基于PLC与组态的智能污水处理控制系统设计*

时间：2023-03-02 18:15:07 来源：千叶帆本文已影响人

方雨昊，陶丽萍

（无锡科技职业学院，江苏无锡 214028）

随着经济发展，水资源污染日益严重。为了高效率、高标准地处理污水，根据对水质处理的要求与排放指标，本系统采用3台可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）进行主从站分配通信，通过使用Q型PLC为主站，两台FX系列PLC为从站协同控制，采用CC-Link通信方式完成各个设备之间的通信和数据传输，基于组态软件（Monitor and Control Generated System，MCGS）绘制编写了控制器画面，能够更加直观地显示现场状况，提升系统的可视化程度。同时包括使用远程控制模块实现电脑端远程监控等功能，进一步提升用户使用感，以适应市场发展的需求。

该污水处理控制系统共有6台电机，图1为污水处理控制系统示意图。根据排水需求，设定了两台提升泵用于将净水排入河道，M1为闸门电机，M2为格栅电机，M3为螺旋输送电机，M4为栅渣输送电机，M5为提升泵电机，采用一拖二的方式控制两台提升泵电机，通过伺服电机来控制闸门的升降高度，丝杆控制能够更精确地控制进水速度[1]。

图1 污水处理控制系统示意图

本设计利用PLC与组态界面来控制污水处理工序，实现了对污水自动处理的控制，同时通过以太网模块与网络盒子实现远程监控，减少地域限制。本系统选用三菱Q00U PLC作为控制主站，两台三菱FX系列PLC作为从站进行辅助控制，此控制系统中共有6台主要电机，采用FR-E740变频器实现了无级调速。栅渣输送与螺旋输送电机由M3与M4驱动，都为双速电机。M1与M2采用伺服电机，以模拟闸门高度与格栅运行圈数，见图2[2]。

图2 控制系统框图

该污水处理控制系统包含3种模式：通信模式、调试模式、自动运行模式。系统上电后可自由选择对应模式，在调试模式中，可依次选择需要调试的电机M1～M6，以保证自动运行的准确性。然后进入自动运行模式：首先进行系统初始化，并设定预计污水总量等参数后，对污水水质进行检测；
接着依次在格栅池与磁絮凝池进行净化，净水达到标准后排入河道。根据程序流程图编制的PLC程序（见图3）由三菱公司提供的GX Works2软件编写。

图3 PLC程序流程图

污水处理控制系统利用MCGS实现生产过程可视化，通过触摸屏可以监控污水处理的各个流程（见第36页图4），实时检测水质、温度、pH值等数据，并且自动计算各个电机的运行时间，能够有效减少系统运行中出现人为错误的可能性。

图4 触摸屏自动运行界面

在该污水处理控制系统中，共有3台三菱PLC通过CC-Link进行通信，见第36页图5。CC-Link通信系统是三菱公司推出的开放式现场总线，具有存储数据多、传输速率快的优点。通过这个系统能够高效快速地实现主站与从站之间的相互通信。并且三菱的PLC大部分都支持CC-Link通信模块的使用[3]。

图5 主从站CC-Link接线示意图

在PLC系统配置上，为了能够兼容主流通信协议，选择三菱Q系列PLC作为主站，FX3U-32MT型PLC与FX3U-32MR型PLC作为从站，采用CC-Link通信作为3站之间的通信协议，并且采用QJ71E71-100以太网模块远程控制，以及三菱485-BD通信板监控伺服电机数据。

近年来，物联网技术发展迅速，许多物联网云平台顺势而生。因此，该污水处理控制系统将格栅池的水位、pH值、温度、浊度等实际信息转化成电信号，接着通过D/A转换器将传感器的电信号转化成数字量信号，然后由PLC将数字量信号内部处理后转化为实际值，之后通过云盒子将实际数据上传到云平台，最后通过电脑Web端等实现对污水处理站的远程监控与管理。通过云平台的实时传输技术，现场设备的运行记录、处理流程、维护信息等都可实时在电脑上查看，从而让使用人员和维护人员能够解除地域的限制，远程监控处理厂的运行，为污水处理厂的平稳运行和精准维修提供了极大优势，图6为远程监控原理框图。

图6 远程监控原理框图

本文所研究的智能污水处理控制系统为我国严重的污水问题提供一条解决思路与路径。借助PLC和MCGS触摸屏来控制系统的运行，方便稳定的同时还可以根据用户的需求来进行个性化的改进与创新。

该系统中的MCGS触摸屏组态界面能够让管理员不仅可以实时关注污水处理控制系统运行状态，还可以在值班室中对系统进行远程操作，降低了事故发生率。并且采用MODBUS通信的方式将伺服驱动器与三菱FX3U-32MR进行MODBUS通信，使电机参数的监控更加准确。

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