基于PLC與組態的智能污水處理控制系統設計*

方雨昊，陶麗萍

（無錫科技職業學院，江蘇 無錫 214028）

隨著經濟發展，水資源污染日益嚴重。為了高效率、高標準地處理污水，根據對水質處理的要求與排放指標，本系統采用3臺可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）進行主從站分配通信，通過使用Q型PLC為主站，兩臺FX系列PLC為從站協同控制，采用CC-Link通信方式完成各個設備之間的通信和數據傳輸，基于組態軟件（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場狀況，提升系統的可視化程度。同時包括使用遠程控制模塊實現電腦端遠程監控等功能，進一步提升用戶使用感，以適應市場發展的需求。

1 系統控制要求

該污水處理控制系統共有6臺電機，圖1為污水處理控制系統示意圖。根據排水需求，設定了兩臺提升泵用于將凈水排入河道，M1為閘門電機，M2為格柵電機，M3為螺旋輸送電機，M4為柵渣輸送電機，M5為提升泵電機，采用一拖二的方式控制兩臺提升泵電機，通過伺服電機來控制閘門的升降高度，絲桿控制能夠更精確地控制進水速度[1]。

圖1 污水處理控制系統示意圖

2 系統硬件組成

本設計利用PLC與組態界面來控制污水處理工序，實現了對污水自動處理的控制，同時通過以太網模塊與網絡盒子實現遠程監控，減少地域限制。本系統選用三菱Q00U PLC作為控制主站，兩臺三菱FX系列PLC作為從站進行輔助控制，此控制系統中共有6臺主要電機，采用FR-E740變頻器實現了無級調速。柵渣輸送與螺旋輸送電機由M3與M4驅動，都為雙速電機。M1與M2采用伺服電機，以模擬閘門高度與格柵運行圈數，見圖2[2]。

圖2 控制系統框圖

3 PLC控制程序流程圖

該污水處理控制系統包含3種模式：通信模式、調試模式、自動運行模式。系統上電后可自由選擇對應模式，在調試模式中，可依次選擇需要調試的電機M1～M6，以保證自動運行的準確性。然后進入自動運行模式：首先進行系統初始化，并設定預計污水總量等參數后，對污水水質進行檢測；接著依次在格柵池與磁絮凝池進行凈化，凈水達到標準后排入河道。根據程序流程圖編制的PLC程序（見圖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人機界面設計

污水處理控制系統利用MCGS實現生產過程可視化，通過觸摸屏可以監控污水處理的各個流程（見第36頁圖4），實時檢測水質、溫度、pH值等數據，并且自動計算各個電機的運行時間，能夠有效減少系統運行中出現人為錯誤的可能性。

圖4 觸摸屏自動運行界面

5 主從站PLC通信

在該污水處理控制系統中，共有3臺三菱PLC通過CC-Link進行通信，見第36頁圖5。CC-Link通信系統是三菱公司推出的開放式現場總線，具有存儲數據多、傳輸速率快的優點。通過這個系統能夠高效快速地實現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系統配置上，為了能夠兼容主流通信協議，選擇三菱Q系列PLC作為主站，FX3U-32MT型PLC與FX3U-32MR型PLC作為從站，采用CC-Link通信作為3站之間的通信協議，并且采用QJ71E71-100以太網模塊遠程控制，以及三菱485-BD通信板監控伺服電機數據。

6 遠程監控

近年來，物聯網技術發展迅速，許多物聯網云平臺順勢而生。因此，該污水處理控制系統將格柵池的水位、pH值、溫度、濁度等實際信息轉化成電信號，接著通過D/A轉換器將傳感器的電信號轉化成數字量信號，然后由PLC將數字量信號內部處理后轉化為實際值，之后通過云盒子將實際數據上傳到云平臺，最后通過電腦Web端等實現對污水處理站的遠程監控與管理。通過云平臺的實時傳輸技術，現場設備的運行記錄、處理流程、維護信息等都可實時在電腦上查看，從而讓使用人員和維護人員能夠解除地域的限制，遠程監控處理廠的運行，為污水處理廠的平穩運行和精準維修提供了極大優勢，圖6為遠程監控原理框圖。

圖6 遠程監控原理框圖

7 結束語

本文所研究的智能污水處理控制系統為我國嚴重的污水問題提供一條解決思路與路徑。借助PLC和MCGS觸摸屏來控制系統的運行，方便穩定的同時還可以根據用戶的需求來進行個性化的改進與創新。

該系統中的MCGS觸摸屏組態界面能夠讓管理員不僅可以實時關注污水處理控制系統運行狀態，還可以在值班室中對系統進行遠程操作，降低了事故發生率。并且采用MODBUS通信的方式將伺服驅動器與三菱FX3U-32MR進行MODBUS通信，使電機參數的監控更加準確。