OPC技术在城市污水处理控制系统中的应用研究

赵芳

摘要：目前，污水处理工程越來越受到人们的重视，加之工业自动化水平的逐步提高及计算机技术的广泛应用，人们对于控制系统的通用性及灵活性的要求也越来越高。为了确保污水处理自动控制系统得以持续稳定的运行，设计一套基于OPC技术的污水处理控制系统尤为必要。基于此，笔者结合工程实例，重点论述了OPC技术在城市污水处理控制系统中的应用。

关键词：OPC技术；城市污水处理；控制系统；应用研究

一、OPC技术概述

通常企业会选用不同厂家的硬件设备用于控制系统中，但是不同厂商所生产的设备之间的通讯协议是不兼容的，这样就导致通讯相对比较复杂。作为自动化系统的厂商则希望能够将不同厂家的软硬件产品集成到一起，实现不同厂家设备之间的相互通信及相互操作，并且能够将工业现场的数据从车间直接汇入到企业整个信息系统之中。因此，企业在综合自动化的过程中更加关注实时数据的有效、可靠、实时及高效的获取。OPC技术就是在这种时代背景之下产生的。OPC（OLE（Object Linking and Embedding）for Process Control，一一用于过程控制的OLE）作为软硬件的一个中间件，就能够解决上述所出现的问题，其为工业数据通讯提供了一种标准。

OPC技术是在微软的OLE/COM技术的基础之上发展而来的一项技术规范及标准，其主要运用的是Client/Server模型，该模式具有语言无关性、易于集成性及代码重用性等特点，同时其明确了一组COM对象和其双接口的定义。OPC的服务器同时也可以成为OPC的数据源，其数据的使用者主要是OPC应用程序。PLC、DCS及条形码读取器等控制设备均可以作为数据源，且其他的应用程序或者是数据库也可以作为数据源。针对不同构成的控制系统，OPC服务器不仅可以是和OPC应用程序在同一台计算机上运行的本地的OPC服务器，还可以是在其他计算机上运行的远程的OPC服务器。一个客户程序能够同时和一个或者是多个厂商提供的OPC服务器进行连接。

OPC技术的诞生主要是为了解决现场管理层和过程管理之间的通信标准而设计的一种标准或者是规范，它为过程管理客户端和现场数据源之间进行通信提供了一种标准模式。作为硬件生产厂商，主要的任务是开发设备数据的访问接口，也就是数据的采集端口，并称之为OPC Server，该部分封装了针对具体硬件设备的数据通信逻辑，提供标准的OPC接口供客户访问，从而完全实现了软/硬件的隔离。而由软件开发商来负责创建服务器的对象及访问服务器所支持的接口，即客户程序端，视为OPC Client。

二、应用实例

（一）污水处理工艺

某城区的污水处理主要采取一级处理和二级处理两种处理工艺。一级处理主要是运用物理法将污水中的悬浮物及部分的有机物取出，具体做法如下：首先将管网中的污水排放到控制井中，进而有效条件污水量和水质，确保污水的处理时限稳定平衡的运转。接着分别利用粗细格栅来截阻颗粒较大的悬浮物。最后利用重力分离的原理，在沉砂池中将污水中所包含的砂粒及矿渣等无机颗粒进行分离，并利用吸砂机将沉砂吸出，再送至砂水分离器当中。

二级处理是基于一级处理的基础之上，主要是采取物化法将污水中的胶体和溶解性物质去除，其主要是采用CASS池工艺生化处理，CASS池包含了厌氧池、好氧池及沉淀池等。首先在厌氧区处理一级处理后的污水，利用厌氧池中的污泥来吸收污水当中的部分有害物质，然后将污水放进好氧池中，利用鼓风机来提供微生物所需要的氧气，并和池内的活性污泥进行混合成为混合液；接着在曝气池当中对其进行连续且充分的曝气；然后将污水放入沉淀池当中，沉淀之后的污泥流入污泥浓缩池当中进行处理，并将沉淀杂质比较少的上清液通过污泥回流泵送至厌氧池进行循环处理。最终经过CASS池、接触池并进行加氯消毒之后，该污水已经达到了国家的排放标准。

（二）污水处理系统结构

在该城区的污水处理自动系统中，依据其污水处理工艺、构筑物及整体控制的需求，其自动控制系统总共设置了3个现场PLC监控站及1个中心控制室，以便于实现分散检测及控制和集中显示管理。其中污水处理过程中的粗格栅和污水提升泵房的控制、变配电室的控制室及污泥脱水机房控制室等主要由3个现场监控站进行监督管理；并在厂区综合办公楼内设置中心控制室，且中央控制室当中的中央监控机能够监视整个厂区各个工艺设备的运行情况、工艺过程中的相关参数、主要设备的控制机事故报警和主要参数的越限报警等。下位机系统采用PLC，上位机系统采用IPC（工业PC机）。

该污水处理自动控制系统主要采用的是集散型的控制系统，也就是分别由上位机、通信网络、现场控制站（PLC可编程的控制器）和就地控制盘共同组成。在就地控制室内设置各个现场控制站，且各个现场控制站主要是将收集到的各种参数及信号传输至中央监控管理计算机，同时接收上位机的指令。如果上位机系统出现故障，则整个自动控制系统依然可以依照预先编好的程序来控制整个辖区内的设备。就地控制盘直接设置在被控设备的附近，其主要作为工艺设备成套的控制装置，并具备3种主要的控制功能：第一，就地手动控制，主要用于自动控制系统发生故障或者需要检修的时候；第二，远程遥控控制，通常用于异常情况下的控制，操作员主要在中心控制室直接进行控制；第三，自动控制。该种情况主要用于系统自动运行的模式之下。以上三种控制模式在实际运用当中，其控制的级别由高至低依次为：现场手动控制、遥控控制、自动控制。

（二）OPC技术的通信实现

在该污水处理工程中，主要选用的是西门子及罗克韦尔公司所生产的PLC作为OPC Server，并且在上位机当中开发了OPC Client，并实现了这2种PLC之间的互操作。西门子公司为S7-300/400提供的OPC Server接口集成在Simatic Net软件包内，所以可直接利用S7系统提供的OPC Server；同时，在PC机上创建OPC服务器，并采用Simatic Net软件建立Profibus-DP网络，实现了OPC服务器与S7 300 /400系列PLC输入、输出接口点对点的连接。

RSL inx是AB可编程控制器在Windows环境下建立工厂所用通信方案的工具，它不仅提供了多种网络驱动程序，而且提供了快速的OPC，DDE和Custom C /C++接口。在项目的具体实施过程中，采用VB软件编写OAPC客户端应用程序，实现了上位机与Logix5550控制器之间的通信。

首先在WinCC中组态监控画面，再在Logix5000中进行I/0组态及控制程序编写，然后在RSL inx中配置通信驱动，最后采用OPC技术实现RSL inx与W inCC之间的通信以及AB PLC与s7-300 PLC之间的互操作。待RSL inx配置完后，再到W inCC里新建用于监控的变量，最后利用RSL inx中Edit单下的Copy /DDE OPC Link功能，找到所需的通信地址、OPC链接格式。逐个建立完这种链接后，即可在WinCC里像使用本地直接链接的变量一样使用通过OPC链接的变量。

总之，在本城区污水处理工程中，充分利用OPC技术所开发出的智能控制系统，有效降低了系统造价成本，确保了通信网络具备较好的兼容性及稳定性，并有效实现了不同厂商设备之间的无缝集成，且确保了通信的时效性和快速性，因此OPC技术在污水处理工程中的应用值得大力推广。

参考文献：

[1]吉顺平，孙承志，路明.西门子PLC与工业网络技术[M].北京：机械工业出版社，2008

[2]王东云，牛正光.基于CompactLogix PLC控制的污水处理系统[J].电气自动化，2008，30