间间隔可以设定；控制电动阀门开启、关闭；对现场PCC 校时；采集现场流量数据及设备工作状态。
     2.2 管理监控功能
       在中心监控室CRT 上对11 个监测站进行巡检或定点监测，可以采集到现场11 个监测站的流量、设备工作状态，并显示该监测站某厂瞬时流量、某厂日累计流量、超过设定日累计流量报警、阀门开启状态、阀门故障状态、采样状态、现场电源状态、现场手/自动状态等。
       根据某厂是否超过设定日累计流量设定，由运行人员通知有关管理人员决定是否对该厂管道上的阀门远程遥控关闭，切断流量。
根据管理人员要求，运行人员对各监测站的采样时间间隔进行设定，设定24 小时自动采样或手动采样一次。
       在模拟屏上显示厂区平面图和现场各个厂的排水情况。
     2.3 远程通讯功能
       现场PCC 和中心监控室通过电话线和调制解调器通讯。
       系统由中心监控室和11 个监测站组成，结构图如图1 所示。

图1 监控系统结构图
         现场自动控制设备采用PCC 控制器，与中心监控室通讯发送数据（日累计流量、阀门状态），并具有故障报警、自动拨号等功能。
       中心监控室使用PCC 控制器作为主站，实现和现场通讯。同时通过RS232 口控制模拟屏的显示，监控计算机和PCC 控制器通讯，显示各种数据、画面，实现报表处理。
       通讯协议：由于PCC 控制器具有开放性的编程方式，采用了自定义的协议。定义了包含现场状态，中心控制命令的协议。
       使用两台调制解调器，考虑到通讯站点较多，一台用于发布主站通讯命令，另一台用于获取现场报警，从而保证了通讯的畅通。
   3 系统配置
     3.1 控制器选型
       从可靠性、上位机接口、远程通讯功能及计算机联网等多方面考虑采用奥地利贝加莱公司的PCC 控制器。
       其中主站使用存储容量较大的2003 系列CP476，该控制器自带1 个RS232 接口，用来编程和上位机通讯使用；再扩展3 个IF311 分别用来和两个调制解调器，1 个模拟屏通讯。
       现场控制器采用2003 系列CP474，该控制器自带1 个RS232 接口，通过该接口和调制解调器通讯。
     3.2 组态软件
使用美国Iconics 公司的Genesis 组态软件。
计算机通过使用奥地利贝加莱公司的OPC 软件和Genesis 软件实现画面显示、报警、报表等上位机功能。
     3.3 模拟屏
       采用马赛克拼块式模拟屏，显示单元为LED、旋转灯和数显表。
       当现场某厂瞬时流量大于零时，LED 灯显示为绿色；当瞬时流量为零时，LED 灯显示为红色。
       当现场设备运行时，旋转灯开始旋转，设备停止时，旋转灯停止旋转。
       数显表显示日累计流量。
   4 Modem 的通讯控制
     （1） 报文
       该系统的通讯协议是自定义的通讯协议。
       本设计传输的数据单位是数据包，数据包长度是可伸缩的，包的结构如下：
       发送的数据分别包括3 个字节的帧头和帧尾，以保证每次接收端都可以收到正确的报文。

     （2） Modem 的选型
       所有Modem 使用兼容贺氏指令集的联想射雕通用型调制解调器。
     （3） Modem 通讯控制
       Modem通过AT 指令控制它在在线状态、命令状态、离线状态之间转换。
     （4） 通讯握手
       在Modem 数据在线状态下，进行数据握手。在该系统中中心监控室的PCC 和现场PCC 都可以是通讯主站或通讯从站。当中心监控室发布命令时，中心监控室的PCC 是通讯主站；当现场PCC 报警时，现场的PCC 是通讯主站；各PCC 都处于待拨状态，等候被呼叫。
       当数据在线状态下，PCC 分析获取的数据，并分析是否为正确的报文；当报文正确时分析功能码执行操作。
   5 上位机的操作界面
       管网监控系统操作界面如图2 所示，可实现如下功能。
       在有系统报警时，画面上可以显示如下画面：

       当按对应报警时，可确认解除报警。
       系统接受如下报警：现场电源故障；阀门故障；流量超限；厂区反应池pH 超限（在场区画面上可以设定报警范围）；停风机；停阀门。
       在如图2 所示的画面上可以在定点监测时操作现场采样阀：

图2 一号监测站监控界面
       在如图3 所示的画面中可以设定现场手动/自动采样及采样时间间隔。

图3 设定画面
         先修改采样时间间隔后，设置采样间隔，再设置手动采样/自动采样，发布开始采样命令。

图4 设定画面
         采样阀的操作：分为手动采样、自动采样。所有采样命令必须在定点监测时发出，手动采样时现场设备只采集一次；自动采样时每隔两个小时采样一次，共采样一天，共12 次。
       高级命令菜单（图4）
       [巡检命令]：巡检现场11 个泵站的实时状态，后面的按钮可以设定是否巡检该站。
       [日巡检次数]：设定每天的巡检次数，巡检间隔时间计算方法24/日巡检次数。
       [昨日报表命令]：采集现场11 个泵站的昨日日累计流量，是否采集由设置巡检站状态决定。
       [从站校时]：用主PCC 时间设定现场PCC 时间。
       [刷新模拟屏]：强制刷新模拟屏一次。
       [热启动]：主PCC 重新开始运行。
       [冷启动]：主PCC 重新开始运行，并清除所有缓存。
   6 结语
       系统投入运行，使该污水处理厂的工作人员工作强度大大减轻，从原先的三十多个厂定期采样，抄表改进为现在的自动采样，自动抄表。污水处理厂获取了每个平均COD 数据，流量数据，大大提高了该厂的经济效益和服务水平。