PLC在凈化水處理中的應(yīng)用

呂憲啟

山東省鄄城縣凈水廠(chǎng) 山東菏澤 274600

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們的用電需求也逐年增加，因此對(duì)高性能、高規(guī)格參數(shù)的發(fā)電機(jī)的需求越來(lái)越大。與之對(duì)應(yīng)的，可編程邏輯控制器在電氣自動(dòng)化控制水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用也越來(lái)越重要。

1 PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用于電氣自動(dòng)化水處理系統(tǒng)的重要性

PLC控制系統(tǒng)大多采取屏蔽及隔離的方法，所以不會(huì)受到外部因素的影響，能增強(qiáng)運(yùn)行穩(wěn)定性，同時(shí)能保證運(yùn)行的可持續(xù)性。一般狀況下，無(wú)故障運(yùn)行可達(dá)到2萬(wàn)h。此外，PLC控制系統(tǒng)能根據(jù)要求隨時(shí)進(jìn)行編輯及更改，且能根據(jù)需求制作成不同的程序模塊，包含各種專(zhuān)業(yè)功能模塊。用戶(hù)能按照自身需求選取相應(yīng)的程序模塊，并組裝，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)需求指令要求或控制要求，并實(shí)現(xiàn)各種功能的有效控制。

2 PLC配置

考慮到凈化水的用途和應(yīng)用場(chǎng)合，要求實(shí)際操作簡(jiǎn)單方便。整個(gè)水處理系統(tǒng)由下位機(jī)PLC組成。本文以貝加萊公司的powerpapelpp35PLC為例作為下位機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)人機(jī)交互界面相互通信。貝加萊公司的powerpapelpp35PLC其優(yōu)點(diǎn)在于其緊湊智能（PowerPanelPP35）是中小型高元件密度，它的集成高性能中的PCC與數(shù)字量I/O的顯示單元可作為復(fù)雜項(xiàng)目應(yīng)用的方案，且設(shè)備可作模塊化擴(kuò)展，并且提供文本顯示與高達(dá)QVGA分辨率的圖形顯示功能可供選擇。

3 系統(tǒng)中的PLC程序設(shè)計(jì)應(yīng)用

3.1 硬件設(shè)計(jì)

PLC控制站采用西門(mén)子CPU410SMART控制器及ET200PASMART系列IO模塊，有冗余及不冗余兩種解決方案。本工程中針對(duì)重要的MBR控制站采用冗余方案，其他PLC控制站采用非冗余方案。CPU410SMART配備有兩個(gè)獨(dú)立的PROFIBUSIO接口，標(biāo)配帶防護(hù)涂層（防護(hù)級(jí)別G3），集成48MB的裝載儲(chǔ)存器，CPU主頻450MHz，平均處理時(shí)間110μs，最大IO尋址范圍16kB輸入/輸出。ET200PA支持PROFIBUS總線(xiàn)冗余，通過(guò)兩個(gè)互為備份的接口模塊分別連接到兩個(gè)控制器下的總線(xiàn)中，兩個(gè)接口模塊可進(jìn)行無(wú)縫切換[1]。

3.2 硬件設(shè)計(jì)

PLC控制站采用西門(mén)子CPU410SMART控制器及ET200PASMART系列IO模塊，有冗余及不冗余兩種解決方案。本工程中針對(duì)重要的MBR控制站采用冗余方案，其他PLC控制站采用非冗余方案。CPU410SMART配備有兩個(gè)獨(dú)立的PROFIBUSIO接口，標(biāo)配帶防護(hù)涂層（防護(hù)級(jí)別G3），集成48MB的裝載儲(chǔ)存器，CPU主頻450MHz，平均處理時(shí)間110μs，最大IO尋址范圍16kB輸入/輸出。ET200PA支持PROFIBUS總線(xiàn)冗余，通過(guò)兩個(gè)互為備份的接口模塊分別連接到兩個(gè)控制器下的總線(xiàn)中，兩個(gè)接口模塊可進(jìn)行無(wú)縫切換。

3.3 上位機(jī)與下位機(jī)通信

該系統(tǒng)選用的上位機(jī)是MCGS嵌入式一體機(jī)觸摸屏，對(duì)污水處理現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，同時(shí)對(duì)設(shè)備運(yùn)行工作狀態(tài)進(jìn)行整改控制，使用人員能實(shí)時(shí)地對(duì)各儀器工作狀態(tài)進(jìn)行讀取，排除突然出現(xiàn)的設(shè)備故障及各種突發(fā)問(wèn)題。下位機(jī)選用了西門(mén)子公司的S7-1200PLC作為現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備，通過(guò)STEP7編程軟件VIA13對(duì)整個(gè)污水處理過(guò)程進(jìn)行控制程序設(shè)計(jì)，根據(jù)開(kāi)發(fā)商的控制要求靈活迅速地進(jìn)行程序編輯。在通信過(guò)程中，用MCGS組態(tài)軟件按鈕控制PLC時(shí)，不能直接讀寫(xiě)S7-1200中I輸入繼電器的值，需要用M內(nèi)部寄存器進(jìn)行中間轉(zhuǎn)換，模式選擇讀寫(xiě)模式即可將數(shù)據(jù)寫(xiě)入S7-1200PLC中。用PLC控制MCGS中的燈時(shí)，只需在MCGS軟件中設(shè)置采集PLC中I/Q繼電器的值，模式同樣選擇只讀模式。西門(mén)子PLC與昆侖通態(tài)MCGS通訊時(shí)，在PLC編程任務(wù)優(yōu)先級(jí)。在單內(nèi)核中，只能有1個(gè)任務(wù)被執(zhí)行。μC/OS-III是一個(gè)搶占式內(nèi)核，意味著μC/OS-III總是會(huì)運(yùn)行任務(wù)優(yōu)先級(jí)高的任務(wù)。另外，其職責(zé)是管理任務(wù)，協(xié)調(diào)和切換多個(gè)任務(wù)有序地占用CPU運(yùn)行，多任務(wù)處理最大化CPU的功能。

4 實(shí)際應(yīng)用分析

以MBR控制站為例，其控制范圍包括：膜產(chǎn)水系統(tǒng)、維護(hù)行清洗系統(tǒng)、恢復(fù)性清洗系統(tǒng)、風(fēng)管反洗系統(tǒng)、剩余污泥系統(tǒng)、混合液回流系統(tǒng)、儀表風(fēng)系統(tǒng)。傳統(tǒng)控制中各MBR膜單元的產(chǎn)水管流量計(jì)與產(chǎn)水泵變頻器作PID控制，恒流量產(chǎn)水，操作人員根據(jù)來(lái)水情況手動(dòng)設(shè)置膜單元的產(chǎn)水量。實(shí)際上市政污水處理廠(chǎng)的進(jìn)水量不穩(wěn)定，特別是夜間波動(dòng)范圍大，導(dǎo)致班組操作人員夜間必需時(shí)刻關(guān)注來(lái)水水量，并根據(jù)來(lái)水情況手動(dòng)調(diào)整各MBR膜單元的產(chǎn)水量，操作強(qiáng)度很大。本工程在各MBR膜單元的恒流量控制的基礎(chǔ)上，加入膜池的進(jìn)水渠液位控制，使膜池的進(jìn)水渠液位控制在設(shè)定范圍內(nèi)，MBR膜單元的產(chǎn)水量隨膜池的進(jìn)水渠液位變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)。

具體控制方法為：膜池的進(jìn)水渠液位設(shè)置在3.9-4.1，每隔一定時(shí)間（液位判斷周期）采集一次進(jìn)水渠液位計(jì)數(shù)值。在液位判斷周期內(nèi)，如果液位高于設(shè)定范圍，產(chǎn)水泵則按設(shè)定的流量增加值增加產(chǎn)水流量，反之則減少；如果液位在設(shè)定范圍內(nèi)，則產(chǎn)水泵流量不變。當(dāng)瞬時(shí)來(lái)水量變化較大時(shí)，產(chǎn)水增減量數(shù)值應(yīng)該變大，同時(shí)液位判斷周期縮短；反之當(dāng)瞬時(shí)來(lái)水量變化較小時(shí)，產(chǎn)水增減量數(shù)值應(yīng)該變小，同時(shí)液位判斷周期適當(dāng)延長(zhǎng)。

5 結(jié)語(yǔ)

PLC系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)工作在電氣自動(dòng)控制水處理中占據(jù)著舉足輕重的地位。在電氣自動(dòng)化水處理系統(tǒng)中科學(xué)融入PLC技術(shù)能有效提升電氣整體運(yùn)行質(zhì)量。在此過(guò)程中，需要加強(qiáng)PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作研究，設(shè)計(jì)科學(xué)的方案，然后根據(jù)相應(yīng)程序進(jìn)行嚴(yán)格執(zhí)行，從而有效實(shí)現(xiàn)水處理系統(tǒng)的順利運(yùn)行。