基于PLC的污水處理設(shè)備控制系統(tǒng)研究

陸大同 楊超

摘 要：經(jīng)濟(jì)的快速增長讓煤礦開采力度不斷增加，盡管獲得了一定的經(jīng)濟(jì)效益，卻以嚴(yán)重的環(huán)境污染作為代價(jià)，尤其水資源作為人類賴以生存的必需資源，其日漸枯竭的現(xiàn)狀令人堪憂，科學(xué)設(shè)計(jì)污水處理設(shè)備控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水污染治理功能十分關(guān)鍵。本文通過概述系統(tǒng)，說明了污水處理設(shè)備控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)，并科學(xué)設(shè)計(jì)了監(jiān)控管理系統(tǒng)。此研究以探究基于PLC與IFIX技術(shù)下的污水處理設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)為目的，從而增強(qiáng)污水處理效果。

關(guān)鍵詞：污水處理；PLC；IFIX5.0

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.094

0 前言

伴隨著煤炭產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，隨之形成了嚴(yán)重的水資源污染現(xiàn)象。由于煤炭企業(yè)在水污染防治問題上的意識薄弱以及治理不當(dāng)，加劇了污染程度。即使部分企業(yè)采用人工管控形式，定期實(shí)施一次超濾反滲透系統(tǒng)的清潔處理，依然需要大量的人力操控，加大了工作任務(wù)量。一旦出現(xiàn)藥劑添加過量的情況，超濾反滲透膜會受到嚴(yán)重的破壞，導(dǎo)致功能故障，影響到污水處理工作的開展，因此，深入探究和分析基于PLC與IFIX技術(shù)下的污水處理設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)具有重要意義。

1 系統(tǒng)概述

1.1 受控目標(biāo)

此污水處理設(shè)備控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以煤炭產(chǎn)業(yè)的超濾系統(tǒng)以及反滲透系統(tǒng)的聯(lián)合管控為目標(biāo)。其中的超濾系統(tǒng)設(shè)施涵蓋了5套多介質(zhì)過濾器設(shè)備、3套超濾設(shè)備，其中每一套的設(shè)備由36支超濾膜，2套化學(xué)清潔設(shè)施以及2個超濾水箱設(shè)備構(gòu)成；而反滲透系統(tǒng)設(shè)施則涵蓋了3個高壓水泵設(shè)備，23套反滲透膜，其中的每一套由8支反滲透膜構(gòu)成，排列形式為2段。對于中控室而言，主要涵蓋了可編程控制器設(shè)施以及上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)兩個部分，其中可編程控制器設(shè)施主要將借助智能儀表以及傳感器等設(shè)備在現(xiàn)場測定的數(shù)據(jù)作為參考，并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換，使其傳入到上位機(jī)當(dāng)中，便于管控人員在監(jiān)控系統(tǒng)之中分析，達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控的效果[1]。

1.2 作用機(jī)制分析

對于污水的回收處理工作而言，通過過濾流入到多介質(zhì)過濾器設(shè)備當(dāng)中的大體積雜質(zhì)，達(dá)到保護(hù)超濾膜以及反滲透膜免受破壞的目的。在對廢水預(yù)處理管控后，其會流入到超濾系統(tǒng)當(dāng)中，依靠超濾膜的雜質(zhì)過濾處理，相應(yīng)的截留半徑是0.011～0.012μm，經(jīng)過有效過濾污水之中含有的大分子物質(zhì)，常見的涵蓋了膠體、蛋白質(zhì)以及藻類等物質(zhì)，使濾后水可以流入到超濾水箱設(shè)備當(dāng)中，并注重利用少部分水清洗超濾膜[2]。剩余則通過高壓泵升壓的處理之后，使其流入到反滲透系統(tǒng)設(shè)施之中。鑒于無機(jī)鹽以及反滲透膜擁有良好的離子過濾功能，依靠反滲透過濾器設(shè)備能夠?qū)⒋蟛糠值臒o機(jī)鹽予以過濾，達(dá)到提升水質(zhì)的目的，使其滿足相關(guān)用水的規(guī)定。

2 污水處理設(shè)備控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)

基于PLC與IFIX技術(shù)下的污水處理設(shè)備控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，通過以現(xiàn)場項(xiàng)目的設(shè)施布設(shè)情況作為參考，運(yùn)用集中化管控與分散管控相結(jié)合的方式，科學(xué)對系統(tǒng)設(shè)置成不同的三層：其中，第一層即是管理層，主要基于TCP/IP協(xié)議下，利用PLC與以太網(wǎng)相連接的形式，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)測與打印機(jī)的相應(yīng)功能，同時對計(jì)算機(jī)的監(jiān)管操控權(quán)限加以設(shè)置；第二層即是管控層，PLC依靠將智能儀表設(shè)備、變頻器設(shè)備和總線技術(shù)相連接的形式，并且運(yùn)用到ET300M的模塊功能，完成了現(xiàn)場模擬量與開關(guān)量等設(shè)施和分布式I/O相連接的任務(wù)，由此不但確保了數(shù)據(jù)通信的精準(zhǔn)性和時效性，而且簡化了現(xiàn)場設(shè)施的布設(shè)結(jié)構(gòu)；而第三層即為設(shè)施層，涵蓋了電機(jī)、傳感器、閥門以及智能儀表等相關(guān)的設(shè)施[3]。

2.1 科學(xué)選擇硬件類型

此次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要選擇了西門子企業(yè)生產(chǎn)的S7-400系列的PLC當(dāng)作管控器設(shè)備，將DELL T3720當(dāng)作工控機(jī)設(shè)備，并運(yùn)用了iFIX5.0系列的組態(tài)軟件成功構(gòu)建了上位機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)。其中的CPU模塊選擇西門子CPU328-3PN/DP當(dāng)作CPU模塊[4]。利用此模塊具備的集成以太網(wǎng)接口，可以不必將以太網(wǎng)模塊獨(dú)立化，將以太網(wǎng)和下位機(jī)進(jìn)行有效通信，并發(fā)揮出對PROFIBUS-DP總線通信的有效支持作用。對于電源模塊而言，以PS308-10A交流電作為首選。進(jìn)行選用輸入/輸出模塊的時候，應(yīng)該緊密結(jié)合現(xiàn)場的電氣元件需要的I/O點(diǎn)數(shù)作為重要的參考，并且對拓展備用量進(jìn)行15%～25%的提升處理，達(dá)到完成系統(tǒng)維護(hù)與更新的目的。對于數(shù)字量輸入而言，將16塊的額定輸入DC32V SM324作為首選，而數(shù)字量輸出著將6塊的DC220V/AC220V的繼電器輸出相應(yīng)的SM322作為首選，對于模擬量的輸入將以4塊10通道的SM332首選，而模擬量輸出則以4塊8通道的SM334作為首選。通過以殺菌劑、化學(xué)清除劑以及相關(guān)工藝作為參考，將IND335智能稱重儀表設(shè)備作為主要設(shè)施，采用數(shù)字濾波技術(shù)，獲得精準(zhǔn)的用量數(shù)值。選用AK4000壓力變送器作為測定壓力的儀器，TXT7000作為智能溫度儀表設(shè)備。測定進(jìn)、產(chǎn)水流量時，以智能渦街流量傳感器設(shè)備作為首選，其中運(yùn)用西門子MM450變頻器設(shè)備。

2.2 系統(tǒng)管控程序設(shè)計(jì)方案

實(shí)施PLC編程設(shè)計(jì)時，運(yùn)用到LAD、STL兩類不同的語言，從而達(dá)到縮減研發(fā)程序時間的目的?；诟咝Й@得流量與壓力數(shù)值的目的，有效控制STEP軟件之中的模塊FB42，完成管控相應(yīng)的壓力與流量的任務(wù)。利用PID控制器達(dá)到規(guī)避誤差，降低系統(tǒng)超調(diào)量的效果，使系統(tǒng)的動態(tài)功能獲得增強(qiáng)。其中的組織塊為OB2、OB36以及OB200，其中OB200屬于初始程序，而OB2則屬于子程序，涵蓋了模擬量轉(zhuǎn)換標(biāo)定和通訊處理子程序、自動管控程序、保護(hù)處置程序以及遠(yuǎn)程手動管控程序等構(gòu)成部分[5]。FB2則為生成報(bào)表的相應(yīng)觸發(fā)程序，而系統(tǒng)的通訊模塊則涵蓋了FB5和FB6，其中的反滲透與超濾自動管控程序則為FB21，上位機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)則為FB26，實(shí)現(xiàn)以手動管控方式，遠(yuǎn)程控制相關(guān)設(shè)備的效果。對現(xiàn)場收集獲取的模擬量的數(shù)據(jù)利用FC103與FC104實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換標(biāo)定處理，并發(fā)揮FC22針對測量數(shù)據(jù)高出系統(tǒng)設(shè)置限值時的警報(bào)提醒作用。實(shí)施PID計(jì)算的時候，主要依靠變頻器設(shè)備對高壓泵、入水泵予以控制，并確保反滲透產(chǎn)水的質(zhì)量。

3 監(jiān)控管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 PLC與IFIX通訊功能分析

為了有效利用IFIX與PLC技術(shù)，確保設(shè)計(jì)的污水處理設(shè)備控制系統(tǒng)發(fā)揮出正常的作用，采用IFIX技術(shù)，使其通過以太網(wǎng)和下位機(jī)PLC完成通訊的任務(wù)，其存在的高效、快速以及大量傳輸?shù)耐ㄓ崈?yōu)勢特點(diǎn)，能夠進(jìn)行大量信息數(shù)據(jù)的傳輸與控制的過程當(dāng)中，依靠監(jiān)控室與可編程控制器設(shè)備的作用，達(dá)到較高的穩(wěn)定性與效率。通過向iFIX5.0之中加入MBE驅(qū)動的方式，并科學(xué)完成相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)配置，依據(jù)TCP/IP協(xié)議的規(guī)定，借助驅(qū)動作用，增加相應(yīng)的通訊通道Channe2

（下轉(zhuǎn)第94頁）

（上接第103頁）

，并向Device設(shè)備當(dāng)中增加一定的數(shù)據(jù)塊，保證PLC之中的數(shù)據(jù)塊地址與數(shù)據(jù)塊當(dāng)中的變量相同。

3.2 科學(xué)設(shè)計(jì)人機(jī)的界面

基于發(fā)揮出系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)測的目的，運(yùn)用上位機(jī)的時候，主要利用了IFIX5.0相關(guān)軟件完成對監(jiān)測畫面的構(gòu)建的任務(wù)?；赪indows7系統(tǒng)的運(yùn)行背景，凸顯出良好的便捷性、安全性以及實(shí)用性優(yōu)勢，并發(fā)揮出Microsoft SQL Server2010的數(shù)據(jù)歸檔優(yōu)化與高效處理作用，依靠其具有的WEB功能，方便相關(guān)人員實(shí)時進(jìn)行查看[6]。

對于此系統(tǒng)而言，主要涵蓋了歷史曲線、監(jiān)控畫面、操控記錄、報(bào)警記錄、數(shù)據(jù)監(jiān)控以及報(bào)表畫面等部分。其中監(jiān)控畫面另涵蓋菜單欄與設(shè)施監(jiān)測區(qū)域兩個構(gòu)成的部分，實(shí)施切換其他附屬的監(jiān)測畫面時運(yùn)用到菜單欄功能。依靠監(jiān)控畫面的作用，完成有效監(jiān)測超濾與反滲透系統(tǒng)的設(shè)施運(yùn)行狀況的任務(wù)，并采用差異性顏色劃分不同的運(yùn)行情況。利用對安全登錄界面合理設(shè)置的形式，提高操控權(quán)限，增強(qiáng)安全性。

4 結(jié)論

從此論文的闡述中可知，探究和分析基于PLC與IFIX技術(shù)下的污水處理設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)十分關(guān)鍵。本文通過概述系統(tǒng)，說明了污水處理設(shè)備控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)：科學(xué)選擇硬件類型、系統(tǒng)管控程序設(shè)計(jì)方案。并科學(xué)設(shè)計(jì)了監(jiān)控管理系統(tǒng)：PLC與IFIX通訊功能分析、科學(xué)設(shè)計(jì)人機(jī)的界面。望此次研究的內(nèi)容與結(jié)果，能夠得到相關(guān)人員的關(guān)注，并從中獲取一定的幫助，促進(jìn)我國污水防治處理事業(yè)的不斷發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]阮嘉琨，蔡延光，劉尚武.基于PLC的污水處理控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2017，30（06）：122-124.

[2]徐龍艷，翟亞紅.基于PLC的污水處理廠控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算技術(shù)與自動化，2016，33（03）：52-54.

[3]馮瑞琴.基于PLC和模糊控制技術(shù)的污水處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，39（34）：21233-21237.

[4]高強(qiáng)，王國敬，李大華，張亮.污水處理流程一體化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電氣傳動，2015，41（03）：55-58.

[5]張坤明，呂謀，劉杰，李紅艷.基于PLC的小型污水處理設(shè)備的自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].青島理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，30（05）：79-83.

[6]林大全.污水處理設(shè)備智能化控制技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題的探討[J].科技資訊，2015，29（15）：145-146.

基金項(xiàng)目：2016年度廣西壯族自治區(qū)中青年教師基礎(chǔ)能力提升項(xiàng)目：基于PLC的小型污水處理設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 項(xiàng)目編號：KY2016YB778