基于PLC與組態(tài)的智能污水處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

方雨昊，陶麗萍

（無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214028）

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，水資源污染日益嚴(yán)重。為了高效率、高標(biāo)準(zhǔn)地處理污水，根據(jù)對(duì)水質(zhì)處理的要求與排放指標(biāo)，本系統(tǒng)采用3臺(tái)可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）進(jìn)行主從站分配通信，通過(guò)使用Q型PLC為主站，兩臺(tái)FX系列PLC為從站協(xié)同控制，采用CC-Link通信方式完成各個(gè)設(shè)備之間的通信和數(shù)據(jù)傳輸，基于組態(tài)軟件（Monitor and Control Generated System，MCGS）繪制編寫了控制器畫面，能夠更加直觀地顯示現(xiàn)場(chǎng)狀況，提升系統(tǒng)的可視化程度。同時(shí)包括使用遠(yuǎn)程控制模塊實(shí)現(xiàn)電腦端遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能，進(jìn)一步提升用戶使用感，以適應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展的需求。

1 系統(tǒng)控制要求

該污水處理控制系統(tǒng)共有6臺(tái)電機(jī)，圖1為污水處理控制系統(tǒng)示意圖。根據(jù)排水需求，設(shè)定了兩臺(tái)提升泵用于將凈水排入河道，M1為閘門電機(jī)，M2為格柵電機(jī)，M3為螺旋輸送電機(jī)，M4為柵渣輸送電機(jī)，M5為提升泵電機(jī)，采用一拖二的方式控制兩臺(tái)提升泵電機(jī)，通過(guò)伺服電機(jī)來(lái)控制閘門的升降高度，絲桿控制能夠更精確地控制進(jìn)水速度[1]。

圖1 污水處理控制系統(tǒng)示意圖

2 系統(tǒng)硬件組成

本設(shè)計(jì)利用PLC與組態(tài)界面來(lái)控制污水處理工序，實(shí)現(xiàn)了對(duì)污水自動(dòng)處理的控制，同時(shí)通過(guò)以太網(wǎng)模塊與網(wǎng)絡(luò)盒子實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，減少地域限制。本系統(tǒng)選用三菱Q00U PLC作為控制主站，兩臺(tái)三菱FX系列PLC作為從站進(jìn)行輔助控制，此控制系統(tǒng)中共有6臺(tái)主要電機(jī)，采用FR-E740變頻器實(shí)現(xiàn)了無(wú)級(jí)調(diào)速。柵渣輸送與螺旋輸送電機(jī)由M3與M4驅(qū)動(dòng)，都為雙速電機(jī)。M1與M2采用伺服電機(jī)，以模擬閘門高度與格柵運(yùn)行圈數(shù)，見(jiàn)圖2[2]。

圖2 控制系統(tǒng)框圖

3 PLC控制程序流程圖

該污水處理控制系統(tǒng)包含3種模式：通信模式、調(diào)試模式、自動(dòng)運(yùn)行模式。系統(tǒng)上電后可自由選擇對(duì)應(yīng)模式，在調(diào)試模式中，可依次選擇需要調(diào)試的電機(jī)M1～M6，以保證自動(dòng)運(yùn)行的準(zhǔn)確性。然后進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行模式：首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，并設(shè)定預(yù)計(jì)污水總量等參數(shù)后，對(duì)污水水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)；接著依次在格柵池與磁絮凝池進(jìn)行凈化，凈水達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后排入河道。根據(jù)程序流程圖編制的PLC程序（見(jiàn)圖3）由三菱公司提供的GX Works2軟件編寫。

圖3 PLC程序流程圖

4 MCGS人機(jī)界面設(shè)計(jì)

污水處理控制系統(tǒng)利用MCGS實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程可視化，通過(guò)觸摸屏可以監(jiān)控污水處理的各個(gè)流程（見(jiàn)第36頁(yè)圖4），實(shí)時(shí)檢測(cè)水質(zhì)、溫度、pH值等數(shù)據(jù)，并且自動(dòng)計(jì)算各個(gè)電機(jī)的運(yùn)行時(shí)間，能夠有效減少系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)人為錯(cuò)誤的可能性。

圖4 觸摸屏自動(dòng)運(yùn)行界面

5 主從站PLC通信

在該污水處理控制系統(tǒng)中，共有3臺(tái)三菱PLC通過(guò)CC-Link進(jìn)行通信，見(jiàn)第36頁(yè)圖5。CC-Link通信系統(tǒng)是三菱公司推出的開放式現(xiàn)場(chǎng)總線，具有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)多、傳輸速率快的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)這個(gè)系統(tǒng)能夠高效快速地實(shí)現(xiàn)主站與從站之間的相互通信。并且三菱的PLC大部分都支持CC-Link通信模塊的使用[3]。

圖5 主從站CC-Link接線示意圖

在PLC系統(tǒng)配置上，為了能夠兼容主流通信協(xié)議，選擇三菱Q系列PLC作為主站，F(xiàn)X3U-32MT型PLC與FX3U-32MR型PLC作為從站，采用CC-Link通信作為3站之間的通信協(xié)議，并且采用QJ71E71-100以太網(wǎng)模塊遠(yuǎn)程控制，以及三菱485-BD通信板監(jiān)控伺服電機(jī)數(shù)據(jù)。

6 遠(yuǎn)程監(jiān)控

近年來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅速，許多物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)順勢(shì)而生。因此，該污水處理控制系統(tǒng)將格柵池的水位、pH值、溫度、濁度等實(shí)際信息轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，接著通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器將傳感器的電信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字量信號(hào)，然后由PLC將數(shù)字量信號(hào)內(nèi)部處理后轉(zhuǎn)化為實(shí)際值，之后通過(guò)云盒子將實(shí)際數(shù)據(jù)上傳到云平臺(tái)，最后通過(guò)電腦Web端等實(shí)現(xiàn)對(duì)污水處理站的遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理。通過(guò)云平臺(tái)的實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行記錄、處理流程、維護(hù)信息等都可實(shí)時(shí)在電腦上查看，從而讓使用人員和維護(hù)人員能夠解除地域的限制，遠(yuǎn)程監(jiān)控處理廠的運(yùn)行，為污水處理廠的平穩(wěn)運(yùn)行和精準(zhǔn)維修提供了極大優(yōu)勢(shì)，圖6為遠(yuǎn)程監(jiān)控原理框圖。

圖6 遠(yuǎn)程監(jiān)控原理框圖

7 結(jié)束語(yǔ)

本文所研究的智能污水處理控制系統(tǒng)為我國(guó)嚴(yán)重的污水問(wèn)題提供一條解決思路與路徑。借助PLC和MCGS觸摸屏來(lái)控制系統(tǒng)的運(yùn)行，方便穩(wěn)定的同時(shí)還可以根據(jù)用戶的需求來(lái)進(jìn)行個(gè)性化的改進(jìn)與創(chuàng)新。

該系統(tǒng)中的MCGS觸摸屏組態(tài)界面能夠讓管理員不僅可以實(shí)時(shí)關(guān)注污水處理控制系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，還可以在值班室中對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，降低了事故發(fā)生率。并且采用MODBUS通信的方式將伺服驅(qū)動(dòng)器與三菱FX3U-32MR進(jìn)行MODBUS通信，使電機(jī)參數(shù)的監(jiān)控更加準(zhǔn)確。