CN102645914A - 一种污水处理厂的多级环网控制的架构及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种污水处理厂的多级环网控制的架构及其实现方法，所述架构包括依次连接的管理设备、监控系统和数据传输设备，所述监控系统包括中央控制设备和PLC控制设备；所述实现方法包括管理级建立步骤、监控级建立步骤和数据传输级建立步骤。本发明通过建立由管理设备、监控系统和数据传输设备组成的三级数据通讯网络，将原有的多个区域控制系统和新建的控制系统集成为一个系统，将不同的控制站，不同的PLC站都集成到了新的中央控制设备中，真正实现了“一站式”的控制条件，从而让操作员免于繁琐的站点间的奔波和复杂的协调方式，也让操作员解放双手，真正实现了中央集成控制的工业自动化，大大提高了控制效率与处理效果。

Description

一种污水处理厂的多级环网控制的架构及其实现方法

技术领域

本发明涉及一种污水处理厂的多级环网控制的架构及其控制方法。

背景技术

众所周知，污水处理厂的运行对城市的污水处理和江河污染的整治起着至关重要的作用。对污水排放的控制效率和对不同水量和水质状态的控制是污水处理的关键。如何在第一时间发现情况，作出判断并及时进行控制及处理，保证水量排放及水质达标是运营控制部门迫切需要解决的问题。但是，由于污水厂的系统的集成度不高，各个区域控制站互相不能监控，操作人员只能对单个区域系统进行中央监控，各个区域控制站又都在整个污水处理工艺流程中占举足轻重的位置，起相互相承的作用，所以仅仅依靠在各个区域控制站发现问题后才互相通知和协调，不能够在第一时间有效的控制突发情况，若情况互通不明确时，会对整个污水处理工艺造成严重影响。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种污水处理厂的多级环网控制的架构及其实现方法，以实现对整个污水处理厂数据的实时采集、监控与管理。

本发明之一所述的一种污水处理厂的多级环网控制的架构，包括依次连接的管理设备、监控系统和数据传输设备，所述监控系统包括中央控制设备和PLC控制设备，

所述管理设备包括若干无线AP，且所述若干无线AP(Access Point，接入点)通过天线形成一覆盖所述污水处理厂的无线以太网网络；

所述中央控制设备包括一以太网交换机、分别与该以太网交换机连接的一周界报警设备、一摄像设备、一电力监控工作设备、若干台操作设备、一查询设备、一主服务器和一从服务器、一同时与所述周界报警设备、摄像设备和电力监控工作设备连接的预处理中央控制器以及一与所述从服务器连接的数据库服务器，其中，所述主服务器和从服务器连接，且互为冗余；

所述PLC控制设备包括分别连接在一第一光纤环网上的若干个控制站PLC和一电力监控设备以及分别连接在一第二光纤环网上的一出口泵站区域控制站PLC、一预处理厂区域控制站PLC、一加药间区域控制站PLC、一高效沉淀池现场控制站PLC、一电力现场控制站PLC、一脱水机房现场控制站PLC和一中水回用现场控制站PLC，所述主服务器和从服务器均同时连接在所述第一光纤环网和第二光纤环网上；

所述数据传输设备包括用于连接所述控制站PLC和外围设备、仪表以及电力系统的现场总线和I/O数据传输电缆。

在上述的污水处理厂的多级环网控制的架构中，所述控制站PLC的个数为21个，其中，2个为出水现场控制子站PLC，剩余的19个为现场控制站PLC，且所述的两个出水现场控制子站PLC分别通过现场总线和Devicenet(设备网)总线与所述的两个现场控制站PLC连接。

本发明之二所述的一种污水处理厂的多级环网控制架构的实现方法，所述污水处理厂设有中央控制室、若干控制站以及综合楼，其中，所述中央控制室内设有若干监控计算机，所述控制站分别设置在已建工程、升级改造工程和扩建工程中，且所述控制站均采用PLC控制方式，所述的实现方法包括下列步骤，

管理级建立步骤，分别在所述中央控制室、若干控制站以及综合楼内设置无线AP，并通过天线建立覆盖所述污水处理厂的无线以太网网络；

监控级建立步骤，建立连接所述若干监控计算机和若干控制站的第一光纤环网及第二光纤环网；

数据传输级建立步骤，排布连接所述设置在已建工程中的控制站和外围设备、仪表以及电力系统的现场总线及I/O数据传输电缆。

在上述的污水处理厂的多级环网控制架构的实现方法中，所述监控级建立步骤包括中央控制级建立步骤和PLC控制级建立步骤，

所述中央控制级建立步骤，将所述监控计算机与两个互为冗余的主、从服务器连接，并将所述主、从服务器同时挂接在所述第一光纤环网和第二光纤环网上，将一数据库服务器与所述从服务器连接；

所述PLC控制级建立步骤，将所述设置在已建工程中的控制站的PLC挂接在所述的第一光纤环网上，将所述设置在升级改造工程和扩建工程中控制站的PLC挂接在所述的第二光纤环网上。

在上述的污水处理厂的多级环网控制架构的实现方法中，在所述中央控制级建立步骤中，所述监控计算机通过一以太网交换机与所述主、从服务器连接。

在上述的污水处理厂的多级环网控制架构的实现方法中，在所述PLC控制级建立步骤中还包括将一电力监控设备挂接在所述的第一光纤环网上。

在上述的污水处理厂的多级环网控制架构的实现方法中，所述若干监控计算机分为周界报警设备、摄像设备、电力监控工作设备、若干操作设备、查询设备和预处理中央控制器。

在上述的污水处理厂的多级环网控制架构的实现方法中，所述设置在已建工程中的控制站的个数为21个，其中，2个为出水现场控制子站，剩余的19个为现场控制站，且所述的两个出水现场控制子站分别通过现场总线和Devicenet总线与所述的两个现场控制站连接。

在上述的污水处理厂的多级环网控制架构的实现方法中，所述设置在升级改造工程和扩建工程中的控制站分为出口泵站区域控制站、预处理厂区域控制站、加药间区域控制站、高效沉淀池现场控制站、电力现场控制站、脱水机房现场控制站和中水回用现场控制站。

由于采用了上述的技术解决方案，本发明通过建立由管理设备、监控系统和数据传输设备组成的三级数据通讯网络，将原有的多个区域控制系统和新建的控制系统集成为一个系统，将不同的控制站，不同的PLC站都集成到了新的中央控制设备中，真正实现了“一站式”的控制条件，从而让操作员免于繁琐的站点间的奔波和复杂的协调方式，也让操作员解放双手，真正实现了中央集成控制的工业自动化，大大提高了控制效率与处理效果。

附图说明

图1是本发明一种污水处理厂的多级环网控制的架构的结构示意图；

图2是本发明一种污水处理厂的多级环网控制的架构的分解示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施例进行详细说明。

如图1所示，本发明一种污水处理厂的多级环网控制的架构，它包括依次连接的管理设备1、监控系统2和数据传输设备3，其中，监控系统2包括中央控制设备201和PLC控制设备202。

管理设备1包括若干无线AP11，且这些无线AP11通过天线建立基于IEEE802.11g/b标准的覆盖整个污水处理厂的无线以太网网络，以实现无线客户端或工程师站在现场接入有线网络，进行维护或查看相关生产信息，从而有效提高工作效率；

中央控制设备201包括以太网交换机20、分别与该以太网交换机20连接的周界报警设备21、摄像设备22、电力监控工作设备23、若干台操作设备24、查询设备25(用于查询报表、报警、历史曲线)、主服务器26和从服务器27、同时与周界报警设备21、摄像设备22和电力监控工作设备23连接的预处理中央控制器28以及与从服务器27连接的数据库服务器29，其中，主服务器26和从服务器27连接，且互为冗余；

PLC控制设备202包括分别连接在第一光纤环网30上的若干个控制站PLC和电力监控设备32以及分别连接在第二光纤环网31上的出口泵站区域控制站PLC33、预处理厂区域控制站PLC34、加药间区域控制站PLC35、高效沉淀池现场控制站PLC36、电力现场控制站PLC37、脱水机房现场控制站PLC38和中水回用现场控制站PLC39，在本实施例中，控制站PLC的个数为21个，其中，2个为出水现场控制子站PLC40，剩余的19个为现场控制站PLC41，且这两个出水现场控制子站PLC40分别通过现场总线和Devicenet总线与任意两个现场控制站PLC41连接；另外，主服务器26和从服务器27均同时连接在第一光纤环网30和第二光纤环网31上；

数据传输设备3包括用于连接控制站PLC和外围设备、仪表以及电力系统4的现场总线和I/O数据传输电缆。

下面对污水处理厂的多级环网控制架构的具体实现方法进行详细说明。

污水处理厂设有中央控制室、若干控制站以及综合楼，其中，中央控制室内设有若干监控计算机，这些监控计算机可以分为周界报警设备21、摄像设备22、电力监控工作设备23、若干操作设备24、查询设备25和预处理中央控制器28；控制站均采用PLC控制方式，它们分别设置在已建工程、升级改造工程和扩建工程中，具体来说，设置在已建工程中的控制站的个数为21个，其中2个为出水现场控制子站，剩余的19个为现场控制站，且两个出水现场控制子站分别通过现场总线和Devicenet总线与两个现场控制站连接；设置在升级改造工程和扩建工程中的控制站分为出口泵站区域控制站、预处理厂区域控制站、加药间区域控制站、高效沉淀池现场控制站、电力现场控制站(6KV)、脱水机房现场控制站和中水回用现场控制站。

上述污水处理厂的多级环网控制架构的实现方法包括下列步骤：

管理级建立步骤，采用无线以太网技术，分别在中央控制室、若干控制站以及综合楼内设置无线AP11，并通过天线建立覆盖整个污水处理厂的无线以太网网络；

监控级建立步骤，采用双环网结构，建立连接若干监控计算机和若干现场控制站的第一光纤环网30及第二光纤环网31，这种监控级网络能处理实时的现场信息，具有协议简单、容错性强、安全可靠等特征；具体来说，监控级建立步骤包括中央控制级建立步骤和PLC控制级建立步骤，其中，

中央控制级建立步骤，将监控计算机通过以太网交换机20与两个互为冗余的主、从服务器26、27连接，并将主、从服务器26、27同时挂接在第一光纤环网30和第二光纤环网31上，将数据库服务器29与从服务器27连接；

PLC控制级建立步骤，将设置在已建工程中的控制站的PLC，即2个出水现场控制子站PLC40和19个现场控制站PLC41挂接在第一光纤环网30上，且第一光纤环网30上还挂接电力监控设备32(35KV)；将设置在升级改造工程和扩建工程中的控制站的PLC，即出口泵站区域控制站PLC33、预处理厂区域控制站PLC34、加药间区域控制站PLC35、高效沉淀池现场控制站PLC36、电力现场控制站PLC37、脱水机房现场控制站PLC38和中水回用现场控制站PLC39挂接在第二光纤环网31上。

数据传输级建立步骤，排布连接设置在已建工程中的控制站和外围设备、仪表以及电力系统4的现场总线及I/O数据传输电缆，以保证控制站PLC与各设备、仪表以及电力系统4的数据传输。

本发明中的中央控制设备201实现的主要功能是：

1、通过通讯系统采集到各个站点的设备工作状态和各种与调度、控制有关的工艺参数，根据整个系统的运转情况，进行统一调配、控制；

2、对整个污水处理厂的被控设备进行监测、控制，对各控制站的PLC的参数进行设定和修改；

3、移植原中央监控系统全部功能，实现对一期工程所有设备的监控；

4、具有数据处理、管理功能，即建立生产历史数据库、存储生产原始数据，供统计分析使用，利用在线数据和数据库中的历史数据进行分析统计，并能在故障恢复时，补齐数据。

本发明中的第一光纤环网30以及挂接在其上PLC实现了采集生产现场的各种数据，自动完成污水处理厂各工段设备的自动控制，完成对生产工艺设备的故障监测、故障报警等目的，且这些PLC将采集到的数据通过第一光纤环网30与数据库服务器29进行数据交换；挂接在第二光纤环网31上的出口泵站区域控制站PLC33、预处理厂区域控制站PLC34和加药间区域控制站PLC35、高效沉淀池现场控制站PLC36、电力现场控制站PLC37、脱水机房现场控制站PLC38以及中水回用现场控制站PLC39进行数据交换，这些数据经过软件编译并最终通过以太网汇总到数据库服务器29。

本发明中，无线AP11采用的是MOXA AWK-1100型工业级无线以太网AP；以太网交换机21采用的是MOXA EDS-508A-MM-SC工业以太网交换机，它支持光纤冗余环路，且自愈时间小于20ms，从而能提供工业级的可靠性；周界报警设备21、摄像设备22、电力监控工作设备23、若干操作设备24(可以在操作设备24中添加无线网卡，将原先由以太网网线连接替代为由无线连接进行数据通讯)、查询设备25和预处理中央控制器28均采用DELL的AW-T3400n工作站；主服务器26、从服务器27和数据库服务器29均采用DELL的AS-PE2900服务器；第一光纤环网30、第二光纤环网31均采用的是基于IEEE802.3标准总线形式的100M工业以太网光纤环网；设置在已建工程中的21个控制站PLC，即2个为出水现场控制子站PLC40和19个为现场控制站PLC41均采用AB的5000系列PLC，即罗克韦尔公司生产的PLC产品，设置在升级改造工程和扩建工程中的控制站PLC，即出口泵站区域控制站PLC33和预处理厂区域控制站PLC34均采用GE的9030系列PLC，而加药间区域控制站PLC35、高效沉淀池现场控制站PLC36、电力现场控制站PLC37、脱水机房现场控制站PLC38和中水回用现场控制站PLC39均采用西门子公司生产的S400PLC产品；数据传输设备3由控制站至自带通讯口设备控制箱、现场子站基于IEC61158标准的型号为RS485的现场总线以及常规I/O数据传输电缆组成。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种污水处理厂的多级环网控制的架构，其特征在于，所述架构包括依次连接的管理设备、监控系统和数据传输设备，所述监控系统包括中央控制设备和PLC控制设备，

所述管理设备包括若干无线AP，且所述若干无线AP通过天线形成一覆盖所述污水处理厂的无线以太网网络；

所述中央控制设备包括一以太网交换机、分别与该以太网交换机连接的一周界报警设备、一摄像设备、一电力监控工作设备、若干台操作设备、一查询设备、一主服务器和一从服务器、一同时与所述周界报警设备、摄像设备和电力监控工作设备连接的预处理中央控制器以及一与所述从服务器连接的数据库服务器，其中，所述主服务器和从服务器连接，且互为冗余；

所述PLC控制设备包括分别连接在一第一光纤环网上的若干个控制站PLC和一电力监控设备以及分别连接在一第二光纤环网上的一出口泵站区域控制站PLC、一预处理厂区域控制站PLC、一加药间区域控制站PLC、一高效沉淀池现场控制站PLC、一电力现场控制站PLC、一脱水机房现场控制站PLC和一中水回用现场控制站PLC，所述主服务器和从服务器均同时连接在所述第一光纤环网和第二光纤环网上；

所述数据传输设备包括用于连接所述控制站PLC和外围设备、仪表以及电力系统的现场总线和I/O数据传输电缆。

2.根据权利要求1所述的污水处理厂的多级环网控制的架构，其特征在于，所述控制站PLC的个数为21个，其中，2个为出水现场控制子站PLC，剩余的19个为现场控制站PLC，且所述的两个出水现场控制子站PLC分别通过现场总线和Devicenet总线与所述的两个现场控制站PLC连接。

3.一种污水处理厂的多级环网控制架构的实现方法，所述污水处理厂设有中央控制室、若干控制站以及综合楼，其中，所述中央控制室内设有若干监控计算机，所述控制站分别设置在已建工程、升级改造工程和扩建工程中，且所述控制站均采用PLC控制方式，其特征在于，所述的实现方法包括下列步骤，

管理级建立步骤，分别在所述中央控制室、若干控制站以及综合楼内设置无线AP，并通过天线建立覆盖所述污水处理厂的无线以太网网络；

监控级建立步骤，建立连接所述若干监控计算机和若干控制站的第一光纤环网及第二光纤环网；

数据传输级建立步骤，排布连接所述设置在已建工程中的控制站和外围设备、仪表以及电力系统的现场总线及I/O数据传输电缆。

4.根据权利要求3所述的污水处理厂的多级环网控制架构的实现方法，其特征在于，所述监控级建立步骤包括中央控制级建立步骤和PLC控制级建立步骤，

所述中央控制级建立步骤，将所述监控计算机与两个互为冗余的主、从服务器连接，并将所述主、从服务器同时挂接在所述第一光纤环网和第二光纤环网上，将一数据库服务器与所述从服务器连接；

所述PLC控制级建立步骤，将所述设置在已建工程中的控制站的PLC挂接在所述的第一光纤环网上，将所述设置在升级改造工程和扩建工程中控制站的PLC挂接在所述的第二光纤环网上。

5.根据权利要求4所述的污水处理厂的多级环网控制架构的实现方法，其特征在于，在所述中央控制级建立步骤中，所述监控计算机通过一以太网交换机与所述主、从服务器连接。

6.根据权利要求4所述的污水处理厂的多级环网控制架构的实现方法，其特征在于，在所述PLC控制级建立步骤中还包括将一电力监控设备挂接在所述的第一光纤环网上。

7.根据权利要求3或4所述的污水处理厂的多级环网控制架构的实现方法，其特征在于，所述若干监控计算机分为周界报警设备、摄像设备、电力监控工作设备、若干操作设备、查询设备和预处理中央控制器。

8.根据权利要求4所述的污水处理厂的多级环网控制架构的实现方法，其特征在于，所述设置在已建工程中的控制站的个数为21个，其中，2个为出水现场控制子站，剩余的19个为现场控制站，且所述的两个出水现场控制子站分别通过现场总线和Devicenet总线与所述的两个现场控制站连接。

9.根据权利要求4所述的污水处理厂的多级环网控制架构的实现方法，其特征在于，所述设置在升级改造工程和扩建工程中的控制站分为出口泵站区域控制站、预处理厂区域控制站、加药间区域控制站、高效沉淀池现场控制站、电力现场控制站、脱水机房现场控制站和中水回用现场控制站。

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