AFB0824VH AFB0824VH AFB0824VH 对于ProfiBus－DP网络来说只是提供了一个从现场到监控层的信息通道，但信号的采集和执行命令的下达仍然需要由控制器和现场的IO模块组成的站来完成。ProfiBus－DP网络是一种主从站的网络结构。整个网络上多可以有128个从站，但只有一个作为主站，所有的通讯事务都由主站来管理。主站必须要有控制器（CPU），同时也可以安装IO采集模块。从站有两种方式：CPU＋IO模块和通讯模块＋IO模块。种方式每个从站都由CPU，每个站的控制事务都由本站完成，与主站之间的通讯量比较少。第二种方式是所有的从站都没有CPU，所有的控制事务都由主站CPU来完成，通过总线网络把命令结果传输到从站完成，从站只是远程IO。
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【程先生 qq:937926739】
前述这两种从站组成方式各有自己的特点。种方式，控制比较分散，通讯事务较小，对网络的依赖不强，但每个站都有CPU，造价高。第二种方式，控制集中，控制事务对网络依赖性强，需要可靠的网络来支撑，同时对主站CPU的性能要求高，在软件编程和调试方面具有很大的优势。这两种方式对工程的现场安装布线施工影响比较少。
本工程控制点的规模施工调试工期比较短，选用了比较高的第二种方式作为从站的组成方式即由西门子IM153通讯模块和S7 300系列IO模块组成，主战CPU选用S7 315-2DP系列。
4、人机界面设备的选择
人机界面设备是直接与操作管理人员进行交流的监控视备，一般由两部分组成，即现场监视设备和中控室监视设备。现场监视设备可以是PC机或是触摸屏，中控室监视设备一般由工控机、模拟屏或投影仪等组成。监视设备应在兼顾投资的情况下，保证操作管理人员可以对整个污水处理厂全面直观的监视与控制。
现场监视设备一般在比较重要的单元或控制事务比较大的从站中设置，以便操作人员及时对现场情况进行处理。本工程的从站的规模比较少，厂区大小从操作距离来看并不大，同时现场操作间内均设有有线电话，因此可在不设不设现场监视系统的情况下保证现场与中控室的联络畅通。
中控室监视设备是全厂的指挥和信息处理中心，其作用不言而喻。中控室监视设备比较传统的做法是模拟屏加工控机的方式，这种方式造价比较高且复杂。随着多屏卡功能的不断完善，现场又出现了工控机多屏显示加投影仪的模式。多屏卡的安装使得一台工控机可以同时拖动多台显示器，并显示不同画面，不同的工段可以同时显示，保证了操作人员监视的全面性。投影仪可以把所需要的任何画面进行放大显示，也可以供人参观。第二种方式的造价要远低于传统做法。本工程选用APPinx一拖四的多屏卡和东芝投影仪一台。
5、其它
成套设备的耦合
本工程中鼓风机为高速离心风机，脱水机为2000mm带宽脱水机，均为大型设备。这些大型设备是由许多辅助电动部分与主机共同工作完成鼓风机和脱水机的正常工作。本工程设计要求大型设备都单独配有自己小型的控制器，由供应商根据自己的经验编制相关程序并预留ProfiBus－DP接口，终成为整个自控系统的一个从站。这样就其它大型设备自控系统与整个自控系统无缝连接，减少了不同供应商之间任务的交叉重叠。
监控软件的选择
监控软件是人机交流的桥梁和翻译，是保证整个自动控制系统易操作、易维护重要的部分。应选用成熟、并应用广泛的监控软件，本项目选用力控PCAUTO组态软件。
自控控制系统与管理层的衔接
自控系统操作与污水处理厂管理层的衔接主要是把自动控制系统收集到的全厂信息可以顺利传输到管理层计算机，管理人员可以在线查看污水处理厂的运行状况并调用相关的运行数据。随着监控软件的供应商对INTERNET技术的不断应用开发，监控软件都可以通过局域网或INTERNET广域网进行信息发布，管理层或授权用户在任何可以上INTERNET网的地方便可浏览运行状况。而所使用MS IE浏览器的安全性问题已经得到解决。
冗余问题
由于本工程为污水处理厂工程，其安全性和可靠性要求并不严格，本设计没有对通讯网络和控制器进行冗余配置，只对上位工控机采用了双机热备配置。笔者认为在资金允许的情况下，应对主控制器进行冗余配置。
四、自控系统的站点划分
根据污水处理工艺的工作原理以空间分别特点，在布线小、功能完整的情况下对全厂的站点进行了划分，子站为泵房站、水解池站、1号改进SBR站、2号改进SBR站、脱水机房站和鼓风机房站。泵房子站负责提升泵房、粗格栅、细格栅和沉砂池的数据处理，脱水机房站除负责脱水机房外，集泥池、浓缩池也归在该站内，其余子站负责各自的工艺单元。主站为变电所站，设在变电所内。各站配置控制点数量统计如下表：
工段名称 控点类型及数量
DI DO AI AO
泵房子站 96 16 20 2
水解池子站 64 32 16
1号改进SBR子站 160 64 32
2号改进SBR子站 160 64 32
脱水机房子站 24 8 8
鼓风机房子站 设备配套PLC并提供接口
各站所配置的控制点数量，富余量均大于20%。本工程自控系统的结构如图2所示：
污水处理厂自控拓补图
五、自控系统的仪表选择
仪表系统遵循“工艺必需、计量达标、实用有效、免维护”的原则进行设计，仪表配置如下：
粗格栅渠配置超声波液位差测量仪表1套；
集水池配置超声波液位测量仪表1套；
细格栅进水井：pH及温度测量仪表1套；
细格栅渠配置超声波液位差测量仪表1套；
AICS反应池配置溶解氧测量仪表及悬浮物浓度测量仪表各4套；
AICS反应池进气管路流量测量仪表3套；
鼓风机房配置鼓风机进出风管压力测量仪表6套；
集泥池配置超声波液位测量仪表1套；
脱水机房配置脱水机进泥管路流量测量仪表2套(随污泥脱水设备成套)；
絮凝制药装置液位开关2套(随污泥脱水设备成套)；
变电所配置各出线回路的电量测量仪表。
尽管上述仪表中部分仪表已经实现的国产化，但是在精度和稳定方面与进口产品还有一定的差距，因此上述仪表中除通用的流量、温度和压力仪表外，其它均采用进口产品。
六、自控系统的功能设计
自动控制系统除了保证污水处理工艺的正常运转外，还有可以提高处理工艺的整体优化水平等，本工程的功能设计主要归纳如下；
1、单体设备控制
对单体设备来说其控制分为三个层次，其优先顺序为现场手动控制、上位手动控制和PLC自动控制，这样现场发现设备故障时可以快的速度切断故障设备的运行，大程度地降低设备的损坏程度。在整个系统中，单体设备的损坏时保证系统其它无关联设备的正常运转。
2、节能控制
本工程的节能设计主要包括提升水泵的变频控制和好氧部分溶解氧自动调节控制两部分。
通过变频器与液位计形成闭环控制，保持集水井内液面的稳定，这样可以减少因提升泵的启动对处理系统造成的冲击，保证系统的稳定运行，同时根据水量变化调节水泵频率，降低了运行能耗。
为保持AICS反应器曝气部分溶解氧浓度稳定在2mg/l左右，通过控制鼓风机进口导叶角度来实现鼓风机的流量的调节，达到节能的目的。
此外，液位差控制的格栅的按需运转也是节能设计的一部分。
3、信息处理设计
通过上位监控软件系统直接采集的在线仪表数据，并以数据报表和图形显示，还可根据处理工艺原理自动对所采集的数据进行分析和推导，提炼出对运行操作更有指导意义的数据。如：
污泥负荷、 提升水泵运行效率、污泥龄、絮凝剂投加比例、鼓风机运行效率、泵房提升单方水量的电耗、鼓风机每1000m3供风的电耗、单方污水污泥处理的电耗、低压电量、附属设施耗电量、工艺设施耗电量、提升电耗、供风电耗以及工艺其它各个工艺构筑物的电耗等等。
七、自控特点：
1、低投资：投资少
本工程除一些精度要求高的在线监测仪表(污泥浓度计、溶解氧仪和液位计)为进口仪表外，其余部分在线仪表实现国产化，节省了一部分投资费用。
另外，从工艺控制角度看，省区了一些不影响工艺运行要求的在线仪表，如ORP计、气体流量计等。不设现场监视设备的也是降低投资的重要原因。
在自控系统的总线技术选取上、现场I/O控制设备和上位监控设备的选取上，均采用了较高的产品。如PLC采用西门子S7-300系列等。
本自控系统从以上几点节约了大量的费用。
2、低费用：运行费用低
在占全厂能耗90%的原水提升和鼓风曝气这两个环节上，依托自动控制系统，进水段实现恒液位、变流量控制，由大功率变频装置拖动大流量潜污泵，完全涵盖了500—3000m3/h的流量范围，克服了多台泵切换启停，流量突变对后续工艺的水力冲击，也达到节能的目的，立式潜污泵的提水电耗为4.75kwh/km3。
占全厂能耗75%以上的鼓风机选用单级高速离心风机，通过控制进口导叶开度调节风量，从而降低能耗，具体的作法是在夜间小水量和过渡工序时自动减小供气量。
3、管理操作简便
本自控工程在上位软件二次开发过程从人性化角度出发，提高自控系统的可操作性，使管理者在任意时间和地点可对工艺系统进行全方面的监控，及时了解到处理系统运行的优劣状态。
八、投资
本工程自控系统的预算费用约占污水处理厂投资的5%左右。与其它污水处理厂相比，本工程的自控系统投资是中等偏下，较高。
九、结语
该污水处理厂自控系统是根据工艺要求在确定的设计原则下进行设计，既保证污水处理系统的正常运行，又尽可能的降低了工程的造价投资，其设计过程和结果对其它污水处理工程的自控设计具有一定的借鉴意义。
摘 要：本系统以HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC为核心，采用自由口通信技术，对多台激光测距传感器进行监控，实现了激光测距系统的数据采集与处理。
关键词：PLC，激光测距传感器，自由口通信
分类号：TP315
随着激光技术的发展，激光测距传感器在检测领域得到了越来越多的应用。本文所研究的基于HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC的激光测距系统，对多台激光测距传感器所采集到的数据进行处理，并将数据传送给上位机，实现了对多台激光测距传感器的监控。
1. 激光测距传感器的基本原理
激光测距传感器的基本原理是，通过测量激光往返于被测目标之间所需的时间，来确定被测目标之间的距离。激光测距传感器的原理和结构都很简单，是长距离检测有效的手段。
激光测距传感器工作时，首先由激光二极管对被测目标发射激光脉冲。经被测目标反射后，激光向各方向散射。部分散射的激光返回到传感器的接收器，被光学系统接收后，成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，能够检测极其微弱的光信号。记录并处理激光脉冲从发射到返回所经历的时间，即可得到被测目标的距离。
2. PLC控制系统硬件设计
基于HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC的激光测距系统的功能结构图如图1所示。系统通过PLC的自由口通信，接收多台激光测距传感器发送过来的数据，根据传感器提供的数据格式解析数据包，计算出测量的距离。系统的功能还包括显示测量距离、在非正常情况下报警、与上位机进行数据交换等。
PLC的CPU模块选用HOLLiAS-LEC G3系列的LM3108模块，其性能价格比很高，广泛应用于工业控制的各个领域。LM3108模块的标准配置包括两个串行通信接口PORT0和PORT1，其中PORT0为RS485接口，PORT1为RS232接口。采用RS232接口建立PLC与上位机的通信，实现PLC程序的下装和监控。采用RS485接口建立PLC与现场仪表的通信。
图1 激光测距系统的功能结构图
3. PLC控制系统软件设计
PLC采用自由口通信方式接收激光测距传感器的数据，用%MB400~%MB411的12个字节作为通信接收寄存器，存放自由口通信方式下所接收的数据。所谓自由口通信，是指用户可以通过设置通信模式来改变通信接口的参数，以适应不同的通信协议。在PLC程序中设定的激光测距传感器的通信参数如表1所示。PLC控制程序采用和利时公司的编程软件PowerPro完成，下面详细介绍数据解析程序。其它应用程序从略。
表1 激光测距传感器的通信参数
3.1 数据解析程序的变量定义
PROGRAM PLC_PRG
VAR
SetRS485: Set_COMM2_PRMT; (* RS485自由口通信参数设置 *)
SetRS485Q: BOOL; (* RS485自由口通信参数设置标志 *)
Receive: COMM2_RECEIVE; (* RS485自由口通信数据接收 *)
ReceiveQ: BOOL; (* RS485自由口通信数据接收标志 *)
ReceivedData: STRING; (* 存储ASCII码数据的字符串 *)
Position1: INT; (* 起始字符的位置 *)
Position2: INT; (* 结束字符的位置 *)
ReceivedData_STRING: STRING; (* ASCII码形式的数据 *)
ReceivedData_DWORD: DWORD; (* 十六进制形式的数据 *)
END_VAR
3.2 数据解析程序的梯形图
3.3 数据解析程序分析
PLC从激光测距传感器接收到的数据是ASCII码形式，所以需要将ACSII码转换成PLC能够操作的十六进制数。
首先在存储ASCII码数据的字符串ReceivedData中找到数据的起始字符“+”，并将其位置存储在变量Position1中。然后再找到数据的结束字符“R”，并将其位置存储在变量Position2中。将位置Position2与位置Position1之间的字符取出，存入变量ReceivedData_STRING中，此即为数据的ASCII码形式。后将该ASCII码形式的数据ReceivedData_STRING转换位十六进制形式的数据ReceivedData_DWORD，即完成了数据的解析。
4. 结论
采用和利时HOLLiAS-LEC G3小型一体化PLC作为激光测距系统的控制核心，可以方便地与激光测距传感器进行通信。实践证明，该方案结构简单，运行过程稳定可靠，实现了激光测距系统的数据采集与处理。
产量监控查询系统系统对整个工厂所有生产线进行实时监控，对每一条生产线的产量进行实时的存储，存储的数据通过组态王连接PLC，将PLC中掉电保持区的数据读到组态王自定义的相应变量当中，每分钟通过标准的SQL语言对数据进行存储（每分钟向SQLSERVER数据库中存储26条数据，即26条生产线的当前产量）。用户可以通过：日期、时间、时间段、车间、生产线对任何车间、任何生产线进行产量的查询；能够对任何车间、任何生产线进行月产量的统计。同时在查询出满足条件的记录后，将结果通过报表的组态显示在相应的表格当中，可以对该结果进行存储和打印。
2 系统设计
2.1系统框图
2.2设备选型设计
3 系统分析
3.1功能要求
可以任意查询一车间、二车间任何生产线（共26条生产线）任何时段的产量。具体明
细如下：
（1）每条生产线产量的数据至少能够保存四个月的储存期，以便对历史数据进行查询。
（2）要求能够查询每条生产线任意每月、任意每天、任意每小时、任意每分钟的产量。
（3）要求能够对任意每条生产线在任意时段的产量进行查询。
（4）查询出来的任何结果要以特定的格式在报表中进行组态，同时将结果打印。
（5）各生产线任意每月产量、任意每天产量、任意每小时产量、任意每分钟产量可以在电脑上用柱状图、实时趋势曲线的形式表现出来
3.2查询方式
（1）能够按照日期进行查询（格式：Year/Month/Day）
（2）能够按照时间进行查询（格式：Hour/Minute/Second）
（3）能够按照生产线进行查询（一车间：1-1、1-2；2-1，2-2；3-1，3-2；4-1，4-2；
5-1，5-2；6-1，6-2；7-1，7-2；8-1，8-2 二车间：1-1，1-2；2-1，2-2；3-1，3-2；4-1，4-2，4-3，4-4）
（4）能够按照任意时间段进行查询（格式：Year/Month/Day Hour/Minute/Second To Year/Month/Day/ Hour/Minute/Second）
（5）能够按照班次进行查询（格式：早班，中班，晚班）早班：7：30—15：30
中班：15：30—23：30 晚班：23：30—7：30
（6）能够查询任意每月任意车间、任意生产线的产量
（7）能够运用<1>——<5>的各种不同的排列组合进行复杂的查询
4难点及实现方法
4.1 海量数据管理
两个车间共26条生产线，每分钟要有26条记录生成，每分钟向数据库插入26条记录。
该系统全天24小时工作，不允许停。所以的数据量为37440条记录。每月的数据量为1160640条记录。如果要存储四个月，则数据量为4642260条记录。数据量是相当庞大的。硬盘的数据存储接近2-3G，不仅会造成在查询时，系统资源严重被占用，同时普通的数据库如ACCESS的表格没有能力管理如此庞大的数据系统。ACCESS在管理如此庞大的数据时，不仅系统会造成不稳定，同时会出现不可预料的情形。所以只能寻找能够管理大型数据系统的数据库，因此可以选择SQLSERVER或Oracle。
4.2 基于WindowsXP创建SQL服务器的新数据源
组态王支持对标准的数据库进行数据的插入、选择、删除等基本的操作。同时支持标准的SQL语言。灵活的运用组态王提供的SQL函数使组态王通过ODBC（开放性的数据源）配合标准的SQL语言对数据库进行各种简单和复杂的操作。
在Win2000/Winnt/Winxp等操作系统下，必须正确的进行设置：从控制面板中
双击性能和维护，如图3所示。以WindowsXP为例说明。
步：在控制面板下选择 管理工具－>ODBC数据源，双击图标出现图2界面。
第二步：在用户DSN 选项卡片上，单击添加按钮，出现 创建新数据源 对话框，选择SQL Server（图3）。
第三步：单击第二步的完成按钮，出现创建到SQL Server的新数据源。如图4所示。
输入数据源名称、数据源描述和SQL Server 所在的服务器名称或者IP地址。服务器名称可以是SQL Server所在的机器名称，也可以是IP地址。单击下一步按钮。
第四步：选择登录SQL Server时的身份验证方式。并输入登录SQL Server时所用到的用户名和密码。如图5所示。
这里的用户名和密码是在SQL Server中建立的。在SQL Server数据库中选择 安全性－>登录，新建用户，如图6所示。
第五步：一定要选择"更新默认的数据库为"选项，否则默认数据库是master。然后选择您想要连接的数据库。其余的按默认设置，如图7所示。然后单击下一步按钮。
第六步：按默认设置，单击完成按钮（图8）。
第七步：图9给出了数据库连接的摘要信息，如果想测试一下是否能够连接到数据库，可以单击“测试数据源”按钮，会出现测试结果。
单击确定完成连接。接下来的工作就是在组态王王建立记录体、表格模板。其中连接数据库的时候，一定要输入和刚才数据源名称一致的DSN。如 dsn = wuhandsn.
4.3 表格名称创新
即使使用大型的数据库，SQL Server或Oracle，由于每天的数据量多达37440条记录，
如果将一个月，甚至是四个月的记录全部写入同一个数据库的同一个表格，则所有的数据量大的将使表格崩溃，即使数据库能够管理，查询的速度也是可想而知的。将会非常的慢。经过作者反复的思索，想出了一个巧妙的办法，就是以系统的日期作为当天的表格名称。当系统时间为00：00：00时刻时，新建一个表格，通过SQLCreateTable( DeviceID, "TableName", "TemplateName" )函数建立不同的表格。因为组态王支持字符串函数，如下所示：
StrASCII( Char );// 此函数返回某一的文字变量首字符的ASCII值
StrChar( ASCII );// 此函数返回某一ASCII码所对应的字符
StrFromInt( Integer, Base );// 此函数将一整数值转换为另一进制下的字符串表示
StrFromReal( Real, Precision, Type );// 此函数将一实数值转换成字符串形式
StrFromTime( SecsSince1-1-70, StringType );// 此函数将一个时间值转换为字符串
StrInStr( Text, SearchFor, StartPos, CaseSens );// 此函数用于查找文本
StrLeft( Text, Chars );// 此函数返回文字变量的开始(或左的)若干个字符
StrLen( Text );// 此函数返回某一的文字变量的长度
StrLower( Text );// 此函数将文字中的所有大写字母转换为小写字母
StrMid( Text, StartChar, Chars );// 此函数从的位置开始，从一个文字变量中返回个数的字符
StrReplace( Text, SearchFor, ReplaceWith, CaseSens, NumToReplace, MatchWholeWords );
//此函数替换或改变所提供字符串的部分
StrRight( Text, Chars );// 此函数返回文字变量的末端(或右)若干个字符
StrSpace( NumSpaces );// 此函数在文字变量中或表达式中产生一个空格串
StrToInt( Text );// 此函数在文字变量中或表达式中产生一个空格串
StrToReal( Text );// 此函数将一个由数字组成的字符串转换成一个能用于数字计算的实数值
StrTrim( Text, TrimType );// 此函数删除文字变量中无用的空格
StrType( Text, TestType );// 此函数检测文字变量的首字符以确定其是否为某一类型
StrUpper( Text );// 此函数将一文字变量中所有的小写字符转换成大写字符
在组态王中建立内存型字符变量NameTable="A"+StrFromInt( 本站点年, 10)+StrFromInt( 本站点月, 10)+StrFromInt( 本站点日, 10);NameTable的构成为字母A+系统日期。将系统提供的整型变量转换成字符型变量。这样可以在数据库中建立每天的表格。每当系统日期由23:59:59跳变到00:00:00时，执行SQLCreateTable()函数，建立当天的表格，如图10所示，在SQL Server中组态王建立了A2006619日的表格。
