基于PLC的污水處理設備控制系統研究

陸大同 楊超

摘 要：經濟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濟效益，卻以嚴重的環境污染作為代價，尤其水資源作為人類賴以生存的必需資源，其日漸枯竭的現狀令人堪憂，科學設計污水處理設備控制系統，實現水污染治理功能十分關鍵。本文通過概述系統，說明了污水處理設備控制系統的設計與功能實現，并科學設計了監控管理系統。此研究以探究基于PLC與IFIX技術下的污水處理設備控制系統設計與實現為目的，從而增強污水處理效果。

關鍵詞：污水處理；PLC；IFIX5.0

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

0 前言

伴隨著煤炭產業的不斷發展，隨之形成了嚴重的水資源污染現象。由于煤炭企業在水污染防治問題上的意識薄弱以及治理不當，加劇了污染程度。即使部分企業采用人工管控形式，定期實施一次超濾反滲透系統的清潔處理，依然需要大量的人力操控，加大了工作任務量。一旦出現藥劑添加過量的情況，超濾反滲透膜會受到嚴重的破壞，導致功能故障，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技術下的污水處理設備控制系統設計與實現具有重要意義。

1 系統概述

1.1 受控目標

此污水處理設備控制系統的設計以煤炭產業的超濾系統以及反滲透系統的聯合管控為目標。其中的超濾系統設施涵蓋了5套多介質過濾器設備、3套超濾設備，其中每一套的設備由36支超濾膜，2套化學清潔設施以及2個超濾水箱設備構成；而反滲透系統設施則涵蓋了3個高壓水泵設備，23套反滲透膜，其中的每一套由8支反滲透膜構成，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施以及上位機監控系統兩個部分，其中可編程控制器設施主要將借助智能儀表以及傳感器等設備在現場測定的數據作為參考，并通過模數轉換，使其傳入到上位機當中，便于管控人員在監控系統之中分析，達到遠程監控的效果[1]。

1.2 作用機制分析

對于污水的回收處理工作而言，通過過濾流入到多介質過濾器設備當中的大體積雜質，達到保護超濾膜以及反滲透膜免受破壞的目的。在對廢水預處理管控后，其會流入到超濾系統當中，依靠超濾膜的雜質過濾處理，相應的截留半徑是0.011～0.012μm，經過有效過濾污水之中含有的大分子物質，常見的涵蓋了膠體、蛋白質以及藻類等物質，使濾后水可以流入到超濾水箱設備當中，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設施之中。鑒于無機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備能夠將大部分的無機鹽予以過濾，達到提升水質的目的，使其滿足相關用水的規定。

2 污水處理設備控制系統的設計與功能實現

基于PLC與IFIX技術下的污水處理設備控制系統的設計過程中，通過以現場項目的設施布設情況作為參考，運用集中化管控與分散管控相結合的方式，科學對系統設置成不同的三層：其中，第一層即是管理層，主要基于TCP/IP協議下，利用PLC與以太網相連接的形式，實現計算機監測與打印機的相應功能，同時對計算機的監管操控權限加以設置；第二層即是管控層，PLC依靠將智能儀表設備、變頻器設備和總線技術相連接的形式，并且運用到ET300M的模塊功能，完成了現場模擬量與開關量等設施和分布式I/O相連接的任務，由此不但確保了數據通信的精準性和時效性，而且簡化了現場設施的布設結構；而第三層即為設施層，涵蓋了電機、傳感器、閥門以及智能儀表等相關的設施[3]。

2.1 科學選擇硬件類型

此次設計的系統主要選擇了西門子企業生產的S7-400系列的PLC當作管控器設備，將DELL T3720當作工控機設備，并運用了iFIX5.0系列的組態軟件成功構建了上位機監控管理系統。其中的CPU模塊選擇西門子CPU328-3PN/DP當作CPU模塊[4]。利用此模塊具備的集成以太網接口，可以不必將以太網模塊獨立化，將以太網和下位機進行有效通信，并發揮出對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。進行選用輸入/輸出模塊的時候，應該緊密結合現場的電氣元件需要的I/O點數作為重要的參考，并且對拓展備用量進行15%～25%的提升處理，達到完成系統維護與更新的目的。對于數字量輸入而言，將16塊的額定輸入DC32V SM324作為首選，而數字量輸出著將6塊的DC220V/AC220V的繼電器輸出相應的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、化學清除劑以及相關工藝作為參考，將IND335智能稱重儀表設備作為主要設施，采用數字濾波技術，獲得精準的用量數值。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備。測定進、產水流量時，以智能渦街流量傳感器設備作為首選，其中運用西門子MM450變頻器設備。

2.2 系統管控程序設計方案

實施PLC編程設計時，運用到LAD、STL兩類不同的語言，從而達到縮減研發程序時間的目的。基于高效獲得流量與壓力數值的目的，有效控制STEP軟件之中的模塊FB42，完成管控相應的壓力與流量的任務。利用PID控制器達到規避誤差，降低系統超調量的效果，使系統的動態功能獲得增強。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，涵蓋了模擬量轉換標定和通訊處理子程序、自動管控程序、保護處置程序以及遠程手動管控程序等構成部分[5]。FB2則為生成報表的相應觸發程序，而系統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，上位機監控管理系統則為FB26，實現以手動管控方式，遠程控制相關設備的效果。對現場收集獲取的模擬量的數據利用FC103與FC104實現轉換標定處理，并發揮FC22針對測量數據高出系統設置限值時的警報提醒作用。實施PID計算的時候，主要依靠變頻器設備對高壓泵、入水泵予以控制，并確保反滲透產水的質量。

3 監控管理系統的設計與實現

3.1 PLC與IFIX通訊功能分析

為了有效利用IFIX與PLC技術，確保設計的污水處理設備控制系統發揮出正常的作用，采用IFIX技術，使其通過以太網和下位機PLC完成通訊的任務，其存在的高效、快速以及大量傳輸的通訊優勢特點，能夠進行大量信息數據的傳輸與控制的過程當中，依靠監控室與可編程控制器設備的作用，達到較高的穩定性與效率。通過向iFIX5.0之中加入MBE驅動的方式，并科學完成相關的網絡配置，依據TCP/IP協議的規定，借助驅動作用，增加相應的通訊通道Channe2

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，并向Device設備當中增加一定的數據塊，保證PLC之中的數據塊地址與數據塊當中的變量相同。

3.2 科學設計人機的界面

基于發揮出系統遠程監測的目的，運用上位機的時候，主要利用了IFIX5.0相關軟件完成對監測畫面的構建的任務。基于Windows7系統的運行背景，凸顯出良好的便捷性、安全性以及實用性優勢，并發揮出Microsoft SQL Server2010的數據歸檔優化與高效處理作用，依靠其具有的WEB功能，方便相關人員實時進行查看[6]。

對于此系統而言，主要涵蓋了歷史曲線、監控畫面、操控記錄、報警記錄、數據監控以及報表畫面等部分。其中監控畫面另涵蓋菜單欄與設施監測區域兩個構成的部分，實施切換其他附屬的監測畫面時運用到菜單欄功能。依靠監控畫面的作用，完成有效監測超濾與反滲透系統的設施運行狀況的任務，并采用差異性顏色劃分不同的運行情況。利用對安全登錄界面合理設置的形式，提高操控權限，增強安全性。

4 結論

從此論文的闡述中可知，探究和分析基于PLC與IFIX技術下的污水處理設備控制系統設計與實現十分關鍵。本文通過概述系統，說明了污水處理設備控制系統的設計與功能實現：科學選擇硬件類型、系統管控程序設計方案。并科學設計了監控管理系統：PLC與IFIX通訊功能分析、科學設計人機的界面。望此次研究的內容與結果，能夠得到相關人員的關注，并從中獲取一定的幫助，促進我國污水防治處理事業的不斷發展。

參考文獻：

[1]阮嘉琨，蔡延光，劉尚武.基于PLC的污水處理控制系統的設計與實現[J].工業控制計算機，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的設計與實現[J].計算技術與自動化，2016，33（03）：52-54.

[3]馮瑞琴.基于PLC和模糊控制技術的污水處理控制系統設計與實現[J].安徽農業科學，2015，39（34）：21233-21237.

[4]高強，王國敬，李大華，張亮.污水處理流程一體化控制系統設計與實現[J].電氣傳動，2015，41（03）：55-58.

[5]張坤明，呂謀，劉杰，李紅艷.基于PLC的小型污水處理設備的自動控制系統設計[J].青島理工大學學報，2016，30（05）：79-83.

[6]林大全.污水處理設備智能化控制技術和系統設計問題的探討[J].科技資訊，2015，29（15）：145-146.

基金項目：2016年度廣西壯族自治區中青年教師基礎能力提升項目：基于PLC的小型污水處理設備控制系統設計與實現 項目編號：KY2016YB778